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Analyse expérimentale des propriétés mécaniques des tanins

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Boudrias-Gaboriau, Benoît (2016). Analyse expérimentale des propriétés mécaniques des tanins. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Des sommes substantielles sont dépensées chaque année pour remplacer des pièces endommagées par la corrosion. Plusieurs types de produits existent afin de protéger les réseaux fermés de chauffage et refroidissement contre la corrosion, dont un produit vert ; les tanins purifiés. Les objectifs de ce projet sont d’étudier les effets de la variation de la vitesse d’écoulement et de la concentration de tanins sur la couche protectrice créée par les tanins. De plus, le but est de comprendre les paramètres qui peuvent nuire aux tanins tels que l’oxygène. Une étude antérieure effectuée en laboratoire ainsi que des observations empiriques industrielles ont montré qu’une concentration de tanins de l’ordre de 275 ppm devrait être suffisante pour bien protéger le système. L’unité semi-pilote, une boucle fermée, a permis d’étudier une quinzaine de combinaisons différentes découlant des deux conditions étudiées soit la concentration de tanins et la vitesse d’écoulement. Les concentrations de 37,5, 75, 275, 550 et 1100 ppm ainsi que les vitesses d’écoulement 0,05, 0,91 et 2,13 m/s ont été étudiés. La concentration recommandée de 275 ppm s’est avérée insuffisante pour protéger la surface et réagir avec l’oxygène. L’utilisation de concentrations plus élevées (550 ppm et 1100 ppm) permet d’atteindre les critères fixés par l’industrie. En effet, les surfaces sont propres et des analyses par traitement d’images des coupons ont montré un pourcentage de surface endommagée inférieure à 6%, peu importe la vitesse d’écoulement, comparativement à plus de 40% pour une concentration de 275 ppm. En laboratoire, des essais ont été réalisés dans trois environnements : soit ouvert en présence d’oxygène, fermé en présence d’oxygène et fermé en absence d’oxygène. Les coupons soumis à un environnement ouvert présentent de l’oxyde de fer et des taches noires et/ou brunes tandis qu’en absence d’oxygène, les coupons sont en bon état et la couleur caractéristique des tanins est apparue sur les surfaces. L’oxygène est un facteur critique qui affecte les tanins et réduit la protection de la surface. Pour déterminer la provenance de ces taches, l’analyse, effectuée par diffraction rayon X réalisée sur certains échantillons, démontre que majoritairement ces taches sont constituées de fer et d’oxygène. La mesure d’absorbance des concentrations de tanins au spectrophotomètre démontre qu’à une longueur d’onde de 280 nm, il y a un épaulement caractéristique des tanins tandis qu’à 420 nm, l’intensité d’absorbance est bien moindre. La vitesse d’écoulement n’a pas d’effet sur la qualité de la couche protectrice à condition que la quantité de molécules de tanins dans l’eau soit suffisante. Au démarrage de l’unité semi-pilote, la concentration recommandée (275 ppm) n’est pas assez élevée pour réagir avec l’oxygène et créer la couche protectrice sur la surface, il faudrait donc utiliser une concentration supérieure. Dans ce cas-ci, il est recommandé d’utiliser 550ppm, mais d’autres recherches pourraient déterminer la concentration critique se situant entre 275 ppm et 550 ppm.

Titre traduit

Experimental analysis of mechanical properties of tannins

Résumé traduit

Substantial amount of money is spent each year to replace parts damaged by corrosion. Several types of products are available to protect the heating and cooling closed-loops against corrosion, including green chemistry such as purified tannins. The objectives of this thesis are to study the effects of varying the flow rate and concentration of tannins on the protective layer created by the tannins. Moreover, the goal is to identify the parameters that can be detrimental to tannins such as oxygen. Earlier laboratory studies and industrial empirical observations have shown that a concentration of tannins in the order of 275 ppm should be sufficient to fully protect the system. A benchtop closed-loop, was used to study fifteen different combinations from the two following conditions: the concentration of tannins and the flow velocity. Concentrations of 37,5, 75, 275, 550 and 1100 ppm and the flow rates 0,05, 0,91 and 2,13 m/s were studied. The recommended concentration of 275 ppm proved insufficient to protect the surface and react with oxygen for the benchtop closed-loop system. The use of higher tannin concentrations (550 ppm and 1100 ppm) would meet the corrosion limits (criteria) set by the water treatment industry. Indeed, the surfaces are clean and the image analysis of coupons showed a damaged area (presence of iron oxide and black and brown spots) of less than 6%, regardless of the velocity, compared to 40% for 275 ppm. Laboratory tests were carried out in three environments: open in the presence of oxygen, closed in the presence of oxygen and closed in the absence of oxygen. Coupons subjected to an open environment are covered by iron oxide and black and/or brown spots while in the absence of oxygen, coupons are in good condition and a characteristic tannins colour appeared on surfaces. Oxygen is a critical factor that affects the tannins and the full protection of the surface. To determine the origin of these spots, the X-Ray analysis performed on some samples show that these spots consist mainly of iron and oxygen. The spectrophotometers absorbance (concentrations of tannins) shows that at a wavelength of 280 nm there is a characteristic shoulder, while at 420 nm wavelength used by handheld spectrophotometers the absorbance intensity is much lower. The velocity has no effect on the quality of the protective layer if the amount of tannin molecules in water is sufficient. A higher dosage of tannins is recommended. In this case, it is recommended to use 550 ppm, but further research could determine the critical concentration which is likely between 275 ppm and 550 ppm.

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires: "Mémoire présenté à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise avec mémoire en génie mécanique".
Mots-clés libres: inhibiteur de corrosion, traitement d’eau, tanins purifiés, propriétés mécaniques
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Hallé, Stéphane
Codirecteur:
Codirecteur
Gaudreault, Roger
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie mécanique
Date de dépôt: 20 févr. 2019 21:57
Dernière modification: 08 mars 2019 17:24
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/1758

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