Calcul reseau hydraulique, perte de charge, friction, glycol, antigel

Calcul reseau hydraulique, perte de charge, friction, glycol, antigel, canalisations
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Pertes de charge réparties dans les conduits, régimes d'écoulement (laminaire, turbulent, zone critique), viscosité, calcul du nombre de Reynolds, influence
du taux d'antigel (glycol).
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Tue Nov 24 2009 13:53:05 GMT+0100
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Calcul des pertes de charge linéaires
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Marge
Calcul des pertes de charge générales
Les marchés
Hydraulique
Pertes de charge
linéaire
Le calcul de la perte de charge linéaire, celle correspondant à l'écoulement général dans un conduit
rectiligne, est donné par la formule générale suivante :
Perte de charge
singulière
Fluides
compressibles
Conduits non
circulaires
Thermique
Déperditions
Bilan thermique
Bilan exploitation
Dp = perte de charge linéaire en Pa
L = coefficient de perte de charge (nombre sans dimension)
p = masse volumique de l’eau en kg/m3
V = vitesse d’écoulement en m/s
D = diamètre hydraulique du tube en m
L = longueur du tube en m
RT 2000
Débit fluide
thermique
Chauffage
Plancher chauffant
Expansion
Distribution
vapeur
Vanne régulation
On constate que les pertes de charge générales dépendent des éléments suivants :
La perte de charge est logiquement directement proportionnelle à la longueur de la
canalisation : elle augmente quand la longueur de canalisation augmente.
Quand le diamètre diminue, la perte de charge augmente considérablement. Le liquide a plus
de difficultés à s'écouler donc les frottements augmentent pour un débit identique.
Plus le débit augmente (vitesse plus élevée), plus les forces de frottements augmentent pour un
diamètre identique.
Diaphragmes
Pompe
Ventilateur
Plomberie
Régimes d'écoulement
Distribution d'eau
plomberie
Evacuations
Eau chaude sanitaire
Légionellose
Fluides divers
Air comprimé
Gaz combustible
Calculs types
Réseaux gaines
La nature du régime d’écoulement d'un fluide est déterminée par la valeur du nombre de reynolds.
Les différents régimes d'écoulements sont visualisés par la représentation graphique du diagramme
de Moody utilisant le nombre de reynolds pour l'axe des X et le facteur de frottement F pour l'axe des
Y.
Le régime d'écoulement d'un fluide, se caractérise sous 3 formes :
Régime laminaire
Un nombre de reynolds inférieur à 2000 indique que l'écoulement est
calme et régulier.
Régime turbulent
Un nombre de reynolds supérieur à 4000 indique que l'écoulement est
sous forme de tourbillon et de remous.
Zone critique
Le nombre de reynolds situés 2000 et 4000 indique que l'écoulement
est instable entre le régime laminaire et le régime turbulent.
Accessoire gaine
réseaux gaz
réseaux vapeur
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Viscosité
La viscosité d'un liquide est sa caractéristique d'être plus ou moins fluide ou, en d'autres termes,
d'opposer plus ou moins de résistance au pompage ou au passage au travers d'un orifice ou d'un
tuyau. La température exerce une grande influence sur la viscosité.
Nombre de Reynolds est inversement proportionnel à la viscosité cinématique. La viscosité d'un
fluide est une caractéristique qui permet de déterminer la résistance au mouvement du fluide. Plus la
viscosité cinématique sera élevée et plus il sera difficile de déplacer le fluide dans la canalisation.
Plus le liquide est visqueux et plus les frottements sont élevés, donc la perte de charge augmente.
Dépendance de la température avec la viscosité :
Fluides gazeux = La viscosité croît avec l'accroissement de la température.
Liquides = La viscosité décroît avec l'accroissement de la température.
La viscosité cinématique (v) est le rapport de la viscosité dynamique sur la densité du fluide
Viscosité cinématique en m2/s
Viscosité cinématique en centistokes (mm2/s)
v = viscosité cinématique en mm²/s (ou centistokes) - (système légal (S.I) en m²/s =
1000000 centistokes)
µ = viscosité dynamique de l'eau Pa.s ou (kg/m s)
p = masse volumique de l’eau en kg/m3
Calcul du nombre de Reynolds
Le nombre de Reynolds est non dimensionnel (donc sans unités). Il combine 3 caractéristiques
importantes de l'écoulement et du fluide : la vitesse, la densité et la viscosité.
Le diamètre est requis pour rendre le nombre non dimensionnel. On appelle le diamètre la longueur
caractéristique.
Un nombre de Reynolds de 2000 ou moins indique un écoulement en régime laminaire tandis qu'un
nombre de 4000 où plus, indique un écoulement turbulent.
Le nombre de reynolds est défini soit :
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Le nombre de reynolds est défini soit :
En fonction de la viscosité cinématique
V = vitesse d’écoulement en m/s
d = diamètre hydraulique du tube en mm
v = viscosité cinématique de l’eau en
mm²/s (ou centistokes)
(Système légal (S.I) en m²/s = 1000000
centistokes ou mm²/s)
En fonction de la viscosité dynamique
p = masse volumique en kg/m3
V = vitesse en m/s
D = diamètre hydraulique du conduit en
m
µ = viscosité dynamique en Pa.s (ou kg/
m.s)
(kg/m.s = 1 Poiseuille = 10 poises)
Coefficient de perte de charge
Ecoulement laminaire (Re £ 2000)
En régime laminaire, la nature ou l'état de la surface des parois intérieures des canalisations
n'intervient pas dans le calcul de la perte de charge.
Le coefficient de perte de charge est déterminé par la fonction suivante :
L = coefficient de perte de charge
Re = nombre de Reynolds
L’écoulement laminaire ne se rencontre en pratique que dans le transport et la manutention des
fluides visqueux, tel que le pétrole brut, mazout, huiles, etc.
Ecoulement turbulent (Re > 2000)
Dans la zone critique, c'est à dire entre 2000 et 4000 reynolds la formule de calcul employée sera
traité de la manière que en situation de régime d'écoulement turbulent.
En régime turbulent, Le facteur de frottement, est traduit par la formule de Colebrook considérée
comme celle qui traduit le mieux les phénomènes d'écoulement en régime turbulent.
On constate que cette formule est sous forme implicite; par conséquent la recherche de ne peut se
faire que par approches successives (calcul itératif)
Avec :
L = coefficient de perte de charge.
k = indice de rugosité du tube en mm.
d = diamètre hydraulique du tube en mm.
Re = nombre de Reynolds.
La rugosité de la canalisation correspond à la notion habituelle de présence plus ou moins importante
d'aspérités sur une surface. On constate ici que lorsque la rugosité d'une canalisation augmente les
frottements seront plus nombreux donc la perte de charge augmentera.
La perte de charge est donc fonction du matériau de la canalisation.
Valeurs usuelles indices de rugosité (K) en mm
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Nature de la surface intérieure
Indice rugosité k
1
cuivre, plomb, laiton, inox
0,001 à 0,002
2
Tube PVC
0,0015
3
Acier inox
0,015
4
tube acier du commerce
0,045 à 0,09
5
Acier étiré
0,015
6
Acier soudé
0,045
7
acier galvanisé
0,15
8
Acier rouillé
0,1 à 1
9
fonte neuve
0,25 à 0,8
10
fonte usagée
0,8 à 1,5
11
fonte incrustée
1,5 à 2,5
12
tôle ou fonte asphaltée
0,01 à 0,015
13
ciment bien lissé
0,3
14
Béton ordinaire
1
15
béton grossier
5
16
bois bien raboté
5
17
bois ordinaire
1
Influence du taux d'antigel (glycol)
Dans le cas d'une adjonction d'antigel (glycol) à l'eau, la viscosité cinématique (en centistokes) varie
de la façon suivante :
t = température en °C
a = pourcentage de glycol
Conclusion
En conclusion, pour diminuer l'ensemble des pertes de charge dans une canalisation afin de diminuer
les coûts de fonctionnement dus aux pompes, il faut :
diminuer la longueur de canalisation
diminuer le nombre d'accidents sur la canalisation
diminuer le débit de circulation
augmenter le diamètre des canalisations
faire circuler des liquides le moins visqueux possible
utiliser des matériaux de faible rugosité
Dernière mise à jour : January 1, 1970 GMT
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