Chute de pression

Figure 1 : Fuite de canalisation entraînant une chute de pression

La perte de charge est la différence de pression entre deux points d'un système. Elle est souvent due à la friction ou à la résistance à l'écoulement des parois des tuyaux, des raccords ou des obstructions telles que les vannes. Cet article traite de la formule de perte de charge, de sa signification et de ses effets dans diverses situations.

Table des matières

Qu'est-ce que la perte de charge ?
Importance de la perte de charge
Formule de calcul de la perte de charge
Perte de charge et débit
Chute de pression dans différentes situations
FAQ

Qu'est-ce que la perte de charge ?

La perte de charge est la réduction ou la perte de pression du fluide lorsqu'il circule dans un système. Les pertes de charge sont fréquentes dans diverses situations, par exemple lorsque le fluide s'écoule dans un tuyau, par un orifice ou une vanne. Cela est généralement dû à

Friction entre le fluide et la surface intérieure du tuyau
Blocages de pipelines
Changement de direction du tuyau

Importance de la perte de charge

Le calcul de la perte de charge est essentiel pour la conception et le maintien de l'intégrité du système. La chute de pression est un outil de diagnostic qui permet d'identifier les problèmes dans un système de canalisation. Par exemple :

Un pic soudain dans la chute de pression peut être le signe d'un blocage, d'une vanne partiellement fermée ou d'une fuite dans la canalisation.
Dans un système de chauffage, une vanne contrôle le débit d'eau chaude pour maintenir une température donnée. La chute de pression dans la vanne affecte le volume d'eau chaude circulant dans le système, influençant ainsi la capacité du système à atteindre et à maintenir la température cible.

En général, le calcul des pertes de charge des soupapes joue un rôle crucial dans les cas suivants :

Taille de la vanne : Les calculs de perte de charge sont nécessaires pour dimensionner la vanne avec précision. Une vanne de grande taille peut entraîner des débits élevés, ce qui peut accélérer l'usure de la vanne. Inversement, une petite vanne peut entraîner une chute de pression inutile, ce qui entraîne un gaspillage d'énergie et une réduction de l'efficacité du système.
Prévision des performances du système : Les calculs déterminent la puissance requise de la pompe et le débit du fluide.
Conception et intégrité du système : Les calculs constituent un outil de diagnostic permettant d'identifier les problèmes liés aux pipelines.
Anticiper la maintenance : Le suivi des chutes de pression dans le temps permet de planifier les inspections et les nettoyages.

Lisez notre article sur la conception d'un système d'eau surélevé hors réseau pour plus d'informations sur l'agencement et le fonctionnement d'un système d'eau par gravité hors réseau pour une cabane.

Formule de calcul de la perte de charge

Figure 2 : Écoulement d'un fluide dans une conduite : pression d'entrée (P1), pression de sortie (P2), longueur de la conduite (L) et vitesse du fluide (V)

La chute de pression dans une conduite est due au frottement entre le fluide et la paroi de la conduite, aux changements de direction de l'écoulement, aux obstructions et aux modifications du diamètre de la conduite. La perte de charge peut être calculée à l'aide de la formule de Darcy-Weisbach. Dans un système de canalisation composé de plusieurs tuyaux, vannes et raccords, la perte de charge totale est la somme des pertes de charge de chaque composant.

L'équation de la perte de charge (formule de Darcy Weisbach) est donnée par la formule suivante,

ΔP : Perte de charge
f: Facteur de frottement de Darcy
L : Longueur du tuyau
V : Vitesse d'écoulement
D : Diamètre du tube
𝜌 : Densité du fluide

Le facteur de frottement de Darcy est principalement déterminé par le type d'écoulement (laminaire ou turbulent) et la rugosité de la surface interne de la conduite. Elle peut être obtenue à l'aide de tableaux de correspondance, de corrélations ou de logiciels à partir de données expérimentales.

Exemple

Déterminer la perte de charge de l'eau dans un tuyau de 100 m de long et de 0,1 m de diamètre. Le facteur de friction est de 0,03 et la vitesse d'écoulement est de 30 m/s.

L = 100 m
D = 0,1 m
f = 0.03
V = 30 m/s
𝜌 = 1000 kg/m³

En substituant ces valeurs dans l'équation ci-dessus, on obtient une perte de charge de 13,5 MPa, ce qui est assez important. Cela nécessiterait des équipements solides et de haute qualité pour résister à la pression et maintenir un fonctionnement efficace. Cela signifie également que la pompe doit générer une pression nettement supérieure à 13,5 MPa pour maintenir le débit d'eau souhaité. Cela nécessite une forte consommation d'énergie et augmente les coûts d'exploitation. Il est donc essentiel de tenir compte de la perte de charge lors de la conception et de l'exploitation du système.

Perte de charge dans les raccords

Dans les longues canalisations, la chute de pression due au frottement dans le tube droit est beaucoup plus importante que la chute de pression causée par les raccords et les vannes. En effet, les pertes par frottement sont proportionnelles à la longueur du tuyau.

Plus les tuyaux sont courts, plus la part des pertes dues aux raccords et aux vannes augmente. Cependant, même dans une conduite courte, la perte de charge due au frottement dans la conduite droite est toujours beaucoup plus importante que la perte de charge due aux raccords et aux vannes. C'est pourquoi la perte de pression causée par les raccords et les vannes est encore appelée "pertes mineures". Les pertes mineures peuvent sembler minimes, mais elles peuvent s'accumuler, en particulier dans les systèmes complexes comportant de nombreux raccords et virages.

La perte de charge à travers les raccords est calculée en utilisant la méthode de la longueur équivalente. La méthode de la longueur équivalente permet à l'utilisateur de décrire la perte de pression à travers un raccord en fonction de la longueur du tuyau. Considérons un raccord coudé de 0,05 m de diamètre. Dans de nombreuses spécifications de matériaux de tuyaux, des tableaux indiquent la longueur équivalente pour différents types de raccords. Par exemple, un raccord coudé standard peut avoir une longueur équivalente à 30 diamètres de tuyau.

La longueur équivalente pour un coude de 0,05 m de diamètre est de 30 * 0,05 m = 1,5 m. En considérant une vitesse d'écoulement de 2 m/s, un coefficient de frottement de 0,025 et en utilisant la formule de Darcy Weisbach, la perte de charge à travers le raccord est de 1,5kPa.

Perte de charge et débit

Le coefficient de débit Cv ou Kv et la perte de charge sont inversement liés. Une vanne avec un Cv élevé permet un débit plus important, ce qui entraîne une chute de pression plus faible dans la vanne pour un débit donné. Inversement, une vanne ayant un faible Cv entraînera une chute de pression plus importante pour le même débit.

Il est important d'équilibrer ces deux facteurs dans le dimensionnement et la sélection des vannes. Si une vanne est trop petite pour le système, elle aura un faible Cv et pourra provoquer une forte chute de pression, ce qui entraînera une mauvaise performance du système. D'autre part, une vanne trop grande peut ne pas contrôler le débit de manière adéquate.