Débit et pertes de charge

Une bonne performance énergétique passe par un bon dimensionnement des réseaux et des pompes pour optimiser:  Débit  Pertes de charge

1-Généralités:

1.1-Les débits:

Les débits sont couramment exprimés en m3/h, l/s, … . Il s’agit d’un débit volumique (volume/temps).

Dans la plupart des cas, les calculs énergétiques s’appuient sur le débit massique: kg/h,  …

Pour les liquides: la compressibilité est proche de 0 et la variation de la masse volumique en fonction de la température est relativement faible. Il est donc possible de passer facilement d’une unité vers une autre et les calculs de débit dans les tuyauteries sont simples.

Pour les gaz: la masse volumique varie fortement en fonction de la pression et de la température. C’est pour cette raison, qu’il est préférable de travailler directement avec un débit massique ou un débit volumique normalisée: Nm3/h (volume à 1013 mbars et 0°C). Pour les gaz, les paramètres de pression et de température sont importants.

Pour un fluide canalisé:

Débit (m3/s) = Section (m2) x Vitesse (m/s).

Cette vitesse est une vitesse moyenne. Le profil de vitesse dans une conduite varie en fonction de plusieurs paramètres et principalement:

  • en fonction de la géométrie du conduit
  • de son régime d’écoulement: laminaire, transitoire ou turbulent > pour les fluides visqueux. Ce régime est défini par le nombre de Reynolds et il impacte fortement les pertes de charge.

Ces éléments doivent également être connus et pris en compte pour la sélection des systèmes de mesure de débit. 

1.2-Pertes de charge:

Les pertes de charges sont exprimées avec les unités de pression: bars, mmCE, … . La perte de charge sur un réseau sera la somme des pertes de charge tout au long de ce réseau. Elles sont classées dans 2 grandes familles:

  • pour les sections droites de conduit: les pertes de charges linéiques
  • pour les « singularités » (vannes, coudes, brides, …) : les pertes de charges singulières.

L’ensemble de ces éléments vont permettre de définir les dimensions des conduits et les systèmes de transfert: pompes, ventilateurs, …

2- Dimensionnement des réseaux:

Un compromis entre Débit   Pertes de charge

  • Une vitesse trop élevée va occasionner:
    • des pertes de charge trop élevées > coût énergétique
      • objectif entre 15 et 20 mmCE/m
    • une usure excessive par abrasion
  • Une vitesse trop faible:
    • des problèmes de sédimentation:
      • la vitesse doit toujours rester supérieure 0,7 m/s
    • des surcoûts de fabrication

Vitesses des fluides pour un bon dimensionnement des réseaux:

(pour une optimisation Débit – Pertes de charge)

  • Eau: 1 à 1.5 m/s
    • Pompe centrifuge:
      • aspiration: 0.8 à 1.5 m/s
      • refoulement: 2 à 2,5 m/s
  • Vapeur saturée: 30 à 40 m/s
  • Air comprimé: 5 à 20 m/s (idéalement < 7 m/s pour réduire les pertes de charge)
  • Fluide frigorifique (NH3):
    • gaz aspiration: 15 à 20 m/s
    • gaz refoulement: 20 à 25 m/s
    • liquide: 0,5 à 1 m/s
  • Gaines d’air:
    • bureaux: 3 à 4 m/s
    • atelier:  5 à 10 m/s

 

3- Réglage du débit sur des systèmes centrifuges:

Optimiser Débit  Pertes de charge sur de l’existant: le choix de la solution permettant d’ajuster le débit impacte fortement la consommation énergétique. L’énergie consommée est proportionnelle au cube de la vitesse de rotation.  Ceci est valable pour les liquides et les gaz.

  • Débit fixe:

    • idéalement: pompe ou ventilateur parfaitement dimensionné
    • alternative: réduction diamètre de roue, variateur
    • solutions énergivores: création d’une perte de charge (bridage refoulement, fermeture des vantelles, … ) ou recyclage  vers l’aspiration
  • Débit variable:

    • idéalement: variation de vitesse dans la meilleure plage de rendement de la pompe ou du ventilateur
    • solutions énergivores: bridage au refoulement par une vanne de régulation ou recyclage vers l’aspiration

 

La suite:  Boîte à outils: le management de l’énergie                                                                  Retour:  Page accueil

 Pour plus d’informations: Me contacter