Lorsqu’un fluide s’écoule dans un tuyau, il y a une chute de pression qui se produit en raison de la résistance à l’écoulement. Il peut également y avoir un gain/une perte de pression en raison d’un changement d’élévation entre le début et la fin du tuyau. Cette différence de pression globale à travers le tuyau est liée à un certain nombre de facteurs :

• Frottement entre le fluide et la paroi du tuyau
• Frottement entre les couches adjacentes du fluide lui-même
• Perte par frottement lorsque le fluide passe à travers tout raccord de tuyau, coude, vanne, ou composants
• Perte de pression due à un changement d’élévation du fluide (si la conduite n’est pas horizontale)
• Gain de pression dû à toute hauteur de fluide ajoutée par une pompe

Calcul de la perte de pression dans une conduite

Pour calculer la perte de pression dans une conduite, il est nécessaire de calculer une perte de pression, généralement en hauteur de fluide, pour chacun des éléments qui provoquent un changement de pression. Cependant pour calculer la perte par frottement dans un tuyau par exemple, il est nécessaire de calculer le facteur de frottement à utiliser dans l’équation de Darcy-Weisbach qui détermine la perte par frottement globale.

Le facteur de friction lui-même dépend du diamètre interne du tuyau, de la rugosité interne du tuyau et du nombre de Reynold qui est à son tour calculé à partir de la viscosité du fluide, de la densité du fluide, de la vitesse du fluide et du diamètre interne du tuyau.

Il y a donc un certain nombre de sous-calculs qui doivent avoir lieu pour calculer la perte de friction globale. En travaillant à l’envers, nous devons connaître les propriétés de densité et de viscosité du fluide, connaître le diamètre du tuyau et les propriétés de rugosité, calculer le nombre de Reynold, l’utiliser pour calculer le facteur de friction à l’aide de l’équation de Colebrook-White, et enfin brancher le facteur de friction à l’équation de Darcy-Weisbach pour calculer la perte de friction dans le tuyau.

Après avoir calculé la perte de friction du tuyau, nous devons ensuite considérer les éventuelles pertes de raccord, le changement d’élévation et toute tête de pompe ajoutée. La somme de ces pertes/gains nous donnera la perte de charge globale dans le tuyau. Les sections suivantes examinent chaque calcul à tour de rôle.

Calculs de la perte de friction dans la conduite

Nous devons maintenant calculer chacun des éléments nécessaires pour déterminer la perte de friction dans la conduite. Les liens de la liste suivante fournissent plus de détails sur chaque calcul spécifique :

• Densité du fluide
• Viscosité du fluide
• Mesure de la rugosité du tuyau
• Nombre de Reynold – écoulement laminaire ou écoulement turbulent
• Facteurs de frottement – diagramme de Moody et équation de Colebrook-.White
• Perte par frottement dans un tuyau – Méthode de Darcy-Weisbach

Notre logiciel Pipe Flow calcule automatiquement la perte par frottement dans les tuyaux à l’aide de l’équation de Darcy-Weisbach car il s’agit de la méthode de calcul la plus précise pour les fluides non compressibles, et elle est également acceptée comme précise par l’industrie pour les écoulements compressibles, à condition que certaines conditions soient remplies.

Calculs de perte des raccords de tuyauterie

La perte d’énergie due aux vannes, aux raccords et aux coudes est causée par une certaine perturbation localisée de l’écoulement. La dissolution de l’énergie perdue se produit sur une section finie mais pas nécessairement courte de la canalisation, cependant pour les calculs hydrauliques, il est admis de considérer la totalité de cette perte à l’emplacement du dispositif.

Pour les systèmes de canalisation avec des tuyaux relativement longs, il est souvent le cas que les pertes de raccord seront mineures par rapport à la perte de pression globale dans la canalisation. Cependant, certaines pertes locales, telles que celles produites par une vanne partiellement ouverte, sont souvent très importantes et ne peuvent jamais être qualifiées de pertes mineures, et elles doivent toujours être incluses.

La perte qu’un raccord de tuyauterie spécifique introduit est mesurée à l’aide de données expérimentales réelles et celles-ci sont ensuite analysées pour déterminer un facteur K (un coefficient de perte locale) qui peut être utilisé pour calculer la perte du raccord lorsqu’elle varie avec la vitesse du fluide qui le traverse.

Nos logiciels de débit de tuyauterie facilitent l’inclusion automatique des pertes de raccord et autres pertes locales dans le calcul de la perte de charge, car ils sont livrés avec une base de données de raccords préchargée qui contient de nombreux facteurs K standard de l’industrie pour différentes vannes et différents raccords, à différentes tailles.

Tout ce que l’utilisateur a à faire est de sélectionner le raccord ou la vanne appropriée, puis de choisir ‘Enregistrer’ pour l’ajouter sur la tuyauterie et le faire inclure dans le calcul de la perte de charge de la tuyauterie.

Ce lien fournit plus d’informations sur les facteurs K des raccords et l’équation de perte des raccords.

Calculs de perte des composants de la tuyauterie

Il existe souvent de nombreux types de composants différents qui doivent être modélisés dans un système de tuyauterie, comme un échangeur de chaleur ou un refroidisseur. Certains composants peuvent introduire une perte de pression fixe connue, cependant il est plus probable que la perte de pression varie en fonction du débit passant par le composant.

La plupart des fabricants fourniront une courbe de performance du composant qui décrit les caractéristiques de débit contre perte de charge de leur produit. Ces données sont ensuite utilisées pour calculer la perte de pression causée par le composant pour un débit spécifié, mais le débit lui-même dépendra également de la perte de pression en aval du composant et il est donc très difficile de modéliser les performances de perte de charge du composant sans l’utilisation d’un logiciel approprié tel que Pipe Flow Expert.

Perte de pression due au changement d’élévation

Écoulement dans une conduite ascendante

Si l’élévation de départ d’une conduite est inférieure à l’élévation d’arrivée, alors en plus du frottement et des autres pertes, il y aura une perte de pression supplémentaire causée par l’élévation, qui mesurée en hauteur de fluide est simplement équivalente à l’élévation de l’élévation.

si. à une élévation de fluide plus élevée, il y a moins de pression ajoutée en raison de la réduction de la profondeur et du poids du fluide au-dessus de ce point.

Débit dans un tuyau en chute

Si l’élévation de départ d’un tuyau est plus élevée que l’élévation d’arrivée, alors en plus de la friction et des autres pertes, il y aura un gain de pression supplémentaire causé par la chute d’élévation, qui mesurée en tête de fluide est simplement équivalente à la chute d’élévation.

C’est-à-dire qu’à une élévation de fluide plus faible, il y a plus de pression ajoutée en raison de l’augmentation de la profondeur et du poids du fluide au-dessus de ce point.

Lignes de pente énergétique et hydraulique

L’élévation d’un fluide à l’intérieur d’une conduite, ainsi que la pression dans la conduite à un point spécifique, et la tête de vitesse du fluide, peuvent être additionnées pour calculer ce que l’on appelle la ligne de pente énergétique.

La ligne de niveau hydraulique peut être calculée en soustrayant la tête de vitesse du fluide de l’EGL (Energy Grade Line), ou simplement en additionnant uniquement l’élévation du fluide et la pression dans la conduite à ce point.

Calculs de la tête de pompe

Dans un système de conduite, il y a souvent une pompe qui ajoute une pression supplémentaire (connue sous le nom de  » tête de pompe « ) pour surmonter les pertes par frottement et autres résistances. Les performances d’une pompe sont généralement disponibles auprès du fabricant, en termes de courbe de performance de la pompe, qui trace un graphique du débit par rapport à la hauteur de charge produite par la pompe pour une gamme de valeurs de débit.

Puisque la hauteur de charge produite par la pompe varie avec le débit, trouver le point de fonctionnement sur la courbe de performance de la pompe n’est pas toujours une tâche facile. Si vous devinez un débit et calculez ensuite la hauteur manométrique de la pompe ajoutée, cela affectera à son tour la différence de pression dans le tuyau, qui elle-même affecte en fait le débit qui se produirait.

Bien sûr, si vous utilisez notre logiciel Pipe Flow Expert, alors il trouvera le point de fonctionnement exact sur la courbe de la pompe pour vous, en veillant à ce que les débits et les pressions s’équilibrent tout au long de votre système pour donner une solution précise votre conception de tuyauterie.

Quoi que vous calculiez la tête de pompe ajoutée dans votre tuyau, cette tête de fluide supplémentaire doit être rajoutée à toute chute de pression qui s’est produite dans le tuyau.

Calcul de la perte de charge globale de la conduite

La pression à l’extrémité de la conduite considérée est donc donnée par l’équation suivante (où tous les éléments sont spécifiés en m de hauteur de fluide) :
P = P – Perte de friction – Perte de raccords – Perte de composants + Élévation + Hauteur manométrique de la pompe
où

P = Pression à l’extrémité de la conduite
P = Pression au début de la conduite
Élévation = (Élévation au début de la conduite) – (Élévation à l’extrémité de la conduite). (Élévation à l’extrémité du tuyau)
Hauteur de pompe = 0 si aucune pompe n’est présente

La perte de charge ou plutôt la différence de pression dP (il peut s’agir d’un gain) entre le début et l’extrémité d’un tuyau est donc donnée par cette équation :
dP = Perte de friction + Perte de raccords + Perte de composants – Élévation – Hauteur de pompe
où

P = Pression à l’extrémité du tuyau
P = Pression au début du tuyau
Élévation = (Élévation au début du tuyau) – (Élévation à l’extrémité du tuyau)
Hauteur de pompe = 0 si aucune pompe n’est présente

Notez que dP est normalement spécifié comme une valeur positive relative à la chute de pression. Une valeur négative indiquerait un gain de pression.

Ce n’est pas le cas.