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Comment analyser graphiquement les pertes de charge d'un réseau ?
L'analyse graphique trace les pertes de charge d'un réseau en fonction du débit : en écoulement turbulent, elles croissent comme le carré du débit, ΔH ≈ ΔH₀ × (Q/Q₀)². Sur le même graphique, la courbe de la pompe ou du réservoir d'alimentation coupe celle du réseau au point de fonctionnement, le débit réellement obtenu. Le graphique montre aussi la part de chaque élément dans la perte totale et le coût énergétique qui en découle, ce qui désigne d'emblée l'élément à redimensionner. Exemple : un réseau qui perd 15 m à 10 m³/h demande 409 W au fluide ; avec une pompe à 60 % de rendement pendant 4 000 heures par an, cela représente 2 725 kWh, soit environ 545 € à 0,20 €/kWh.
Formules de l'analyse graphique
- ΔH(Q) : pertes de charge au débit Q, en m, à partir de la valeur ΔH₀ connue au débit Q₀
- Hpompe(Q) = Hréseau(Q) : condition du point de fonctionnement, intersection des deux courbes
- E : énergie consommée, en Wh, pendant t heures, avec η le rendement de la pompe
Pertes de charge et puissance selon le débit
| Débit (m³/h) | Pertes de charge (m) | Puissance absorbée (W) |
|---|---|---|
| 4 | 2,4 | 44 |
| 6 | 5,4 | 147 |
| 8 | 9,6 | 349 |
| 10 | 15,0 | 681 |
| 12 | 21,6 | 1 177 |
Explications détaillées et calcul dans Mecaflux
Les réseaux de distribution de fluides, liquides ou gaz, air ou eau, sont étudiés de manière à fournir le débit souhaité avec le minimum de cout de pose, d'entretien et d'exploitation.
Pour effectuer le bon choix il faut correctement dimensionner les conduits et le organes du réseau en tenant compte de l'évolution du débit. Il peut s'avérer judicieux de créer des graphiques et de les sauvegarder, imprimer pour comparer et argumenter les choix techniques en groupes
L'outil d'analyse graphique été crée dans ce but et permet de tester votre inventaire des pertes de charge suivant différents débits.
L'inventaire des pertes de charges calculées s'affiche en bas d'écran pour mémoire et traitement, Ici l'utilisateur va effectuer une analyse graphique de son réseau en testant les débits de 47 a 150 litres minute
Les graphiques mettent en évidence :
- les proportions de pertes de charge par éléments du réseau,
- la consommation énergétique
- et le cout en euros des pertes de charge.
Si un élément est mal dimensionné ceci apparaitra avec évidence en matière de cout d'exploitation ou de perte de pression.
Ceci permet de visualiser les conséquences des choix de matériel au regard des couts d'exploitation et de créer des simulations de réseaux différents afin de trouver le meilleur compromis.
Pour connaitre le débit en sortie (point de fonctionnement) d'un réseau alimenté par un réservoir en tenant compte des pertes de charge du réseau , Il nous faut connaitre la courbe de fonctionnement (charge) du réservoir, et la courbe de fonctionnement de notre réseau.
L'intersection des 2 courbes nous donne le point de fonctionnement.
Courbe du réseau:
Calculez les pertes de charge à un débit approximatif (sans importance car le débit sera réévalué)
des éléments du tronçon connecté a votre réservoir grâce a l'inventaire des pertes de charge.
Enregistrez votre inventaire de perte de charge.Ouvrez l'analyse graphique (outils flux internes/analyse graphique) et chargez votre tronçon enregistré.
Courbe du réservoir (permet de connaitre le débit max)
sélectionnez "Rechercher point fonctionnement"
sélectionnez "Réservoirs de liquide"
Entrez la hauteur de liquide
- Entrez le diamètre orifice
cliquez sur créer courbe réservoir
cliquez sur "Lancer analyse graphique"
si il existe, votre point de fonctionnement apparait sur le graphique.
Sinon c'est que la plage de débit n'est pas compatible , il faut redimensionner le diamètre d'orifice.
Une démarche similaire est utilisée pour déterminer le point de fonctionnement ou débit d'un réseau connecté a une pompe ou un réservoir.
Questions fréquentes
Pourquoi les pertes de charge croissent-elles comme le carré du débit ?
Elles sont proportionnelles à la pression dynamique ρV²/2, et la vitesse est proportionnelle au débit. Comme la puissance vaut débit × perte, elle croît, elle, à peu près comme le cube du débit : +20 % de débit, c'est +73 % de puissance dans l'exemple ci-dessus.
Qu'est-ce que le point de fonctionnement ?
C'est le débit pour lequel la hauteur fournie par la pompe, ou la charge d'un réservoir, égale exactement les pertes du réseau. Le réseau s'y stabilise de lui-même.
Comment repérer un élément mal dimensionné ?
Il ressort sur le graphique des proportions : un coude, une vanne ou un tronçon trop petit concentre une part de la perte totale sans rapport avec sa longueur. Le passer au diamètre supérieur fait souvent baisser nettement la facture d'énergie.
Avec quel outil faire cette analyse ?
L'outil d'analyse graphique de Mecaflux Standard teste votre inventaire de pertes de charge sur toute une plage de débits, affiche les proportions par élément, la consommation et le coût, puis trouve le point de fonctionnement avec votre pompe ou votre réservoir. Pour un cas précis, Mecaflux propose aussi l'étude de votre projet ou une formation sur le logiciel.