RESEAU INCENDIE dimensionnement de conduites de RIA

Comment dimensionner les conduites d'un réseau incendie (RIA) ?

Chaque appareil d'un réseau incendie (robinet d'incendie armé, poteau, lance) impose une pression minimale à un débit donné, par exemple 1 bar à 120 m³/h. Le réseau doit donc fournir au point d'alimentation la pression requise par l'appareil le plus défavorisé, augmentée des pertes de charge du parcours et du dénivelé, tous les appareils prévus débitant en même temps ; dans les branches, le débit se répartit jusqu'à ce que les pressions s'égalisent aux nœuds. La méthode consiste à représenter chaque appareil par un élément singulier dont le coefficient K = ΔP / (½ ρ V²) reproduit sa pression requise à son débit nominal, puis à simuler le réseau au débit total : on vérifie que chaque branche reçoit au moins son débit et on lit la pression nécessaire à l'entrée (1,8 bar pour 136 m³/h dans l'exemple ci-dessous). Si la source donne plus (3,5 bar), les débits augmentent comme la racine carrée de la pression.

Formules du coefficient d'un appareil et de la pression d'alimentation

• K : coefficient de perte de charge singulière représentant l'appareil, sans unité ; ΔP_appareil : pression requise par le constructeur, en Pa (1 bar = 100 000 Pa)
• V : vitesse dans la conduite de raccordement, en m/s ; Q : débit nominal, en m³/s ; D : diamètre intérieur, en m ; ρ = 1 000 kg/m³
• P_source : pression nécessaire au point d'alimentation, en Pa ; Δz : hauteur de l'appareil au-dessus de la source, en m (1 bar pour 10,2 m)
• Q₂ : débit obtenu quand la pression disponible à l'appareil passe de ΔP₁ à ΔP₂ : le débit croît comme la racine carrée de la pression

Coefficients K des deux appareils de l'exemple

Eau à 1 000 kg/m³ ; chaque appareil est représenté par un élément singulier qui consomme sa pression requise à son débit nominal

Appareil	Débit nominal	Diamètre de raccordement	Vitesse V	Pression dynamique ½ ρ V²	Pression requise	Coefficient K
Sortie 1	120 m³/h	130,8 mm	2,48 m/s	3 077 Pa	1 bar	32,5
Sortie 2	16 m³/h	58,2 mm	1,67 m/s	1 396 Pa	1 bar	71,7

Débit de chaque appareil selon la pression disponible à sa sortie

Q₂ = Q₁ √(ΔP₂ / ΔP₁) : un appareil alimenté à 2 bar au lieu de 1 débite 41 % de plus

Pression disponible	Sortie 1 (K = 32,5, DN 130,8)	Sortie 2 (K = 71,7, DN 58,2)
0,5 bar	85 m³/h	11,3 m³/h
1 bar	120 m³/h	16,0 m³/h
1,5 bar	147 m³/h	19,6 m³/h
2 bar	170 m³/h	22,6 m³/h
3 bar	208 m³/h	27,7 m³/h
3,5 bar	224 m³/h	29,9 m³/h

Explications détaillées et calcul dans Mecaflux

Le materiel d'incendie est souvent fournit avec une contrainte d'installation spécifiant une pression minimum à un debit donné. Ce didacticiel du logiciel de calcul de perte de charge dans les reseaux de fluide Mecaflux Pro3D, montre une modelisation de réseau équipé de 2 éléments de sorties dont le cahier des charges impose la pression à un débit donné.

Dans notre exemple 2 appareils doivent etre alimentés en 2 endroits différents avec une pression de 1 bar a 120 m3/h pour l'un et une pression de 1 bar a 16 m3/h pour l'autre. Nous avons donc un debit total à fournir de 136 m3/h en amont des 2 branches

Le réseau de fluide modélisé ici pour exemple prolonge un réseau existant pouvant delivrer une pression de 3.5 bar à 200 m3/h.

Ce reseau exemple est constitué de 3 troncons :

1. Le troncon "depart" connecté au réseau se divisant en 2 debit de 120+16 m3/h = 136 m3/h.
2. Le troncon 2 "OTO": A l’extrémité du tronçon 2 terminant par un diametre 130.8 (toujours diametre interieur !) j’ai un besoin minimum de 120 m3/h à 1bar de pression.
3. Le troncon 3 "OT1" à l’extrémité du tronçon 3 terminant par un diametre 58.2 mm le besoin minimum est de 16 m3/h à 1 bar de pression.

Nous allons verifier si les objectifs minimums de débit et pression peuvent être atteints. Ceci sera verifié si en alimentant notre systeme avec un débit de 136 m3/h les débits se répartissent correctement dans chaque branche

Dans votre cahier des charges il est spécifié donc, une pression minimum a fournir aux débit dans chaque branches. L'astuce  est de créer des éléments singuliers en bout de tronçons qui vont représenter les besoins en pression (contrainte de 1 bars= élément singulier avec une perte de charge de 1 bar)...

• Ouvrez l'éditeur élément singulier et créez un élément qui a une perte de charge de 1 bars au débit de 120 m3/h avec un diamètre de 130.8

voir la vidéo didacticiel: https://www.mecaflux.com/suite/didacticiels_pro3d.html    "créer élément singulier coefficient constant" , avec une petite variante qui consiste à calculer le coefficient de perte de charge d'après la perte de charge donnée de 1 bar à 120 m3/h:

(rappel: 1 bar = 100 000 pascals)

Créer un élément qui a une perte de charge de 1 bars au débit de 120 m3/h avec un diamètre de 130.8:

Enregistrez l'élément qui représente donc la contrainte de 1 bars a 120 m3h:

insérer l élément représentant la contrainte de 1 bars a 120 m3h sur la sortie 130.8mm:

On recommence avec la contrainte de 1 bars a 16 m3h sur le diametre 58.2 mm:

• Creer element reseau incendie avec la contrainte de 1 bars a 16 m3h sur le diametre 58.2 :

insérer l'élément en bout de tronçon sensé être a 16 m3h :

lancer le test a 136 m3h pour verifier si en alimentant notre systeme avec un débit de 136 m3/h les débits se répartissent correctement dans chaque branche:

Pour terminer vous pouvez analyser la situation: sélectionnez le générateur dans l'arbre de droite et dans la zone de résultat cocher "bars" vous voyez la pression minimum nécessaire en entrée  pour réaliser le débit global de 136 m3h:

sélectionnez le tronçon 2 pour voir son debit:

sélectionnez le tronçon 3 pour voir son débit... = 18.9 m3h

Moralité...

• la pression nécessaire en entrée est de  1.8 bars minimum , donc si on a plus (on peu nous délivrer 3.5 bar à 200 m3/h) on sera capable de generer plus de debit à cette pression le partage des debit se fait entre les 2 tronçons avec 18.9 et 116,4 , on aurait donc un peu trop sur la branche "18.9 m3h", mais en considérant que la pression réellement fournie peut etre de 3.5 bars on peu tenter une modélisation de débit plus importante (180 m3h) et voir si la pression reste inferieur a 3.5 bars.... :

donc on peu estimer que le système connecté a une pression de 3.5 bars sera au moins capable de fournir  155 m3h et 24.8 m3h avec des pressions de 1 bars en sorties (représentées par des éléments consommant cette pression)

Pour etre rigoureux, il est nécéssaire de préciser que lorsque cette méthode applique un coefficient de perte de charge, basé sur la pression globale consommée par un élément de sortie , la pression demandée par le fabriquant inclue la pression dynamique. Le coefficient de perte de charge calculé dans ce cas est donc légerement surévaluée, car Mecaflux pro 3D recalcule et ajoute la pression dynamique aux sorties. Cette sur-évaluation sera donc considérée comme un coefficient de sécurité...dont la valeur est égale a la pression dynamique en sortie des éléments considérés.(il suffit de cliquer sur un élément de sortie pour lire dans ses proprietés la valeur de la pression dynamique en sortie ou bien de lire dans le rapport la valeur des pressions dynamiques aux sorties)

 Le fichier Pro3D de l'exemple est télchageable :RIA avec 2 elements representant la contrainte 1 bar.RESMEC (les conduites sont plus courtes que dans le projet ci dessous donc les resultats varient mais la démarche est la meme)

Questions fréquentes

Pourquoi représenter un RIA par un élément singulier ?

Parce que la contrainte du constructeur, une pression à un débit, est exactement le comportement d'une perte de charge singulière : ΔP = K ½ ρ V². En créant un élément de coefficient K calculé pour le débit nominal et le diamètre de raccordement, on obtient un composant qui consomme 1 bar à 120 m³/h et dont la pression varie correctement avec le débit. Le logiciel peut alors équilibrer le réseau comme n'importe quel autre réseau maillé.

Comment se répartit le débit entre les branches ?

À chaque nœud, la pression est unique : le débit se partage entre les branches de façon que leurs pertes de charge, de la bifurcation jusqu'à la sortie, soient égales. La branche la moins résistante (courte, de grand diamètre, appareil peu exigeant) prend plus de débit. Ce calcul est itératif (méthode de Hardy-Cross ou résolution matricielle) : c'est le rôle du logiciel de réseau, qui recalcule aussi les pertes de charge régulières de chaque tronçon avec le débit trouvé.

Faut-il compter la pression dynamique dans la pression requise ?

La pression indiquée par le constructeur inclut généralement la pression dynamique du jet. Le coefficient K calculé à partir de la pression totale est donc légèrement surévalué quand le logiciel ajoute lui-même la pression dynamique en sortie ; l'écart, égal à ½ ρ V² à la sortie (3 077 Pa soit 0,03 bar dans l'exemple), joue comme un petit coefficient de sécurité. On le lit dans les propriétés de l'élément de sortie ou dans le rapport.

Comment vérifier mon réseau incendie ou mon réseau d'eau sous pression ?

Mecaflux Pro3D, logiciel de réseau à licence autonome, dessine le réseau en 3D avec ses tronçons, ses diamètres et ses dénivelés, crée les éléments singuliers à coefficient constant qui représentent vos appareils, puis calcule la répartition des débits et la pression nécessaire au générateur, avec un rapport détaillé par tronçon ; le fichier de l'exemple ci-dessus est téléchargeable sur cette page. Pour un réseau RIA, sprinkleur ou d'arrosage à justifier auprès d'un bureau de contrôle, Mecaflux réalise l'étude de votre projet et vous remet la note de calcul, ou vous propose une formation sur le logiciel appliquée à votre propre installation.