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Comment dimensionner un réseau hydraulique ou aéraulique avec pompe ou turbine ?
Dimensionner un réseau, c'est choisir les diamètres des conduits et la machine qui fournira le débit voulu au moindre coût global. On part du débit nécessaire, on fixe les diamètres d'après une vitesse raisonnable, on calcule les pertes de charge régulières et singulières, puis on trace la courbe du réseau, hauteur à fournir en fonction du débit : H = Hgéo + k Q². La pompe ou le ventilateur se choisit pour que son point de fonctionnement, intersection des deux courbes, tombe près de son meilleur rendement ; une turbine, elle, valorise la hauteur disponible diminuée des pertes. Exemple : 20 m³/h à élever de 12 m avec 6 m de pertes de charge à ce débit demandent 18 m de hauteur manométrique ; à 25 m³/h, les pertes montent à 9,4 m et la hauteur à 21,4 m.
Formules du dimensionnement
- Hréseau : hauteur à fournir au fluide, en m, pour le débit Q
- Hgéo : dénivelé entre l'aspiration et le refoulement, en m ; ΔPréservoirs : écart de pression entre les réservoirs, en Pa
- k Q² : pertes de charge du réseau, proportionnelles au carré du débit en écoulement turbulent
- Putile : puissance transmise au fluide, en W ; Hnette : hauteur disponible pour une turbine, en m
Courbe du réseau : exemple
| Débit (m³/h) | Pertes de charge (m) | Hauteur à fournir (m) |
|---|---|---|
| 0 | 0 | 12 |
| 10 | 1,5 | 13,5 |
| 15 | 3,4 | 15,4 |
| 20 | 6,0 | 18,0 |
| 25 | 9,4 | 21,4 |
Explications détaillées et calcul dans Mecaflux
Le dimensionnement des réseaux consiste principalement à calculer les pertes de charges et la pompe qui conviendra le mieux pour assurer le débit souhaité.
Les réseaux aérauliques ou hydrauliques sont délicats à dimensionner, la consommation énergétique, les couts d'exploitation, d'entretien de poses et d'installation sont déterminés par la pompe turbine ou ventilateur à installer, mais aussi par les conduits. Les dimensions des tuyaux en fonction du débit imposé, déterminent les pertes de charges donc la puissance et la consommation de la pompe / ventilateur ou l'énergie restituée de la turbine hydraulique.Lorsque le réseaux est complexe, et que le fluide peut emprunter plusieurs chemins, il optera pour le chemin le plus facile (avec le moins de pertes de charges). Pour s'assurer de pouvoir contrôler le débit après une separation de flux, il faut placer des vannes, dont le réglage d'ouverture permettra de régler le débit dans chaque branche. Une phase de réglage du réseau est à prévoir après installation des vannes.
Voici un peu de doc pour vous faire une idée de méthodes d'équilibrage des réseaux tiré de l' excellent livre: climatisation conditionnement d'air et distribution des fluide hydraulique et aérauliques de BOUTELOUP GUAY et LIGUEN
Mecaflux standard est suffisant pour une etude de reseau simple, mais pour des études détaillées, fréquentes, ou des réseaux de fluides ramifiés, nous gagnerons du temps en utilisant Mecaflux Pro3D: conception reseaux fluides avec Mecaflux Pro3D
Dans Mecaflux standard, les paramètres d'un réseau de pompage ou de turbine sont étudiés simplement grâce à l'onglet pompe et turbines. Les paramètres de débit, pertes de charges cavitation, puissance utile, puissance absorbée, rendement, charge hydrostatique... s'actualisent à chaque modification des données.
C'est dans cet onglet que vous entrez les pertes de charges calculées dans votre réseau de pompage ou turbine pour évaluer la puissance de votre pompe, vérifier si elle ne cavitera pas ou bien évaluer la puissance qu'une turbine pourra produire...
Questions fréquentes
Quelles vitesses viser dans les conduits ?
En ordre de grandeur : 0,5 à 1,5 m/s à l'aspiration d'une pompe d'eau, 1 à 2,5 m/s au refoulement, 3 à 8 m/s dans les gaines de ventilation. Plus vite, les pertes de charge et le bruit augmentent ; plus lentement, les conduits coûtent plus cher.
Pourquoi poser des vannes d'équilibrage ?
Dans un réseau ramifié, le fluide emprunte en priorité les branches les moins résistantes. Des vannes réglées après la mise en service répartissent le débit voulu dans chaque branche.
Qu'est-ce qui change avec une turbine ?
La logique s'inverse : la hauteur brute disponible, diminuée des pertes de charge de la conduite forcée, donne la hauteur nette, et la puissance récupérée vaut η × ρ g Q Hnette.
Avec quel logiciel dimensionner mon réseau ?
Mecaflux Standard suffit pour un réseau simple, avec son onglet pompes et turbines qui recalcule débit, pertes de charge, cavitation et puissances. Pour des réseaux ramifiés ou bouclés, Mecaflux Pro3D modélise tout le réseau en 3D. Mecaflux propose aussi l'étude de votre projet ou une formation sur le logiciel.