Calculs des diamètres en tuyauterie

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CHAPITRE 3:TECHNOLOGIE DES TUYAUTERIES ET ACCESSOIRES
3-1 Caractéristiques et normalisation
3-1-1 Diamètre nominal
Il définit le tube, c’est un numéro d’ordre. A ce diamètre nominal correspond un diamètre extérieur constant. EX : dn 50 => Æ ext 60,3mm. Ce diamètre nominal est déduit en fonction du débit du fluide à véhiculer et de la vitesse admissible dans la conduite. Souvent un autre paramètre peut intervenir, c’est la perte de charge (évoluant au carré de la vitesse).

Pour la vitesse du fluide, nous pouvons adopter les valeurs suivantes en première approximation:

Eau 1 à 3 m/s
Aspiration pompe < 1,2 m/s
Gaz industriels < 2 bar 5 à 20 m/s
Gaz industriels > 2 bar 20 à 60 m/s
Air sous pression 10 à 15 m/s
Vapeur d’eau < 10 bar 25 m/s
Vapeur d’eau 10 à 40 bar 30 m/s
Vapeur d’eau > 40 bar 30 à 60 m/s
Condensats vapeur < 1 m/s

Notons que dans le cas des conduites industrielles, le débit est considéré comme étant continu. Il est donné par l’équation
Qv = S . v
Qv = débit volumique m³/s
S = section interne de la conduite m²
v = vitesse du fluide m/s

Pour Qv exprimé en m³/h et dn en mm la relation devient :

Qv =
ou encore dn=


Pour Qv exprimé en kg/h et d en mm la relation devient :

Qm =
ou encore dn=


Qm = débit massique kg/h

d : masse volumique kg/m³

En première approximation il est toujours possible d’utiliser les diagrammes qui vous sont proposés ci-après avec lesquels nous allons réaliser quelques exemples.

3.1.2 Exemples de calculs
a) Liquide

Soit une conduite débitant 200 m³/h d’eau du canal. Si nous adoptons une vitesse de 2m/s dans cette conduite, déterminer son diamètre nominal :

Solution analytique :

dn =
= 188 mm

Nous adopterons un dn normalisé = 200mm

Vitesse dans la conduite : v =
= 1,77 m/s


Solution graphique :

Utilisons le diagramme Fig 1-12 ; nous voyons que nous obtenons les mêmes valeurs.














































b) Air et gaz :

Soit une conduite débitant un gaz à raison de 1150 m³/h à la pression effective de 0.9 barg et à la température de 30°C. Déterminer son diamètre nominal pour une vitesse admissible de 8m/s.

Nous utiliserons le graphique Fig.1-13 . Pour cela, il faut convertir le débit Qv (m³/h) en QN (Nm³/h), c’est-à-dire le débit aux conditions initiales (O°C, 760mmHg ou 1013 hPa) en utilisant la relation :































































































QN =


Pabs = Peff + 1 atm, ou pratiquement Pabs = Peff + 1 bar.

Soit Qm =


Sur le graphique, partant de la t° 30°C en passant par la pression (0.9 barg), le débit QN et la vitesse d’écoulement, nous obtenons dn = 225 mm, nous opterons pour un dn 200 , soit une vitesse de 9m/s admissible.

c) Soit une conduite débitant de la vapeur à raison de 2000 kg/h à la pression effective de 15 bar et à la température de 325°C.

Si la vitesse admissible est de 40 m/s, calculer son diamètre nominal :

- Solution analytique

dn =


Qm = débit massique en kg/h
v = vitesse admissible m/s
d = masse volumique kg/m³ -> tables des propriétés de la vapeur d’eau
dn = diamètre nominal (mm)

Soit dn =
173 mm soit dn= 200 mm

- Solution graphique

Partant de la t° (325°C) en passant par la pression effective, le débit massique et la vitesse d’écoulement, on obtient le dn = 155 mm soit le dn normalisé = 200mm.

Nous avons évoqué le phénomène physique de la perte de charge ou perte de pression dans une tuyauterie et il est bon de connaître le sens physique ainsi que la méthode générale de calcul.

Ici encore, certains catalogues de robinetterie contiennent des abaques permettant une solution plus rapide.

3.1.3 Sens physique de la perte de charge


Si on considère l’écoulement d’un liquide dans une tuyauterie cylindrique et horizontale. En 2 points A1 et A2, nous plaçons un tube vertical ouvert à l’atmosphère, on constatera que les hauteurs h1 et h2 de liquide dans ces tubes sont différentes et mesurent la pression statique aux points A1 et A2, ou encore « la charge » en ces points.

En lieu et place de ces tubes, on pourrait placer des manomètres mesurant la pression statique. On constatera alors une différence p1 – p2 proportionnelle à la perte de charge h1 – h2, car h et p sont liés par la relation h =
=m.c.l

h = hauteur en mètre de la colonne de liquide (m.c.l)
p = pression exprimée en bar (daN/cm²)
d = masse volumique du liquide en kg/m³.

Même dans un cas simple d’écoulement dans une conduite cylindrique, la perte de charge est une fonction complexe de différents facteurs tels que : débit, vitesse, viscosité du fluide d’une part et diamètre, rugosité de la paroi intérieure de la conduite d’autre part.

 
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