Calcul de perte de charge

Pourquoi faire un calcul de perte de charge

Quand un fluide circule dans un tuyau, le frottement sur la paroi lui retire de la pression en chemin, et l’outil mesure combien. Il utilise l’équation de Darcy-Weisbach, dont le résultat croît avec la longueur du tuyau et le carré de la vitesse et décroît avec le diamètre. Vous obtenez ainsi la pression qu’une pompe ou un ventilateur doit fournir pour maintenir l’écoulement.

Formule du calcul de perte de charge

L’équation de Darcy-Weisbach vaut coefficient de frottement fois longueur sur diamètre fois pression dynamique :

λ est le coefficient de frottement, L la longueur, D le diamètre, ρ la masse volumique et v la vitesse. Comme la vitesse intervient au carré, une vitesse doublée quadruple la perte. Divisez le résultat par ρ × g pour la hauteur de perte en mètres.

Exemple de calcul de perte de charge

De l’eau dans un tuyau de 100 m de long et 50 mm de diamètre, à 2 m/s avec un coefficient de frottement de 0,02 :

Le tuyau perd donc 80 kPa ou 0,8 bar, environ 8,16 m de hauteur de perte. Divisez la vitesse par deux, et la perte tombe au quart, car la vitesse intervient au carré.

Comment faire le calcul de perte de charge

Saisissez le coefficient de frottement, la longueur du tuyau en mètres, le diamètre en millimètres, la vitesse d’écoulement en mètres par seconde et la masse volumique du fluide, et l’outil donne la perte de charge et la hauteur de perte. Utilisez environ 0,02 comme coefficient de frottement pour un écoulement d’eau turbulent typique et 1000 kg par mètre cube pour l’eau. Pour les gaines d’air, prenez une masse volumique d’environ 1,2.

Interpréter le calcul de perte de charge

La perte de charge est la pression que retire le frottement ; une pompe ou un ventilateur doit fournir au moins cette valeur en plus de la différence de hauteur et des pertes des appareils. La hauteur de perte en mètres est la même perte exprimée en colonne de liquide, pratique pour les courbes de pompe. Une forte perte signifie en général une vitesse trop élevée ou un tuyau trop petit, et un diamètre plus grand est le remède le plus efficace. L’outil donne la part de frottement du tuyau droit, la perte de charge linéaire ; ajoutez les pertes singulières et la hauteur pour le total.

Quand faire un calcul de perte de charge

• Choisir une pompe selon la perte par frottement
• Vérifier la chute de pression d’une conduite
• Déterminer la perte de charge d’une gaine d’air
• Comparer des diamètres par leur hauteur de perte

Erreurs fréquentes dans le calcul de perte de charge

• Mauvaise masse volumique. Utilisez 1000 pour l’eau et environ 1,2 pour l’air, sinon la perte est très fausse.
• Diamètre dans la mauvaise unité. Saisissez le diamètre en millimètres ; l’équation convertit en mètres.
• Ignorer les pertes singulières. L’outil ne donne que le frottement du tuyau droit ; ajoutez coudes, vannes et hauteur pour le total.

Conseils pour réduire la perte de charge

• Augmentez le diamètre, c’est le levier le plus fort.
• Gardez une vitesse modérée, la perte croît avec son carré.
• Ajoutez pertes singulières et hauteur à part pour la hauteur manométrique totale.

Calculateurs liés au calcul de perte de charge

La perte de charge dépend de l’écoulement dans le tuyau. Le calcul de débit relie vitesse et section au débit volumique, et le calcul de vitesse d’écoulement donne la vitesse de l’équation. Le caractère laminaire ou turbulent de l’écoulement fixe le coefficient de frottement, c’est pourquoi le calcul du nombre de Reynolds aide à trouver la bonne valeur.

Perte de charge et hauteur de perte dans un tuyau

L’équation décompose la perte en éléments sur lesquels agir. Le terme longueur sur diamètre dit qu’un tuyau plus long et plus étroit perd plus, et la pression dynamique, ρ × v² ÷ 2, dit que la perte croît avec le carré de la vitesse. C’est pourquoi le même tuyau perd neuf fois plus à 3 m/s qu’à 1 m/s. La hauteur de perte exprime la perte de charge en colonne de liquide, en accord avec les courbes de pompe en mètres de hauteur manométrique : une pompe de 20 m de HMT surmonte environ 20 m de frottement et de hauteur réunis. La conversion se fait en divisant par ρ × g, et l’outil montre les deux formes.

Perte de charge en tuyau et en gaine d’air

La même équation vaut pour un tuyau d’eau et une gaine d’air, seule la masse volumique change. Pour l’eau, ρ vaut environ 1000, pour l’air environ 1,2, c’est pourquoi les pertes en gaine sont faibles en absolu mais comptent face à la faible pression d’un ventilateur ; on les exprime donc en général en pascals. Le coefficient de frottement est l’autre variable : il dépend du régime d’écoulement et de la rugosité de paroi, une gaine souple demande donc une valeur plus élevée qu’un tube acier lisse. En turbulent, on lit λ sur le diagramme de Moody après avoir déterminé le régime avec le calcul du nombre de Reynolds. Choisissez masse volumique et coefficient de frottement pour votre fluide et votre conduit, et l’équation couvre les deux mondes.

Tableau de calcul de perte de charge selon la vitesse

Perte de charge pour de l’eau dans un tuyau de 100 m de long et 50 mm de diamètre avec un coefficient de frottement de 0,02 :

Calculateurs similaires