Limiter les pertes de charge
Lors de la conception d'un réseau de distribution aéraulique, les pertes de chargespeuvent être limitées en prenant les mesures suivantes :
- Rechercher le chemin le plus court, le moins accidenté et où l'installation de conduites circulaires serait possible.
- Privilégier des coudes, des piquages et des transitions qui limitent les pertes de charges, d'autant plus lorsque la vitesse de circulation est élevée. Ainsi, on préfèrera les arrondis plutôt que les angles, des changements de section avec un angle inférieur à 30°, etc.
Réseaux de ventilation bien et mal conçus
Il existe aussi des produits qui permettent d'alimenter une même bouche de ventilation avec une série de conduits parallèles de faibles dimensions. Ce type d'installation est à éviter car les pertes de charges augmentent significativement et l'entretien est rendu plus complexe.
Voir Exploitation, gestion, entretien.
Calcul des pertes de charges
De manière générale, le calcul des pertes de charges dépend de la vitesse de l'air, de la forme et de la rugosité des matériaux. On distingue deux types de pertes de charges :
- Les pertes de charges linéaires qui sont provoquées par le frottement des molécules d'air sur les parois des conduits.
FORMULE DE LA PERTE DE CHARGE LINEAIRE
ΔP linéaire la perte de charge linéaire (en Pa)
λ le coefficient de Darcy qui dépend du type d'écoulement d'air (et donc de la vitesse d'air dans les conduits), de la rugosité de la paroi interne du conduit
L la longueur du conduit (en m)
ρ la masse volumique de l'air en (kg/m³)
D le diamètre intérieur du conduit (en m)
v la vitesse moyenne de l'air (en m/s)
Important : Plus la rugosité du matériau est faible et plus la perte de charge est faible.
Valeurs indicatives de rugosité de matériaux
| Matériaux et type de conduits | Rugosité [mm] |
|---|---|
| Acier Inox, PVC, aluminium | 0,03 |
| Conduit en acier galvanisé à joint spiral | 0,09 |
| Conduit rigide en acier galvanisé à joint longitudinal | 0,15 |
| Flexible en aluminium | 0,5 |
| Conduit en fibre de verre | 0,9 |
Source : CSTC
Formules approchées de pertes de charges linéaires [Pa/m] de quelques conduits :
- Pour des conduits aérauliques circulaires en PVC (ε=0,03mm) :
- Pour des conduits aérauliques circulaires en acier à joint spiral (ε=0,09mm) :
- Pour des conduits aérauliques circulaires en acier à joint longitudinal (ε=0,15 mm) :
Q représente le débit en m³/s et D le diamètre en m.
Ces formules sont valides pour de l'air sec à 20°C, une vitesse d'air comprise entre 1 et 10 m/s et des conduits d'un diamètre D compris entre 63 et 1250 mm.
Pour déterminer les pertes de charges, l'on peut soit utiliser des formules approchées, soit utiliser des règles à calculer, soit utiliser les abaques des fabricants.
(source : CSTC)
Règle à calculer
Abaque d'un conduit circulaire illustrant le calcul de la perte de charge linéaire du conduit K-L
En reprenant le conduit K-L de l'exemple, pour des conduits aérauliques en acier à joint spiral, on déduit de la formule une perte de charge linéaire de 0,18 Pa/m :
Avec l'abaque d'un fabricant, on retrouve le même résultat.
- Les pertes de charges singulières qui apparaissent lorsqu'il y a une perturbation de l'écoulement d'air (changements de sections, coude, etc.).
Formule de la perte de charge singulière
ΔP singulière la perte de charge singulière (en Pa)
ζ le coefficient de perte de pression singulière de l'élément considéré (coudes, tés, ...)
ρ la masse volumique de l'air en (kg/m³)
v la vitesse moyenne de l'air (en m/s)
Exemple : coude cintré à 90°
Détermination du coefficient de perte de pression :
- Pour un diamètre de 125 mm et un rapport rayon moyen/diamètre de 1:
ζ=0,30 (voir tableau ci-dessous)
| rm/D | D (mm) | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 75 | 80 | 100 | 125 | 160 | 200 | 250 | |
| 1 | 0.44 | 0.43 | 0.37 | 0.30 | 0.25 | 0.24 | 0.24 |
| 1.5 | 0.30 | 0.28 | 0.21 | 0.16 | 0.13 | 0.11 | 0.11 |
- ρ = 1,204 kg/m³ pour de l'air à 20°C
- v = 4m/s
La perte de charge associée vaut :
La perte de charge cumulée d'un réseau de ventilation correspond à la somme des pertes de charges linéaires et singulières.
De manière générale le calcul des pertes de charges dépend de la vitesse de l'air, de la forme et de la rugosité des matériaux.
Pour les pertes de charges singulières, on se réfèrera toujours aux abaques des fabricants.
Valeurs guides de pertes de charge pour le dimensionnement simplifié des conduits
Valeurs guide pour le dimensionnement simplifié des conduits
| Pour une vitesse d'air de 2,5 à 3,5 m/s |
Débit maximum [m³/h] |
Pertes de charge linéaire [Pa/m] |
Pertes de charge par coude de 90° [Pa] |
|---|---|---|---|
| Conduits circulaires métalliques avec double joint (diamètre nominal en mm) | |||
| D 80 | 30 à 60 | 1,50 à 2,10 | 2,25 à 3,15 |
| D 100 | 60 à 100 | 1,00 à 1,80 | 1,50 à 2,70 |
| D 125 | 110 à 155 | 0,75 à 1,4 | 1,10 à 2,10 |
| D 160 | 175 à 250 | 0,50 à 0,75 | 0,75 à 1,05 |
| D 200 | 280 à 395 | 0,40 à 0,75 | 0,600 à 1,15 |
| D 250 | 440 à 640 | 0,34 à 0,70 | 0,48 à 1,05 |
| D 315 | 700 à 980 | 0,24 à 0,40 | 0,36 à 0,60 |
| Conduits métalliques rectangulaires collés avec du ruban adhésif (Lx H en mm) | |||
| 100 x 50 | 20 à 50 | 2,00 à 2,60 | 3,20 à 4,20 |
| 140 x 50 | 50 à 90 | 1,50 à 2,85 | 2,40 à 4,60 |
| 180 x 50 | 80 à 110 | 1,20 à 2,40 | 1,90 à 3,80 |
| 220 x 50 | 100 à 130 | 1,00 à 2,20 | 1,60 à 3,50 |
| 300 x 50 | 150 à 220 | 0,65 à 0,95 | 1,05 à 1,55 |
| Conduits rigide en plastique collés avec du ruban adhésif ou collé (Lx H en mm) | |||
| 100 x 40 | 25 à 50 | 1,80 à 2,40 | 2,90 à 3,90 |
| 200 x 60 | 100 à 130 | 1,110 à 2,30 | 1,75 à 3,70 |
Source : Xilio
Important : on remarque que pour une section et un débit comparable les conduits circulaires ont les pertes de charges les plus faibles ! En effet, les conduites circulaires limitent les zones de flux turbulents qui réduisent l'écoulement d'air. Des conduits circulaires sont donc à privilégier lorsque l'espace disponible le permet.
