Notions élémentaires d'hydraulique

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L’hydraulique est une branche de la physique qui permet d’étudier les fluides (mécanique des fuides), les liquides en mouvement.
En froid et climatisation nous avons affaire en particulier à l’eau (ou eau +glycol) qui est un fluide dont les particules (molécules) peuvent se déplacer librement les unes par rapport aux autres et qui ne possède pas de forme particulière. Ce fluide est notoirement incompressible, déformable, sa viscosité (capacité à s’écouler) ne se modifie qu’en fonction de la température.

Régimes d’écoulement, notions simples.

Afin de mieux comprendre ce qu’est un régime d’écoulement, même si celui-ci peut être calculé (nombres de Reynods) , arrêtons nous à une petite expérience simple.

Cette expérience consiste à injecter un colorant dans une tuyauterie dont on contrôle le débit afin d’identifier les divers comportements du fluide.

À très faible vitesse les frottements sur les parois de la tuyauterie sont réduits, on s’aperçoit alors que la trajectoire du colorant est rectiligne,perpendiculaire à l’axe du tuyau, c’est le régime laminaire.

À une vitesse beaucoup plus importante, les frottements du liquide sur les parois et les accessoires engendrent des perturbations, des turbulences qui entravent le déplacement des particules de fluide, ce déplacement devient aléatoire, ondulé et très instable, c’est le régime turbulent.

Entre les deux il existe un régime (critique) où le régime d’écoulement peut-être successivement laminaire ou turbulent.

regime ecoulement

Nombre de REYNOLDS :

Il permet de définir le type d’écoulement du fluide avec une formule mathématique.

formule reynolds

Définition du régime d’écoulement :

Si Re < 2000    :Le régime est laminaire
Si Re > 2000     :Le régime est turbulent.

Pertes de charges

Les pertes de charges sont en fait la totalité des pertes de pression (pascals, bars) due aux divers frottements que le fluide rencontre tout le long de son parcours dans un circuit hydraulique.
Le diamètre de la tuyauterie, la vitesse et la viscosité du fluide sont des éléments à prendre en compte.
Les pertes de charges sont un élément important pour le dimensionnement des conduites et pour déterminer les caractéristiques des pompes de circulations.

chute pression hydraulique

Les pertes de charges linéaires

Ce sont les pertes de charges dues aux frottements contre les parois des tubes et sont fonction du régime d’écoulement.

Les pertes de charges singulières

Ce sont les pertes de charges causées par tous les accessoires (vannes, échangeurs etc.), les changements de direction, les réductions, coudes, jonctions, piquages etc.

pression statiqueQuelques définitions utiles :

  • Le débit, exprime un volume dans un temps donné, en L/s, L/mn, M³/H
  • La vitesse, c’est une distance parcourue en un temps donné en mètre par seconde (m/s)
  • La section de la tuyauterie en centimètre carré (cm²)
  • Une pression statique est une pression qui se mesure sans écoulement, c’est la conséquence d’un dénivelé (château d’eau, voir image).
  • Une pression dynamique est une pression qui représente la vitesse d’écoulement d’un fluide.La pression totale c'est la somme des deux.

Hauteur manométrique (HMT)

Dans une installation de climatisation de chauffage pour permettre la circulation de l’eau en tout point de l’installation il faut une force ou plus exactement une différence de pression pour pouvoir transporter le fluide au point le plus élevé de l’installation. Cette différence de pression est égale aux pertes de charges du réseau c’est la hauteur manométrique totale.


La HMT s'exprime en pascals, bars, en mètre de colonne d’eau :
1 kg de pression = 1 bar = 10 m de colonne d’eau (m.c.e.)


Cette énergie motrice est fournie par une pompe ou un circulateur (Pompes et circulateurs)
Dans un circuit fermé la hauteur manométrique c’est la différence de pression que la pompe ou le circulateur fournit entre son point d’aspiration et celui de refoulement.

 

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