Qu’est-ce que la perte de charge d’un réseau ?
La perte de charge désigne la perte irréversible d’énergie de pression que subit un fluide lors de son passage dans un élément du réseau tel qu’une tuyauterie, une robinetterie ou tout autre élément. Cette perte d’énergie est causée par la transformation en chaleur, des frottements internes provoqués par la viscosité du fluide, la rugosité des parois, les variations de vitesses et les changements de direction du fluide.
L’unité de la perte de charge est une pression ou une hauteur de colonne d’eau qui produirait une charge hydrostatique équivalente. Le terme « perte de charge » signifie donc « perte de charge hydrostatique ».
D’après cette définition nous pouvons déjà dire que les pertes de charges dans les réseaux sont importantes si :
- La vitesse du fluide est élevée et que la rugosité est importante
- La variation de vitesse liée au changement de section est importante et brusque
- Le changement de direction est important et brusque
Ces pertes d’énergie seront donc minimum si :
- La vitesse est faible et les surfaces sont lisses
- La variation de vitesse liée au changement de section est faible et progressive
- Le changement de direction est faible et progressif
On distingue 2 types de pertes de charge :
Les pertes de charge régulières, qui représentent les pertes de charge par frottements dans les conduites. Elles sont provoquées par la viscosité du fluide. Elles sont fonction du degré de turbulence (décrit par le nombre de Reynolds).
Les pertes de charge singulières, qui sont le résultat des variations de vitesses et des changements de directions du fluide provoqués par les formes et obstacles que rencontre le fluide en traversant un objet : cônes, coudes, grilles, raccordements, jonctions…
Le coefficient de perte de charge :
Le coefficient de perte de charge est une valeur sans unité qui permet de calculer la perte de charge en fonction de la pression dynamique du fluide.
Pression dynamique = 1/2 x masse volumique (kg/m3) x vitesse² (m/sec)
Ce qu’il faut retenir : la perte de charge évolue proportionnellement au carré de la vitesse. Quand la vitesse du fluide est doublée la perte de charge du réseau est multipliée par 4.
Comme il existe 2 types de pertes de charge, il existe 2 types de coefficients de pertes de charge :
Coefficient de perte de charge régulière :
Les pertes de charge régulières (ou systématiques) représentent les pertes d’énergies dues aux frottements du fluide dans une conduite de section constante. Elles sont exprimées en hauteurs de fluide (mCE) ou en pascal.
ΔH = λ . V²/2g . L/D
ΔH est la perte de charge en mètre colonne fluide
λ est le coefficient de pertes de charge régulières
V est la vitesse moyenne de l’écoulement
D est le diamètre de l’écoulement
L est la longueur de l’écoulement
La plupart de temps on utilise des abaques établis en fonction de la nature de la tuyauterie et du fluide.
Coefficient de perte de charge singulière :
Suivant les caractéristiques de l’élément singulier étudié, on détermine le coefficient de perte de charge singulière qui permet de connaitre la variation de pression que subit le fluide en traversant l’élément à un débit donné.
La perte de charge totale d’un réseau est la somme des pertes de charge singulières et régulières.
