Equivalent Meca flu/ Electricité ?

[invitebe744ba6]

Bonjour,

J'étudie une boucle d'eau à laquelle différents commerces prélèvent ou fournissent de la chaleur. Le but final de cette étude est d'effectuer des économies d'énergie en réduisant la vitesse de la pompe lorsque les magasins n'ont pas besoin de beaucoup de débit. L'idée, afin d'économiser cette énergie, est de limiter et réguler le débit entrant par magasin (actuellement le débit dans une conduite d'un magasin résulte uniquement d'une prise sur la conduite principale) en installant une vanne TA (limitation de débit) en série avec une vanne thermostatique (cf. Schéma boucle eau.xls, les conduites en rouge correspondent au projet). L'utilisation de ces vannes entrainent des variations de charge dans le temps qui permettraient de diminuer la vitesse de la pompe afin d'économiser de l'énergie (pour ne pas qu'elle tourne à pleine puissance tout le temps). Il faut néanmoins vérifier que les magasins en fin de boucle aient suffisamment de débit pour fonctionner (limitation basse de débit de la pompe).

Mon but est donc de réguler la vitesse de la pompe afin d'assurer une différence de charge aux bornes de la pompe constante. Est-ce la, la bonne idée?

Afin de résoudre ce problème de mécanique des fluides (diagramme de perte de charge dans une boucle d'eau), pouvons nous faire un équivalent de la mécanique des fluides en électricité en assimilant:

-des prises de pression à des potentiels électriques
-des débits à des courants électriques
-des pertes singulières/régulières à des résistances
-des pompes à des générateurs de courant

Dans le cas où cette modélisation est réalisable, j'ai effectué l'équivalence dans le fichier excel joint (cf. Schéma boucle eau simple.xls). Ce fichier est simplifié, en réalité il y a un grand nombre de commerces (cf. Schéma boucle eau.xls).Comment modéliser des vannes TA (contrôle de débit)? Comment modéliser des vannes thermostatiques?

Dans le cas contraire, je pense étudier le diagramme de charge par tronçons (A à B, B à C par le commerce 1, B à C par la conduite principale, C à D), cette solution peut elle aboutir?

Merci d'avance!
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[sitalgo]

B'soir,

Je n'ai pas vu ton schéma, je n'ouvre pas toujours les PDF et ZIP.

Je pense que si on met un manomètre en aval de la pompe et qu'il commande le régime de la pompe, cela ajusterait le débit en fonction de la demande :
fermeture d'une vanne -> pression en hausse -> baisse régime -> retour à la pression de base.

[LPFR]

Bonjour.
Je parie que la pompe est une pompe centrifuge.
Dans ce cas vous n'économiserez pas grand chose (pour ne pas dire rien), car la consommation d'une pompe centrifuge dépend de son débit. Une pompe centrifuge qui ne débite pas ne consomme (presque) rien.
De plus, la consommation de ce type de pompe est très petite comparé aux autres pertes de ce type de système.
Au revoir.

[invitebe744ba6]

Merci de m'aider!

Je pense que si on met un manomètre en aval de la pompe et qu'il commande le régime de la pompe, cela ajusterait le débit en fonction de la demande.

Je pense que ça pourrait marcher effectivement! Je n'ai pas encore penser à cela, j'essaye de mettre en équation le système pour l'instant. Mais, par la suite je ne manquerai pas d'étudier cette piste!

Je parie que la pompe est une pompe centrifuge.

Je ne sais pas du tout, je vais aller vérifier cela aujourd'hui!

Dans ce cas vous n'économiserez pas grand chose (pour ne pas dire rien), car la consommation d'une pompe centrifuge dépend de son débit. Une pompe centrifuge qui ne débite pas ne consomme (presque) rien.

Justement, je pensais réguler le débit et donc faire des économies d'énergie.

De plus, la consommation de ce type de pompe est très petite comparé aux autres pertes de ce type de système.

A quelles autres pertes comparez-vous la puissance de la pompe?

[A voir en vidéo sur Futura]

[LPFR]

A quelles autres pertes comparez-vous la puissance de la pompe?

Bonjour.
Je pensais aux pertes thermiques.
Au revoir.

[invitebe744ba6]

Bonjour,

Je pensais aux pertes thermiques.

Effectivement les pertes thermiques sont assez conséquentes.J'avais déja soumis l'idée de limiter les pertes thermiques mais l'investissement est trop important d'autant plus que cela nécessite une modification de l'architecture de la galerie. D'autre part, ces fuites sont utiles car il me semble qu'on s'en sert pour chauffer la galerie l'hiver.

[invitebe744ba6]

pouvons nous faire un équivalent de la mécanique des fluides en électricité en assimilant:

-des prises de pression à des potentiels électriques
-des débits à des courants électriques
-des pertes singulières/régulières à des résistances
-des pompes à des générateurs de courant

Dans le cas où cette modélisation est réalisable, j'ai effectué l'équivalence dans le fichier excel joint (cf. Schéma boucle eau simple.xls). Ce fichier est simplifié, en réalité il y a un grand nombre de commerces (cf. Schéma boucle eau.xls).Comment modéliser des vannes TA (contrôle de débit)? Comment modéliser des vannes thermostatiques?[/B]

Je me permets de reposter étant donné que je n'ai toujours pas la réponse à ma question.

Dans le cas contraire, je pense étudier le diagramme de charge par tronçons (A à B, B à C par le commerce 1, B à C par la conduite principale, C à D), cette solution peut elle aboutir?

J'ai commencé à faire ce calcul, mais j'ai un problème pour déterminer la hauteur de charge initiale. Je dois prendre une hauteur de charge "référence" égale à 0, non?Ensuite je calcule les différences de hauteur de charge par rapport à cette hauteur? Et si je veux la hauteur exacte il faut que je calcule:

H = alpha * (vitesse débit)²/(2*g) + P/(2*g)  + z

D'autre part, lorsqu'il existe plusieurs "chemins" pour arriver à un "noeud" (par exemple B à C via le commerce ou par la conduite principale), pouvez vous me confirmer qu'il faut bien sommer les hauteurs de charge correspondant aux deux "chemins"?
D'un point de vue physique voici le raisonnement auquel je pense: la hauteur de charge d'un volume de fluide en B se dissipe par des pertes singulières et régulières entre B et C via le commerce 1 mais aussi entre B et C via la conduite principale. Donc au point C, le même volume a une hauteur de charge correspondant à la somme des deux hauteurs de charge (j'espère que c'est clair...)

Merci d'avance!!!

[sitalgo]

D'autre part, lorsqu'il existe plusieurs "chemins" pour arriver à un "noeud" (par exemple B à C via le commerce ou par la conduite principale), pouvez vous me confirmer qu'il faut bien sommer les hauteurs de charge correspondant aux deux "chemins"?

Non, au noeud B on a la pression Pb, au noeud C la pression Pc, avec Pc<Pb, ce sont les pertes de charges de chaque branche (diamètre, rugosité, pdc singulières) qui vont répartir le débit. Exactement comme en électricité.

[invitebe744ba6]

Ahhhhh mais oui!!
J'additionnais des pressions...
Merci beaucoup!

[invitebe744ba6]

J'ai mis en équations (cf. pièce jointe) le système que j'étudie (en rajoutant un deuxième commerce (C2)).

Le problème que je rencontre est le suivant:
J'ai 13 inconnues et 13 équations: jusque la tout va bien, problème isostatique.
En revanche si je résous le système ainsi, je ne fais pas intervenir le débit de sortie de pompe qui détermine pourtant toutes les grandeurs du système.

D'autre part, sur la partie droite de mon étude, si on somme toutes les équations correctement on trouve: Qta = Qtf. Le diamètre de la conduite en entrée et en sortie de pompe est il censé etre le meme? dans le cas ou ce ne serait pas le cas, dans ce cas la vitesse de débit est la meme et je ne vois plus l'interet de la pompe...


Si quelqu'un pouvait m'aider, ce serait très gentil!

[sitalgo]

Avec ce calcul tu vas au mieux obtenir le rapport entre Hi et Vi, il faut fournir des données qui permettent de les quantifier.

Le débit de la pompe est une donnée à fournir, c'est la somme des débits exigés par les appareils. Ceci donne QtA. Pour ce cas, on peut prendre le parcours moyen (les tuyaux en parallèle ne s'ajoutent pas) qui donne la longueur comme s'il n'y avait qu'un seul tuyau. Selon le diamètre on obtient une perte de charge (on peut ajouter des pertes singulières) qui détermine la Hmano (Ha-Hf) que la pompe doit fournir. On a Ha, Hb et He et Hf, à ce stade c'est une approximation, c'est à affiner en fonction du calcul du reste du réseau.

Même procédé pour la suite.

Qta = Qtf, c'est obligé. Tant qu'à faire le diamètre d'entrée est le même qu'en sortie vu que c'est le même débit.
La pompe sert à augmenter la pression, les vitesses sont secondaires.

[invitebe744ba6]

Bonjour,
Tout d'abord merci beaucoup de me sortir de la brume!

Avec ce calcul tu vas au mieux obtenir le rapport entre Hi et Vi, il faut fournir des données qui permettent de les quantifier.

Je ne comprends pas pourquoi je ne vais avoir par ce calcul que les rapports entre les Hi et Vi étant donné que j'ai un système de 13 équations et 13 inconnues. Si je le résous je peux avoir tous les Hi et Vi non?

Le débit de la pompe est une donnée à fournir, c'est la somme des débits exigés par les appareils.

Entendu, donc il faut que je fasse la somme des débits nécessaires au bon fonctionnement des commerces.

Pour ce cas, on peut prendre le parcours moyen (les tuyaux en parallèle ne s'ajoutent pas) qui donne la longueur comme s'il n'y avait qu'un seul tuyau.

Cela veut dire que par exemple si les tuyaux sont disposés de la même manière que sur le schéma du fichier pdf, je ne compte qu'une fois BC (car on a ED sur la partie inférieur?). Pouvez vous m'expliquer la justification de cette méthode? Car s'il y a un deuxième tuyau (même parallèle) il en découle nécessairement des pertes de charge qui ne seraient pas prises en compte avec cette méthode.

La pompe sert à augmenter la pression, les vitesses sont secondaires.

Je pense qu'à ce niveau j'ai un problème. La pompe sert uniquement à augmenter la pression. La pompe a-t-elle une influence sur la vitesse (et donc sur le débit) d'eau? Si c'est le cas, je ne sais pas comment déterminer la relation entre les caractéristiques de la pompe et le débit...

[sitalgo]

Hi et Vi dépendent du débit et du diamètre des canalisations, il faut donc les déterminer au préalable.

Pour le débit il faut prendre le cas où il est maximum. Après, qui peut le plus peut le moins.

Ceci permet de faire un prédimensionnement raisonnable, on a le choix entre faible perte de charge et pression de pompe faible ou l'inverse.
Pour la longueur moyenne du circuit tu fais ac+df+ moy(be;cb;cb), ça permet ensuite d'avoir des valeurs approximative à atteindre en différents points du circuit.

Tu peux aussi te baser sur la vitesse (finalement les pertes de charges ne sont liées qu'à la vitesse) en prenant une valeur de 0,5m/s par exemple, ce qui dimensionne tout de suite les tuyaux mais reste à ajuster en fonction des diamètres disponibles.

Je viens de trouver ce site, ya des trucs intéressants :
http://pagesperso-orange.fr/herve.si..._de_charge.htm

Une pompe possède une courbe Hm/débit, faut trouver la bonne, en l'occurence faut chercher dans du matériel de chauffage.

Faut pas oublier de mettre le circuit sous pression pour éviter la cavitation.

[invitebe744ba6]

Le site est très intéressant effectivement! Merci beaucoup!

En ce qui concerne la canalisation et la pompe, elles sont déjà existantes(je n'ai donc pas à les dimensionner), il s'agit "simplement" de mettre en équations la boucle, pour finalement étudier l'influence d'une variation de débit dans une des branches sur la charge technique au niveau de la pompe.

En fait, si j'ai bien compris, ta méthode permet de réduire l'étude à une boucle qui serait de la même taille que le trajet moyen effectué par un certain volume d'eau, ce qui nous ramène à un cas "simple" d'une boucle unique.

En ce qui concerne les relations entre Hi (hauteur de charge dans une section de la conduite), Vi (vitesse de débit), et Qi (débit dans la conduite), on a [si je ne me trompe pas]:

Hi = Hauteur piezométrique + altitude + Vi²/2g
Vi = 4*Qi/ (Pi*D²)

En ce qui concerne mon problème, je ne comprends toujours pas pourquoi mon étude ne me donnera que l'étude de rapports Hi et Vi.

[sitalgo]

Excuse, je n'avais pas compris le problème, je pensais qu'il falait concevoir le réseaux. Oublie le cas d'une boucle unique, ça ne sert qu'à un prédimensionnement.

Pour revenir à l'analogie électrique, les pertes de charges sont prop. au carré de la vitesse, ce qui en fait une résistance variable. Donc les 1/r1 + 1/r2 et autres v=ri risquent de poser problème.

"La pompe sert uniquement à augmenter la pression. La pompe a-t-elle une influence sur la vitesse (et donc sur le débit) d'eau? Si c'est le cas, je ne sais pas comment déterminer la relation entre les caractéristiques de la pompe et le débit..."

Je ne saisis pas ton problème. En augmentant la pression, on augmente le débit. Si tu trouves la hauteur (Ha-Hf), il faut trouver (sur catalogue) la pompe qui assure le débit pour cette hauteur.

"En revanche si je résous le système ainsi, je ne fais pas intervenir le débit de sortie de pompe qui détermine pourtant toutes les grandeurs du système."

Si tu as simplifié tes équations et que ça fait sortir le débit, où est le problème. Bernouilli ne parle pas de débit mais de pression et de vitesse.

[invitebe744ba6]

Bonjour,
Merci beaucoup du temps que tu me consacres!

Pour revenir à l'analogie électrique, les pertes de charges sont prop. au carré de la vitesse, ce qui en fait une résistance variable. Donc les 1/r1 + 1/r2 et autres v=ri risquent de poser problème.

Ah oui ... une fois de plus je n'ai pas réfléchi jusqu'au bout... J'ai été emporté par l'idée qu'il pouvait y avoir un équivalent entre les deux et j'ai pas vérifié par un simple calcul....

Je ne saisis pas ton problème. En augmentant la pression, on augmente le débit. Si tu trouves la hauteur (Ha-Hf), il faut trouver (sur catalogue) la pompe qui assure le débit pour cette hauteur.

En fait, je pense que je ne comprends toujours pas parfaitement le role d'une pompe:la relation entre les pressions en entrée et sortie de pompe et le débit que j'ai est la suivante:

Puissance(Pompe) = (Pa-Pf) x Débitvolumique

Mais là où j'ai du mal c'est pour comprendre comment varie la pression en sortie en fonction du débit volumique si par exemple je passe de 40Hz à 50Hz. Tu me dis qu'il faut regarder sur la courbe fourni par le constructeur mais comment est ce qu'ils l'obtiennent? Empiriquement ou par une formule?

Si tu as simplifié tes équations et que ça fait sortir le débit, où est le problème. Bernouilli ne parle pas de débit mais de pression et de vitesse.

Entendu. Mais c'est que je n'étais pas sur de mes équations et comme tu m'as dit que ce système ne déboucherait que sur des rapports Vi/Hi, j'étais un peu plus réticent à le résoudre...

Bon eh bien il ne me reste "plus qu'à" déterminer les Di, Li des conduites... Je vais donc me lancer dans l'étude des plans de conduite (d'un grand centre commercial), autant dire que je vais m'amuser

[sitalgo]

Une pompe possède une courbe descendante (et non une droite), si tu baisses son régime tu as une courbe que j'imagine à peu près parallèle et plus basse. Y a-t-il proportionnalité en fonction du régime, je ne suis pas spécialiste mais on peut l'imaginer au moins dans une fourchette. LPFR pourra sans doute en dire plus.

D'autre part il y a la courbe du réseau, celle-là montante. On voit bien que pour augmenter le débit, la pression à fournir augmente comme une parabole.

L'intersection de deux courbes donne le point de fonctionnement.
On choisit la pompe qui a le meilleur rendement (courbes constructeur) dans ces conditions.

Comme l'a signalé LPFR, en regardant les courbes de puissance consommée des pompes centrifuges, tu risques de ne pas gagner grand chose.

[invitebe744ba6]

Voila ce que j'ai sur la fiche technique de la pompe:

Caractéristiques demandées:
Débit requis: 196m3/h
HMT requise: 15 mCE
Fonctionnement: Pompe en charge
Caractéristiques proposés
P.Abs : 11,22kW
Rendement: 0,71

Caractéristiques pompe:
Montage: OFF Line
Corps pompe: EN-GJL-250
Roue radiale fermée: EN-GJL-250
Arbre pompe: X30CR13
Fond boit à gar. méca. : EN-GJL-250
Garniture mécanique: Carbure
Avec Spacer: Non

J'ai aussi la courbe de pression et la courbe de puissance. En passant de 196m3/h à 100m3/h on réalise une économie de 4kWh. Effectivement ce n'est pas énorme par rapport à la baisse du débit... Je comprends mieux la remarque de LPFR... Cependant, étant donné l'utilisation intensive de cette pompe (elle tourne actuellement 24h/24, 7j/7, 365j/an), un petite économie de puissance peut déboucher sur une économie relativement conséquente à l'année. Je vais essayer de me renseigner pour voir à combien on pourrait réduire le débit par rapport aux besoins des commerces.

Le but ultime étant de couper la pompe pendant la nuit. Cela permettrait de réaliser une économie de 2600€/an par pompe) Mais pour cela il faut être sûr qu'aucun magasin n'allume sa clim pendant la nuit.

[sitalgo]

Je vois que le débit n'est pas rien.
Il est peut-être intéressant de mettre plusieurs pompes (2 ou 3) en parallèle, ne tourne que le nombre nécessaire. Une pompe arrêté ne consomme plus rien. De plus ça permet une maintenance sans arrêter l'installation.

[invitebe744ba6]

Je vois que le débit n'est pas rien.

Le centre dispose de 4 pompes de 196m3/h et une autre de 344m3/h disposant toutes les trois d'un variateur de vitesse.

mettre plusieurs pompes (2 ou 3) en parallèle

Ça pourrait être pas mal mais le truc c'est qu'on est limité dans la place et qui dit 3 pompes / pompe existante dit beaucoup de place. Et d'autre part cela nécessiterait un investissement trop important par rapport au projet de base. (simple ajout de vannes + régulateur ).