Calcul d'un siphon d'une rivière artificielle

[phoenix-3000]

Bonjour,

Je me propose de placer à la sortie d'un groupe de filtrage d'un bassin poissonneux une cuve muni d'un siphon, afin de transformer un débit continu de 4l/mn en un débit cyclique, grâce à la magie d'un siphon. La cuve fait un peu plus de 20 litres (20 litres sont déplacés par le siphon). Voir le schéma en pièce jointe.

A minima ce qui m'intéresse c'est de connaître le diamètre max et min pour que :
1) le siphon s'amorce correctement (en effet, si le diamètre est trop gros, la cuve se vide plus vite qu'elle se remplit)
2) le siphon ne déborde pas, (en effet si le débit du siphon est insuffisant, le niveau continuera de monter dans la cuve).

Quelques précisions :
Cette transformation du débit permet l'auto-nettoyage de la rivière artificielle et une meilleur spectacle son et lumières d'une petite cascade.

Merci d'avance. je suis sorti de l'école, il y a bien longtemps.
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[sitalgo]

B'jour,

Mets un tuyau suffisamment gros qui fasse trop-plein sans jamais faire siphon. Veiller à ce que la sortie ne puisse être obstruée momentanément pour ne pas amorcer le siphon.
Tu peux aussi faire une prise basse et un tuyau montant que tu coupes à la hauteur voulue.

[phoenix-3000]

Bonjour,
J'ai besoin d'un "effet siphon" pour vider les 20l en quelques secondes (20 secondes me parait bien) ... et non pas en 5 minutes (la cuve de 20l et des poussières met 5 mn à se remplir à chaque cycle)

[sitalgo]

OK, tu veux un système qui fasse chasse d'eau, je n'avais pas saisi.
C'est mal barré, vu la hauteur de chute (35cm) il faut une tuyau diam 100mm pour évacuer 20 litres en 20sec. Aucune chance d'amorcer le siphon. Même avec un diam de 20 je doute que ça s'amorce, la montée du niveau est trop lente.
Tu as la solution de la fontaine shishi odoshi, le truc japonais à bascule.

[A voir en vidéo sur Futura]

[phoenix-3000]

Bonjour,
Ton "verdict" me semble correct.
Peux-tu néanmoins me donner le diamètre max qui permet d'amorcer le siphon compte tenu du faible débit de 4l/mn.
et ensuite me donner le débit de la "chasse d'eau" quand le niveau est au plus haut dans la cuve, pour voir si l'effet nettoyage de la rivière est néanmoins assuré. Ensuite je "calculerai" la cascade (c'est à dire sa largeur) en fonction de ce débit.
Je pourrai vraisemblablement accroître la hauteur du siphon dans une certaine mesure (35 ==> 50 cm)

Merci!

NOTA : j'ai fait un calcul de débit en piquant une formule sur internet, je pensais avoir trouvé que pour un débit de 1 l/s (soit 20 l en 20 secondes), un tube de 14mm de diamètre était suffisant, Est-ce que je me trompe ?

[sitalgo]

Peux-tu néanmoins me donner le diamètre max qui permet d'amorcer le siphon compte tenu du faible débit de 4l/mn.

L'eau monte à une vitesse de 0,7mm/s. Ça limite la hauteur possible de l'ouverture à quelques millimètres.

et ensuite me donner le débit de la "chasse d'eau" quand le niveau est au plus haut dans la cuve

Je te donne la formule S = Q/ racine(2gh)
S section ; Q débit ; h hauteur (ici 35cm)

Je pourrai vraisemblablement accroître la hauteur du siphon dans une certaine mesure (35 ==> 50 cm)

Faudra forcer la mesure.

NOTA : j'ai fait un calcul de débit en piquant une formule sur internet, je pensais avoir trouvé que pour un débit de 1 l/s (soit 20 l en 20 secondes), un tube de 14mm de diamètre était suffisant, Est-ce que je me trompe ?

Dans les conditions présentes, oui.

[phoenix-3000]

Bonjour,

Tout est logique dans tes données.
Je vais donc réfléchir la dessus. Je me promets un bon mal de tète.

Peut-être vais-je me pencher sur une solution à bascule ... sans jeu de maux

[phoenix-3000]

Bonjour,

J'oubliais, félicitation et merci!!!

je suis en train de reprendre le design de ma mini-riviere (3 m de long) en remplaçant le siphon par quelque chose d'autre... Ca va me prendre un peu de temps ...
Peut-être le truc dont tu m'as parlé : la fontaine shishi odoshi

[phoenix-3000]

Bonjour,

Merci encore une fois.
Compte tenu des informations que tu m'as données voici la nouvelle mouture de mon projet. Elle tient compte de la contrainte des 0,5mm/s qui rend impossible l'amorçage du siphon. La différence par rapport à l'ancien projet, c'est l'introduction d'une fontaine japonaise Shishi Odoshi .
La cuve a été maintenue, à cause des 20 l à déverser en 20 secondes, trop importantes pour une fontaine qui s'avèrerait trop encombrantes.

Le problème devient le suivant :

Soit un robinet qui débite d'une manière continue de l'eau à 20°C, dans une cuve muni d'un siphon à calculer.
Compte tenu de la faiblesse du débit (4 l/mn) , une fontaine Shishi Odoshi a été introduite afin de rendre possible l'amorçage du siphon quelque-soit son diamètre (dans une certaine mesure).
A) D approximatif doit être calculé pour atteindre le débit de 20 l en approximativement 20 secondes (le débit varie dans le temps, bien sur!).
B) V mini le volume de la fontaine (actuellement fixé à 0,5 litres)

RAPPEL : positif «*chasse d'eau*» est incorporé en amont d'une rivière artificielle, qui malgré la faiblesse du débit du groupe de filtration sera en mesure d'assurer,
- Le Nettoyage de la rivière
- Le bon fonctionnement, esthétiquement parlant, d'une cascade.

La fontaine Shishi Odoshi a été introduite pour lever la difficulté rencontrée lors de nos précédent posts, de la faiblesse du débit qui interdit tout amorçage du siphon.
Ainsi le dispositif permettra de déverser un demi-litre d'eau en moins d'une seconde (toutes les 7,5 secondes), ce qui permettra de «*remplir*» à chaque pulsation de la fontaine, le siphon plus vite qu'il ne se vide et donc de l'amorcer.
Outre cette «*grosse*» quantité d'eau qui arrive en moins d'une seconde, on peut probablement compter aussi sur l'effet de vague, qui obstruera momentanément l'entrée du siphon, permettant à celui-ci de s'amorcer quelque soit le diamètre (du moins, je l'espère)

Ainsi la rivière et la cascade recevront des trombes d'eau de 20 l de 20 s toutes les 5mn.

[sitalgo]

B'soir,

Pour ce qui est du mouvement cyclique, je ne pense pas que ta variante de fontaine fonctionne et telle qu'elle est certainement pas.
Sa capacité est trop faible, il faut qu'à chaque cycle le bassin se remplisse d'une hauteur au moins égale au diamètre du ou des tuyaux du siphon. Avec 0,5 litres le niveau monte de 5mm.

Pourquoi ne pas faire une fontaine de 20 l, il suffit ensuite de faire des trous dans le bassin jusqu'à obtention des 20 l en 20 s.

[phoenix-3000]

Bonjour, bonne remarque pour les 5 mm, je pense maintenant à introduire une série de tubes de 4 mm (nylon) placées en ligne (sur une même horizontale), le nombre de tubes étant défini en fonction du débit à atteindre.

Mais je continue à réfléchir, car cette solution est assez torturée ... Mon but est de rendre l'ensemble esthétique et non bruyant, à part le bruit d'eau bien sùr.

NOTA : la solution avec une fontaine de 2O l est un peu ... "massive" et nécessite des articulations "solides" et l'ensemble me parait assez bruyant et manquant d'élégance. C'est pour ça que je pensais "réduire" la taille de la fontaine pour que je puisse dissimuler les 1 l dans le corps d'un oiseau par exemple.. Mais bien sùr c'est possible.
Merci pour ta contribution.

[phoenix-3000]

Bonjour,*
Correction :
... C'est pour ça que je pensais "réduire" la taille de la fontaine pour que je puisse dissimuler les 0,5 l dans le corps d'un oiseau ou d'une grenouille artificielle, par exemple ...

[phys4]

NOTA : j'ai fait un calcul de débit en piquant une formule sur internet, je pensais avoir trouvé que pour un débit de 1 l/s (soit 20 l en 20 secondes), un tube de 14mm de diamètre était suffisant, Est-ce que je me trompe ?

Bonjour à vous,

Au sujet de cette remarque, je pense que les 14 mm serait plutôt le rayon du tuyau. Donc un tuyau de 3 cm de diamètre assurerait le débit correct.
Le volume du vase basculent doit être suffisant pour faire monter le niveau du réservoir intermédiaire de près de 3 cm. Son volume dépend donc de la section de ce réservoir.
20 litres sur 15cm de hauteur cela fait 13 dm2 et il faut 4 litres pour faire les 3 cm.
Une réduction possible du volume est possible en écrasant la partie haute du tube jusqu'au coude qui limiterait la hauteur à 1 cm et faciliterait l'amorçage.

La division en plusieurs tubes revient au même.

Au revoir.

[phoenix-3000]

Bonjour,

C'est excellent. Tu mérites un bonus. Vois donc le résultat de NOS réflexions (vois l'image associée).

Je renonce à l'écrasement (auquel j'avais déjà pensé, mais ça me posait un problème d'étanchéité à la traversée du siphon), et préfère utiliser 2 ou 3 tubes PVC (tubes de protection électrique de 16mm de diamètre).
J'ai décidé de cacher la fontaine derrière un écran végétal et d'accroître son volume utile à 1,5 litres.
Je vais refaire les calculs pour m'assurer que 2 siphons construits à l'aide de tubes de 16mm conviennent sinon je passe à 14 ou à 12 et j'accroitrais leur nombre en conséquence pour avoir le débit adéquat (pour 15 cm de hauteur de la colonne motrice - elle varie de 35 à 15 cm lorsque la cuve de 20 litres utiles se vide).

Je commence à voir le bout du tube, oh! pardon! du tunnel.

[sitalgo]

En fait , j'ai fait une erreur de calcul avec la formule à la louche que j'ai donnée plus haut.
En refaisant le calcul qui va bien mais sans tenir compte des pertes de charges (sans doute faibles vu la longueur), un diamètre 20mm suffit.
Cependant un diamètre 20 risque de ne pas tenir l'eau en charge et il y a une risque de non amorçage et il vaut mieux rien que pour ce point multiplier les tuyaux.

Pour la fontaine shishi, je pense qu'il faut que le bord du récipient dépasse nettement le niveau d'eau. Sinon de l'eau va tout de suite déborder et le cdg de l'eau va rester un peu à la même position, il est possible que l'inclinaison ne dépasse pas un angle d'équilibre.
Ce sera plus facile à mettre au point avec un rapport poids d'eau / poids cuve élevé.

[phoenix-3000]

A) C'est ce que je pense ce "supplément" de hauteur doit beaucoup servir lorsque la fontaine est à l'horizontale pour "supporter" un poids d'eau (en mouvement il est vrai) suffisant pour que la fontaine reste (ou aille, en cas de léger frottement) dans cette position afin que la fontaine se vide à peu près complètement. Je compte beaucoup sur l'élan (l'inertie) pour que la fontaine se vide complètement avant de remonter. Je pense que le système, sur ce point, est "délicat", tout est une question de réglage du contre-poids, sinon on court le risque de voir la fontaine remonter avant que la fontaine soit vide, ou commencer à basculer avant que l'eau atteigne
la hauteur désirée (dans la fontaine), avant de commencer à basculer.

B) Pour ta remarque sur le diamètre du tube, je pense/compte que le système est sécurisé par l'effet de vague qui assurera un remplissage "forcée" des siphons à leur entrée. Tu remarqueras que la fontaine se vide face au(x) siphon(s)
REMARQUE : Je soupçonne néanmoins que si c'est vrai pour les eaux de surface, il est probable que le courant s'inverse en profondeur - dans ce cas, il est possible que je mette les siphons sur la paroi opposée.

NOTA : Suite à ton nouveau calcul, Je pense que 2 siphons devraient faire l'affaire, néanmoins, je "réserverai" un espace pour un 3ième siphon.

Je pense que cette fois on y est ... je vais commencer à retrousser mes manches.

Je te tiens au courant ... je continuerai à regarder ce fil de discussion ... tu peux donc toupours m'envoyer tes suggestions.
Si la réalisation se passe bien (pas avant 3 ou 4 mois) je concluerais ce fil par quelques photos

[phoenix-3000]

A) C'est ce que je pense ce "supplément" de hauteur doit beaucoup servir lorsque la fontaine est à l'horizontale pour "supporter" un poids d'eau (en mouvement il est vrai) suffisant pour que la fontaine reste (ou aille, en cas de léger frottement) dans cette position afin que la fontaine se vide à peu près complètement. Je compte beaucoup sur l'élan (l'inertie) pour que la fontaine se vide complètement avant de remonter. Je pense que le système, sur ce point, est "délicat", tout est une question de réglage du contre-poids, sinon on court le risque de voir la fontaine remonter avant que la fontaine soit vide, ou commencer à basculer avant que l'eau atteigne
la hauteur désirée (dans la fontaine), soit atteinte.

B) Pour ta remarque sur le diamètre du tube, je pense/compte que le système est sécurisé par l'effet de vague qui assurera un remplissage "forcée" des siphons à leur entrée. Tu remarqueras que la fontaine se vide face au(x) siphon(s)
REMARQUE : Je soupçonne néanmoins que si c'est vrai pour les eaux de surface, il est probable que le courant s'inverse en profondeur - dans ce cas, il est possible que je mette les siphons sur la paroi opposée.

NOTA : Suite à ton nouveau calcul, Je pense que 2 siphons devraient faire l'affaire, néanmoins, je "réserverai" un espace pour un 3ième siphon.

Je pense que cette fois on y est. Je vais retrousser mes manches sur les bases du dernier schêma (ci-dessus).

Je continuerai à suivre et alimenter ce post et je concluerai pas quelques photos avant de refermer ce fil de discussion.

[sitalgo]

Je compte beaucoup sur l'élan (l'inertie) pour que la fontaine se vide complètement avant de remonter.

Peu importe qu'il reste ou non de l'eau, l'essentiel est qu'il y ait la quantité voulue qui passe.

[phoenix-3000]

Bonjour,
il faudra être patient pour la suite, j'ai plein d'invités qui arrivent de tous les coins du monde cet été ...

[phoenix-3000]

Une derniere vue pour la route, excuse la rotation des supports, c'est une petite erreur que je vais m'employer à supprimer ...

[phoenix-3000]

Bonjour,

Actuellement, j'essaye une approche sous l'angle mathématique, et il semble que compte-tenu des contraintes dimensionnelles, mon "cas" est insoluble (la hauteur disponible entre la sortie du filtre et le haut de ma cuve de 20 l est insuffisante au premier abord).
Je n'ai pas honte de dire, que je suis incompétant dès qu'il s'agit d'introduire les moments d'inertie du contre-poids, (même si je néglige celui de la boite constituant la fontaine)
Je vais néanmoins essayer de définir certaines formules, liant tous les paramètres avant de "confirmer" la solution avec une telle fontaine, mais c'est très mal parti, compte tenu de l'approche des vacances qui ont tendances très facheusement de "désamorcer" mes réflexions, et il est vrai de la fin de mes études qui se perdent dans le brouillard du temps.

Pour ceux qui aurait manqué le train, je reviens aux fondamentaux de mon problème :
Le problème :

Il s'agit de produire une "vague" de très courte durée (1 seconde environ) et de hauteur suffisante (environ 20mm) pour amorcer mes 2 ou 3 siphons de 16mm de diamètre, placés en ligne sur une même horizontale, en sortie d'une cuve de 25 litres environ . Ces siphons sont ensuite chargés de délester de 20 litres cette cuve en 20 secondes dans une rivière artificielle (les 3 siphons sont nécessaires a-priori, pour assurer le débit). Un seul siphon aurait pu faire l'affaire mais son diamètre, trop important, n'aurait pas pu permettre son amorçage).
NOTA : Cette vague de 20l est nécessaire pour alimenter correctement une cascade et de produire un auto-nettoyage de la rivière artificielle de 3 m de long.

Actuellement je cogite sur une autre solution destinée à remplacer le fontaine.
Cette solution pourrait être constituée d'un siphon intermédiaire capable d'envoyer les 1,5 litres en moins d'une seconde (toutes les 16.5 s compte-tenu du débit du filtre placé en amont) nécessaires pour amorcer les 3 siphons de la cuve de 25 litres .
Je rappelle que la contrainte principale est liée au faible débit du filtre placé en amont, qui est de 4 litres/minutes

[phoenix-3000]

RESUMER :
En résumé, il s'agit de transformer 4l/mn continue en une série cyclique de vagues de 20l/20s
le débit peut varier pendant les 20 secondes de la vague alimentant la cascade

[phys4]

Je ne sais pas en quel état se trouve le projet de fontaine basculante, ni quelles sont vos contraintes de place.

Je vois une difficulté dans le fonctionnement : la fontaine basculante n'a aucun synchronisme avec la cuve à siphons, le risque est donc que la cuve soit juste pleine après un basculement de la fontaine : il pourrait alors se produire l'amorçage partiel d'un des siphons. L'état résultant serait une vidange trop lente.

Une autre idée sur le basculement est de mettre le bas de la fontaine immergé dans la cuve, avec une fontaine non symétrique. Au remplissage la fontaine est en appui d'un coté et donc dans un état qui empêche son basculement, elle déborde simplement dans la cuve. Lorsque la cuve est pleine, l'eau appuie sur un flotteur situé en bas de la fontaine et provoque une rotation qui la fait quitter son appui et déclenche son basculement.

Le basculement se produirait seulement quand la cuve est pleine. Je pense qu'un schéma et un calcul seront nécessaires pour vérifier.

[sitalgo]

Ton système peut marcher mais pour que la fontaine fonctionne mieux, il faut que :
- le cdg de l'eau se déplace franchement vers le côté qui tombe
- le rapport poids d'eau/poids godet soit aussi élevée que possible afin d'avoir moins d'impact pendant le versement.
L'axe de rotation sera à environ 1/3, le cdg de l'eau devant être forcément à gauche de l'axe quand c'est plein ou presque. Le cdg de la cuvette devant être à droite de cet axe pour assurer le retour vide.
Pour la hauteur de l'axe, pas trop haut sinon ça fait balançoire, pas trop bas sinon le retour sera plus difficile (à l'extrême il ne faut pas que le cdg passe de l'autre côté de l'axe).
L'eau du filtre tombe dans l'axe.
Voir le schéma.

Sinon, tu peux utiliser un système de chasse d'eau commandé par moteur et came ou par flotteur.

[phoenix-3000]

Bonjour,

Je ne suis pas sùr d'avoir tout compris, mais il est certain qu'il y a un malaise dans ma version précédente.
Voici







une deuxieme version du prototype que je compte réaliser, ou on se rapproche beaucoup plus de la morphologie "habituelle" de la fontaine japonaise (beaucoup plus étroite et beaucoup plus haute).
Le contrepoids n'est là que pour rapprocher le centre de gravité de l'axe de rotation.

[sitalgo]

on se rapproche beaucoup plus de la morphologie "habituelle" de la fontaine japonaise[I] (beaucoup plus étroite et beaucoup plus haute)

C'est le contraire, une fontaine shishi est plus longue et moins haute.
Dans tes deux systèmes, le cdg reste fixe horizontalement, on compte uniquement sur le déséquilibre des poids. Dans la fontaine shishi le cdg de l'eau se déplace beaucoup (selon un axe horizontal) jusqu'à dépasser l'axe de rotation. Le cdg du total passant alors de l'autre côté de l'axe. A partir du moment où ça commence à basculer il n'y a plus d'équilibre possible et le mouvement continue tant qu'une (très) grande partie l'eau n'est pas partie.
Mon schéma représente une cuvette en prisme (comme une pelle en plastique qu'on trouve dans toute honnête maison), ce système prend moins de place en hauteur.
Bien mis au point (par l'expérimentation) on peut se passer de contrepoids additionnel.

[phoenix-3000]

Bonjour,

Peut-être ma précédente vue n'est pas claire

en voici une autre.



NOTA : la fontaine est ici, dans sa position la plus haute (donc déjà un peu inclinée)


Il me semble que MA fontaine est conforme à ce que j'ai vu sur internet avec des tubes de bambous qui sont cloisonnées en leur milieu et donc l'axe de rotation est juste un peu plus haut que cette cloison (c'est à dire avec un centre de gravité, lorsqu'elle est vide, situé un peu plus bas que l'axe de rotation) .

Quand à ton dessin, il est difficile à comprendre, il faut m'en excuser. Si je n'arrive pas à l’interpréter.

[phys4]

Le schéma de "sitalgo" dans le message 24 est bien meilleur.

La fontaine est stable au début du remplissage puis devient instable à mesure de son remplissage.

L'axe doit être en bas sur le coté du prisme.

[sitalgo]

Quand à ton dessin, il est difficile à comprendre, il faut m'en excuser. Si je n'arrive pas à l’interpréter.

Ya pas de quoi.
Voici un meilleur schéma.
L'axe de rotation doit être entre les deux cdg. Le cdg du tout (cuvette + eau) sera donc sur la ligne pointillée. L'axe de rotation devra être juste à droite du cdg total. Pour la hauteur de cet axe, un bon compromis me semble sur le trait aussi.

[phoenix-3000]

Bonjour,
Cette fois ton schéma est clair.
Je pense donc que la maquette de ma deuxième version correspond bien à ton schéma, à part que ma boite est rectangulaire et qu'elle est inclinée pour déporter le Centre de gravité (Cdg) dès le début du remplissage à droite (sur mon image) et obtenir son basculement dès que le niveau atteint sensiblement le plus haut de la boite.
Là, où j'ai du mal à faire marcher mon imagination, est de savoir, si la boite ne va pas se relever un peu trop vite, avant, donc, qu'elle soit à peu près vide...
Peut-être est-ce là qu'intervient la forme triangulaire que tu proposes.
Peux-tu me préciser, dans ton schéma, où se trouve le remplissage (et probablement le vidage) (probablement au dessus)
Est-ce le cas ?

Merci pour ta collaboration