Dimensionnement du réseau aéraulique

Le dimensionnement du réseau consiste à déterminer le diamètre de chaque conduite et leur perte de charge afin d’en déduire la hauteur manométrique à fournir par le ventilateur.

III.5.1. Schéma d’implantation

La figure III.15 décrit le schéma d’implantation du réseau de gaine. La centrale de traitement est considérée installée sur la dalle du hall des Pompes à Vide (hall adjacent côté sud au local). Les points Ai, Bi, Ci et Di(i=1,2,3,4,5,6) représentent la position des unités terminales de diffusion (U.T.D) et sont au nombre de 24. Elles seront disposées dans la zone d’occupation des semoules. Le faux-plafond devrait servir au cheminement des gaines. L’objectif de ce calcul est de vérifier cette hypothèse.

III.5.2. Calcul des conduites III.5.2.1. Méthodes de calcul

• Méthode Dynamique

Encore appelé méthode de réduction arbitraire de la vitesse, elle consiste à dimensionner le réseau en diminuant arbitrairement la vitesse dans les différents tronçons : une section donnée de la gaine est prédéterminée et on en déduit alors une vitesse. C’est une méthode qui est utilisée conjointement avec les deux autres méthodes.

• Méthode au Gain de Pression statique

La méthode consiste à faire chuter la vitesse donc la pression dynamique dans le tronçon étudié de manière à augmenter la pression statique de ce même tronçon, ceci afin de vaincre les pertes de charge de celui-ci.

• Méthode d’Equifriction

Elle consiste à dimensionner les divers tronçons du réseau de telle sorte que chacun de ces tronçons présente théoriquement la même perte de charge linéique. Elle fait appel dans son utilisation aux abaques des figures III.16 et III.17. C’est la méthode la plus utilisée en bureau d’études (ROCHER, 1998) à cause du compromis qu’elle trouve entre les dimensions et les pertes de charge du réseau, nous l’adoptons pour ce dimensionnement.

Figure III.15 : Schéma d’implantation du réseau de gaines

Reprise d’air

III.5.2.2. Algorithme de calcul du réseau par la méthode d’Equifriction

III.5.2.3. Déroulement de l’algorithme

• On détermine ou on connaît le débit volumique du tronçon étudié

Le débit d’air massique à envoyer dans le local est de 𝑞_𝑚𝐴𝑠 = 29,75 𝑘𝑔/𝑠, nous déduisons donc un débit volumique totale égal à :

𝑞_𝑣𝐴𝑠 = 𝑞_𝑚𝐴𝑠× 𝑣_𝐴𝑠 = 20,76 × 0,815

Déterminer du débit volumique du tronçon étudié

Fixer la valeur de la vitesse de l’air dans le tronçon principal (enfonctiondu type

d’installation)

Lire la perte de charge unitaire correspondante (abaque)

Déterminer les diamètres équivalents et les dimensions de la gaine (abaque)

Déterminer ensuite les pertes de charge statique

𝑞_𝑣𝐴𝑠 = 17 𝑚³⁄ = 61200 𝑚𝑠 ³⁄ℎ

Les débits volumiques sont indiqués dans les tableaux suivants : Tableau III-20 : débits d’air dans les tronçons secondaires

• On se fixe la valeur de la vitesse de l’air dans le tronçon principal

Nous lisons dans le tableau 2 (annexe 4) une vitesse recommandée dans les gaines principales en soufflage pour les locaux industriels de 15m/s. Nous l’adoptons pour la suite dimensionnement.

• Connaissant le débit principal 𝑞_𝑣𝑂𝐴 et la vitesse de l’air dans ce tronçon, on détermine sa perte de charge unitaire 𝑗_𝑂𝐴 sur l’abaque

{𝑞_𝑣𝑂𝐴 = 61200 𝑚³⁄ℎ 𝑤_𝑂𝐴 = 15 m/s

𝐹𝑖𝑔𝑢𝑟𝑒 3.15

→ 𝑗_𝑂𝐴 = 1,5 𝑃𝑎/m

➢ On pose 𝑗_𝑂𝐴 = 𝑗_limite = 𝑐𝑠𝑡𝑒. On a : 𝑗_limite = 𝑗_𝑂𝐴 = 1,5 𝑃𝑎/m

• Connaissant les débits et 𝑗_limite, on détermine les diamètres équivalents 𝑑_𝑒𝑞 et les dimensions a et b de la gaine

• On détermine ensuite les pertes de charge statique Δ𝑃_𝑆 de chaque circuit Δ𝑃_𝑆 = Δ𝑃_singulière+ Δ𝑃_linéaire

Les pertes de charges singulières et linéaires sont données par les relations :

➢ Pertes de charges singulière (dues aux singularités du circuit : coude, té élargissement, restriction…) : Δ𝑃_singulière = 𝜁^𝜌.𝑤2

2

avec : 𝜁 est le coefficient de singularité de la coude, 𝜌 la masse volumique de l’air, 𝑤 la vitesse de l’air dans la conduite ;

➢ Pertes de charges linéaire (dues aux frottements dans les longueurs droite) : Δ𝑃_linéaire = 𝑗. 𝐿

avec : 𝑗 la perte de charge unitaire dans le tronçon et 𝐿 la longueur droite du tronçon.

III.5.2.4. Caractéristiques des conduites

Après calcul, les résultats obtenus sont consignés dans les tableaux III-17 et III-18 suivants :

Tableau III-22 : Caractéristiques des tronçons principaux Tronçon principal Débit

Tableau III-23 : Caractéristiques des tronçons secondaires

Tronçon

III.5.3. Perte de charge du réseau

III.5.3.1. Pertes de charge statiques 𝚫𝑷_𝑺 de chaque troncon Les coefficients de singularité utilisés sont (ROCHER, 1998) :

• Té (Passage direct) = 0 ; (Passage dérivé) =1,3 ;

• Coude à aubes directrices = 0,2 ;

• Diffuseurs = 7,0 ;

Tableau III-24 : Perte de charge des tronçons principaux Tronçon

Singularité ζ Δ𝑃_singulière (Pa)

Tableau III-25 : Perte de charge des tronçons secondaires

Tronçon

Singularité ζ Δ𝑃_singulière (Pa)

Le tronçon D-D1 présente en effet une singularité de type Coude à aubes directrices.

Ce qui nous amène à reprendre le calcul pour tout le tronçon secondaire D1-D6. Les résultats sont consignés dans le tableau suivant :

Tableau III-26 : Perte de charge du tronçon secondaire D1-D6 Tronçons

Singularité ζ Δ𝑃_singulière (Pa)

Figure III.16 : Abaque des pertes de charge dans les gaines circulaires (Dal Zotto, et al., 2000)

Figure III.17 : Abaque donnant le diamètre équivalent d’un conduit rectangulaire pour un même débit et une même perte de charge (Dal Zotto, et al., 2000)

III.5.3.2. Circuit le plus défavorisé

Nous calculons les pertes de charges pour chaque circuit

• Circuit OABCDD6

Δ𝑃_𝑆OABCDD6 = Δ𝑃_𝑆OA+ Δ𝑃_𝑆AB+ Δ𝑃_𝑆BC + Δ𝑃_{𝑆 CD}+ Δ𝑃𝑆DD1D2D3D4D5D6

Δ𝑃_𝑆OABCDD6 = 4,5 + 10,5 + 10,5 + 10,5 + 2151,43 Δ𝑃_𝑆OABCDD6 = 2187,43 𝑃𝑎

• Circuit OABCC6

Δ𝑃_𝑆OABCC6 = Δ𝑃_𝑆OA+ Δ𝑃_𝑆AB + Δ𝑃_𝑆BC+ Δ𝑃𝑆CC1C2C3C4C5C6

Δ𝑃_𝑆OABCC6 = 4,5 + 10,5 + 10,5 + 2239,37 𝛥𝑃_{𝑆𝑂𝐴𝐵𝐶𝐶6} = 2264,87 𝑃𝑎

• Circuit OABB6

Δ𝑃_𝑆OABB6 = Δ𝑃_{𝑆 OA}+ Δ𝑃_𝑆AB+ Δ𝑃𝑆BB1B2B3B4B5B6

Δ𝑃_𝑆OABB6 = 4,5 + 10,5 + 2239,37 𝛥𝑃_{𝑆𝑂𝐴𝐵𝐵6} = 2254,37 𝑃𝑎

• Circuit OAA6

Δ𝑃_𝑆OAA6 = Δ𝑃_𝑆OA+ Δ𝑃𝑆AA1A2A3A4A5A6

Δ𝑃_𝑆OAA6 = 4,5 + 2239,37 𝛥𝑃_{𝑆𝑂𝐴𝐴6} = 2243,87 𝑃𝑎.

Au terme des calculs, le circuit le plus résistant est le circuit OABCC6 avec une perte de charge statique totale à vaincre de 𝛥𝑃_𝑆 = 2264,87𝑃𝑎.

III.5.4. Conclusion partielle

Les tronçons principaux situé à l’extérieur du local ont des sections carrées de dimension allant de 1100mm à 610mm. Les tronçons secondaires chargés d’acheminer l’air dans le local ont des sections carrées de dimensions allant de 610mm à 340mm.

Ces dimensions sont inférieures à la hauteur de l’espace disponible entre le faux-plafond et la toiture. L’emplacement du faux-plafond est donc en mesure de tenir les gaines pour la distribution de l’air (1,25m). La perte de charge statique du circuit le plus résistant du réseau vaut 2264,87 𝑃𝑎. A cette perte de charge s’ajouteront celles des équipements de la centrale de traitement d’air (batterie froide et filtre), afin de connaitre la perte de charge totales à vaincre par le ventilateur.