Pourquoi la courbe de la tête de friction est un composant système plus difficile

Le mois dernier, nous avons couvert les deux premières parties du calcul de la courbe de résistance du système, à savoir la hauteur statique totale et la hauteur de pression. Ces deux parties de l’équation totale sont toutes deux indépendantes du débit. Ce mois-ci, nous aborderons le troisième élément, le plus difficile, la courbe de charge de friction, qui dépend du débit. Ne confondez pas les termes dépendant et indépendant avec variable et constante.

Pour nos calculs, nous supposerons que les propriétés du liquide sont Newtonion, ce qui signifie que la viscosité ne changera pas avec le débit et nous ne considérons que les tuyaux circulaires.

Avant de commencer, je suis obligé de partager qu'il existe plusieurs calculateurs et applications en ligne disponibles pour vous aider dans le calcul de la courbe de résistance du système. Il existe également des programmes premium (logiciels commerciaux) disponibles moyennant un supplément. Le logiciel commercial est particulièrement utile lorsque vous rencontrez des systèmes sophistiqués avec des circuits de dérivation, des circuits de différentes tailles de tuyaux, des pompes parallèles, des buses et de nombreux composants, tels que des échangeurs de chaleur, qui nécessitent un équilibrage thermique variable. Les applications et les calculatrices sont normalement gratuites mais ont des limites et sont limitées à des systèmes simples. Pour les non-initiés, le coût du programme commercial peut sembler élevé, mais, d'après mon expérience, il en vaut la peine. Lorsque vous considérez le prix du programme premium, vous devez également peser le risque et le coût existentiel de ne pas le faire correctement. Quel que soit le prix, si vous envisagez d'utiliser l'une des applications ou programmes, il est toujours important de comprendre les concepts derrière les processus de base, et cette colonne peut vous aider si le processus est manuel ou informatisé.

Lorsque vous forcez un liquide à un débit spécifié à travers une certaine longueur de tuyau, il en résulte toujours une friction (mesurée en pieds de liquide) qui doit être surmontée pour accomplir le processus. Le frottement est dû aux contraintes de cisaillement visqueuses dans le liquide et à la rugosité de la surface intérieure du tuyau. Considérez le processus d'écoulement comme une route à péage dans la mesure où, pour un diamètre et une longueur de tuyau donnés, il existe un coût associé pour pomper un volume spécifié de liquide par unité de temps. Le tribut du système, comme tout impôt, doit être payé selon les lois de la science et de la nature, et il n'existe aucun moyen de contourner ce prélèvement. Cependant, il existe des méthodes astucieuses pour atténuer les conséquences, comme le choix du diamètre de tuyau et des matériaux de construction appropriés. Une autre façon de réduire le péage consiste à concevoir le système dans un souci de simplicité géométrique. Les tronçons droits de canalisations non encombrés sont aussi proches d'une voie express que possible sur cette route à péage. Tous les composants du système de tuyauterie nécessiteront également un péage encore plus élevé que la tuyauterie. Les coudes, les vannes, les tés, les crépines, les échangeurs de chaleur, les réducteurs, les buses et même les modifications de la taille des tuyaux nécessiteront tous leur contribution. L'atténuation des conséquences de la friction nécessite simplement une minimisation du nombre total d'accessoires et/ou un choix de composants plus efficaces. Un exemple de ceci pourrait être les coudes à long rayon par rapport aux coudes à rayon court. Il existe également des choix efficaces de composants et de géométries de tuyauterie, comme des étoiles au lieu de tés et des vannes à orifice complet lorsque cela est possible/pratique.

Il existe trois méthodes courantes pour calculer la courbe de frottement de votre système :

Facteur K (coefficients de résistance) normalement indiqué par K.

Cv (coefficient de débit)

Méthode de longueur équivalente (L/D). Les unités sont des pieds et le symbole = Le

Nous nous concentrerons sur la méthode de longueur équivalente dans cette colonne. Il s’agit de l’approche la plus simple et elle donnera des résultats fiables si elle est exécutée correctement. Attention : La méthode de longueur équivalente peut parfois donner lieu à une courbe de système qui semble plus restrictive sur le papier qu'elle ne l'est en réalité, surtout si les vitesses du liquide tombent dans les régions laminaires inférieures. Par conséquent, cette méthode peut donner lieu à un choix de pompes plus grand que nécessaire. Si vous comprenez le risque, vous pouvez atténuer le problème.

L'approche du facteur K donnera une précision incrémentielle par rapport à la méthode de longueur équivalente, mais les calculs sont plus fastidieux. L'approche du facteur K sera la plus précise des deux approches ; le degré de précision dépend de la conception du système et de la plage correspondante de vitesses du liquide.