Calcul hydraulique de la plomberie: méthodes simples

Quel est le calcul hydraulique du système d'alimentation en eau? Quels paramètres doivent être calculés? Existe-t-il des schémas de calcul simples disponibles pour un débutant? Immédiatement faire une réservation: ce matériel est principalement destiné aux propriétaires de petites maisons privées; par conséquent, il n’est pas nécessaire de déterminer des paramètres tels que la probabilité d’utilisation simultanée de tous les appareils sanitaires du bâtiment.

Qu'est-ce qui est calculé

Le calcul hydraulique de l’alimentation en eau domestique est réduit à la définition des paramètres suivants:

1. Estimation de la consommation d'eau dans certaines parties de l'approvisionnement en eau.
2. Débit d'eau dans les tuyaux.

Astuce: pour la plomberie domestique, des vitesses de 0,7 à 1,5 m / s sont considérées comme la norme. Pour l’alimentation en eau d’incendie, des vitesses maximales de 3 m / s sont autorisées.

1. Le diamètre optimal de l’alimentation en eau, assurant une perte de charge acceptable. En variante, la perte de charge peut être déterminée avec un diamètre connu de chaque section. Si, compte tenu de la perte de pression sur les appareils de plomberie, sera inférieure à la normale, le réseau local d’alimentation en eau doit installer une radiomessagerie.

Débit d'eau

Les normes relatives à la consommation d'eau de chaque appareil de plomberie figurent dans l'une des annexes du SNiP 2.04.01-85, qui réglemente la construction de réseaux internes d'approvisionnement en eau et d'évacuation des eaux usées. Nous donnons une partie du tableau correspondant.

En cas d'utilisation présumée simultanée de plusieurs appareils de plomberie, la consommation est récapitulée. Donc, si simultanément avec l'utilisation d'une toilette au premier étage, on s'attend à ce que la cabine de douche fonctionne au deuxième étage - il sera tout à fait logique d'ajouter de l'eau à travers les deux appareils sanitaires: 0,10 + 0,12 = 0,22 l / s.

Cas particulier

Pour les conduites d’eau d’incendie, un débit de 2,5 l / sommeil par jet est valable. Dans ce cas, l'estimation du nombre de jets par bouche d'incendie lors de la suppression d'un incendie est assez prévisible en fonction du type de bâtiment et de sa superficie.

Débit

Supposons que notre tâche consiste à calculer hydrauliquement un réseau d’approvisionnement en eau en impasse parcouru par un débit de pointe connu. Nous devons déterminer le diamètre qui fournira une vitesse acceptable de circulation dans le pipeline (rappel, 0,7 à 1,5 m / s).

Formules

L'écoulement de l'eau, la vitesse de son écoulement et la taille de la canalisation sont liés par la séquence de formules suivante:

S =? r ^ 2, où:

• S est la section de la conduite en mètres carrés;
• ? - le nombre de pi pris égal à 3.1415;
• r est le rayon de la section interne en mètres.

Utile: pour les tubes en acier et en fonte, on suppose généralement que le rayon est égal à la moitié de leur DN (passage conditionnel). Pour la plupart des tuyaux en plastique, le diamètre intérieur est inférieur d'un pas au diamètre extérieur nominal: par exemple, pour un tube en polypropylène d'un diamètre extérieur de 40 mm, le diamètre intérieur est approximativement égal à 32 mm.

Q = VS, où:

• Q - consommation d'eau (m3);
• V - débit d'eau (m / s);
• S est la section transversale en mètres carrés.

Exemple

Effectuons le calcul hydraulique d’une conduite d’incendie à jet unique avec un débit de 2,5 l / s.

Comme nous l'avons déjà constaté, dans ce cas, la vitesse du flux d'eau est limitée à m / s.

1. Nous recalculons le débit en unités SI: 2,5 l / s = 0,0025 m3 / s.
2. Nous calculons par la seconde formule la surface transversale minimale. À une vitesse de 3 m / s, il est égal à 0,0025 / 3 = 0,00083 m3.
3. Calculez le rayon de la section interne du tuyau: r ^ 2 = 0,00083 / 3.1415 = 0.000264; r = 0,016 m
4. Le diamètre interne de la conduite doit donc être au minimum de 0,016 x 2 = 0,032 m ou 32 millimètres. Cela correspond aux paramètres du tuyau en acier DU32.

Remarque: lorsqu’on obtient des valeurs intermédiaires entre les tailles de tuyau standard, l’arrondi est effectué à la hausse. Le prix des tubes de diamètre différent par pas ne diffère pas trop; Dans le même temps, une réduction de diamètre de 20% entraîne une réduction presque un fois et demi de la capacité de l'aqueduc.

Calcul de diamètre simple

Pour un calcul rapide, vous pouvez utiliser le tableau suivant, associant directement le débit dans le pipeline à sa taille.

Perte de la tête

Formules

Les instructions de calcul de la perte de charge dans une section de longueur connue sont assez simples, mais impliquent la connaissance d’un grand nombre de variables. Heureusement, si vous le souhaitez, vous pouvez les trouver dans des ouvrages de référence.

La formule a la forme H = iL (1 + K).

En cela:

• H est la valeur souhaitée de la perte de charge en mètres.

Référence: une surpression de 1 atmosphère (1 kgf / cm2) à la pression atmosphérique correspond à une colonne d'eau de 10 mètres. Pour compenser une chute de pression de 10 mètres, la pression à l'entrée du réseau de distribution d'eau doit donc être augmentée de 1 kgf / cm2.

• i - pente hydraulique du pipeline.
• L est sa longueur en mètres.
• K - coefficient en fonction de l'objectif du réseau.

Certains éléments de la formule nécessitent clairement des commentaires.

La méthode la plus simple consiste à utiliser le coefficient K. Ses valeurs sont indiquées dans le numéro SNiP 2.04.01-85 déjà mentionné:

Mais le concept de pente hydraulique est beaucoup plus compliqué. Cela reflète la résistance du tuyau au mouvement de l'eau.

La pente hydraulique dépend de trois paramètres:

1. Débits Plus il est élevé, plus la résistance hydraulique du pipeline est grande.
2. Le diamètre du tuyau. Ici, la relation est inverse: une réduction de section entraîne une augmentation de la résistance hydraulique.
3. La rugosité des murs. Cela dépend du matériau du tuyau (l'acier a une surface moins lisse que le polypropylène ou le PEHD) et, dans certains cas, de l'âge du tuyau (les dépôts de rouille et de tartre augmentent la rugosité).

Heureusement, le problème du calcul de la pente hydraulique est complètement résolu par le tableau de calcul hydraulique des conduites d’eau (tableau de Shevelev). Il fournit des valeurs pour différents matériaux, diamètres et débits; De plus, le tableau contient des facteurs de correction pour les anciens tuyaux.

Pour clarifier: les corrections d’âge ne sont pas nécessaires pour tous les types de canalisations de polymères. Métal-plastique, polypropylène, polyéthylène ordinaire et réticulé ne modifient pas la structure de la surface pendant toute la période de fonctionnement.

La taille des tables Shevelev rend impossible leur publication intégrale. Cependant, pour information, nous en présentons un court extrait.

Voici les données de référence pour un tuyau en plastique de 16 mm de diamètre.

Lors du calcul de la perte de charge, il est nécessaire de prendre en compte que la plupart des appareils de plomberie pour un fonctionnement normal nécessitent une certaine surpression. Il y a trente ans, SNiP fournissait des données pour une plomberie obsolète; Les modèles plus modernes d'équipements ménagers et sanitaires nécessitent une surpression d'au moins 0,3 kgf / cm (3 mètres de tête) pour un fonctionnement normal.

Cependant: dans la pratique, il est préférable d’inclure dans le calcul une surpression légèrement supérieure - 0,5 kgf / cm2. La réserve est nécessaire pour compenser les pertes non comptabilisées sur les lignes d'alimentation des instruments et leur propre résistance hydraulique.

Des exemples

Donnons un exemple du calcul hydraulique du système d'alimentation en eau, effectué à la main.

Supposons qu'il soit nécessaire de calculer la perte de charge dans une alimentation en eau en plastique domestique de 15 mm de diamètre, de 28 mètres de long et dont le débit maximal admissible est de 1,5 m / s.

1. La pente hydraulique pour une longueur de 1000 mètres sera de 319,8. Étant donné que, dans la formule de calcul de la perte de charge, i est utilisé et non 1000i, cette valeur doit être divisée par 1000: 319.8 / 1000 = 0.3198.
2. Le coefficient K pour l’alimentation en eau potable sera égal à 0,3.
3. La formule dans son ensemble prendra la forme H = 0,3198 x 28 x (1 + 0,3) = 11,64 mètres.

Ainsi, nous aurons une surpression de 0,5 atmosphère à la fin de l’appareil de plomberie à une pression dans la conduite d’eau principale de 0,5 + 1,164 = 1,6 kgf / cm2. La condition est tout à fait réalisable: la pression dans la ligne n’est généralement pas inférieure à 2,5 - 3 atmosphères.

Soit dit en passant: lors de la mise en service, l’essai du pipeline est effectué par une pression au moins égale à celle du travailleur avec un coefficient de 1,3. Le test hydraulique d’un système d’alimentation en eau doit comporter des marques indiquant à la fois leur durée et la pression d’épreuve.

Et maintenant, faisons le calcul inverse: nous déterminons le diamètre minimum du tuyau en plastique qui fournit une pression acceptable au mélangeur final dans les conditions suivantes:

• La pression sur l'autoroute est de 2,5 atmosphères.
• La longueur du pipeline à la fin du mélangeur est de 144 mètres.
• Les transitions de diamètre sont absentes: toute l’alimentation en eau domestique sera montée dans la même taille.
• La consommation d'eau maximale est de 0,2 litre par seconde.

Alors commençons.

1. La perte de charge admissible est de 2,5 à 0,5 = 2 atmosphères, ce qui correspond à une pression de 20 mètres.
2. Le coefficient K dans ce cas est égal à 0,3.
3. La formule aura donc la forme 20 = ix144x (1 + 0,3). Un simple calcul donnera la valeur de i à 0,106. 1000i, respectivement, sera égal à 106.
4. L'étape suivante est une recherche dans la table de diamètre Shevelev, correspondant à 1000i = 106 au débit requis. La valeur la plus proche - 108,1 - correspond au diamètre du tuyau en polymère de 20 mm.

Conclusion

Nous espérons que nous n'avons pas dépassé le lecteur respecté avec un excès de nombres et de formules. Comme déjà mentionné, nous avons donné des schémas de calcul extrêmement simples; les professionnels sont obligés d'utiliser des solutions beaucoup plus complexes. Comme d’habitude, des informations thématiques supplémentaires sont disponibles dans la vidéo de cet article. Des succès!