Principes Hydrauliques TD & TP Nom: Prénom: Entreprise: ......................... Bouteille casse pression Débit Pertes de charge HMT

Sommaire Les unités 3 Les pertes de charge 7 Les pompes 8 Les bouteilles casse pression 12 Le réglage du bypass 13 Comportement des émetteurs 14 L’équilibrage 15 Le simulateur hydraulique 17 Exercices d’équilibrage 18 Les essais 20 La soupape différentielle 40 Détermination d’un point de fonctionnement 41 Détermination des pertes de charge 42 La pompe électronique 43

Chaleur Massique de l’eau Les unités Chaleur Massique de l’eau Elévation de 1 K C = 1,16 Wh/Kg.K Anciennement C = 1 kcal/kg.K 1 Kg d’eau C = Quantité de chaleur nécessaire pour élever la température de 1 kg d’eau de 1K

Avec Dn = Débit nominal en m3/h Les unités La puissance utile Td (°C) ΔT (K) =Td - Tr Tr (°C) Pu (kW) = Dn x ΔT x c Avec Dn = Débit nominal en m3/h Exercice Calculer la puissance d’une chaudière en kW et kcal/h avec : Dn = 4000 l/h Td = 75°C et Tr = 65°C Pu =

Les unités Les grandeurs physiques Le débit : Q en m3/h Le débit en volume Q d’un liquide est le volume de liquide qui traverse une section d'un tuyau pendant l'unité de temps. La résistance hydraulique : k Elle est créée par le frottement d’un fluide contre la paroi d’un tube ou par la résistance des éléments compris dans le circuit tels que coudes, vannes,… Dans le cas d’une installation de chauffage, on peut la considérer comme une grandeur constante La perte de charge : Δp en mCE C’est la chute de pression entre deux points A et B d'un tuyau. Elle est crée par une résistance hydraulique. Pour un écoulement de A vers B, on la note p = pA - pB .

Les unités Δp = k.Q2 Les grandeurs physiques Les analogies La hauteur manométrique d’une pompe : HMT en mCE C’est le gain en pression apporté par une pompe Les analogies Débit Q  Intensité du courant I Résistance hydraulique k  Résitance électrique R Perte de charge Δp  Tension U La relation entre ces trois grandeurs est la suivante : Δp = k.Q2

Pertes de charges Pdc = kq2 Test 1 Les pertes de charges entre A et B sont de 8 kpa pour 2 m3/h. Quelles sont-elles pour 4 m3/h? (100-50-32-24-16 kpa) ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… Test 2 Les pertes de charges entre A et B sont de 10,6 kpa pour 2,3 m3/h. Quelles sont-elles pour 3,5 m3/h? (35-30-24,5-16-15 kpa) ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… Test 3 Les pertes de charges entre A et B sont de 10 kpa pour 2 m3/h. Quel est le débit crée par un écart de pression de 40 kpa? (12-10-8-6-4 m3/h) ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… Test 4 Les pertes de charges entre A et B sont de 15,7 kpa pour 2,8 m3/h. (6,28-5,75-4,46-2-1 m3/h) …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

Les pompes Test 1 On mesure sur une pompe un gain de pression de 1,25 mCE ou 12,5 kPa pour 25 m3/h. On désire doubler le débit, quel sera le nouveau gain de pression? (200-160-100-50-20 kPa) ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… Test 2 On mesure sur une pompe un gain de pression de 1,8 mCE ou 18 kPa pour 30 m3/h. On désire augmenter le débit à 40 m3/h, quel sera le nouveau gain de pression? (60-40-32-24-18 kPa) …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

Comportement des pompes Montage de pompes en parallèle Les ………. s’ ajoutent. Montage de pompes en série Les……….s’ ajoutent.

Comportement des pompes Les pompes de charge Le point de fonctionnement Il se trouve à l’intersection de la courbe de la pompe avec celle du circuit. Celui du schéma ci-dessus correspond au fonctionnement de la pompe de charge de la chaudière MC25 avec la chaudière seule. Le point de fonctionnement réel sera obtenu en additionnant la perte de charge du préparateur à celle de la chaudière. Car dans un réseau en série, les pertes de charges s’ajoutent.

Caractéristiques de pompes Les pompes électroniques Principe de fonctionnement Elles adaptent leurs hauteurs manométriques (HMT) en fonction d’une grandeur donnée qui peut être : -la perte de charge du circuit -Un signal de commande venant de la chaudière La hauteur manométrique disponible C’est la pression que pourra fournir la pompe après avoir vaincu la perte de charge de la chaudière.

Les bouteilles casse-pression Sa fonction Séparer le circuit primaire du circuit secondaire de telle manière que les pressions et les circulations d’eau des deux cotés de la bouteille soient indépendantes. Les conditions à remplir - Dimensionnement en utilisant la règle des 3D Vitesse de l’eau dans la bouteille inférieure ou égale à 0,1 m/s Bouteille en position verticale Purgeur en partie haute Vanne de chasse en partie inférieure

Le réglage du bypass Sa fonction -Eviter une surchauffe accidentelle du circuit V3V -Optimiser le fonctionnement de la vanne 3 voies : celle-ci disposera d’une plus grande zone de travail. Procédure de réglage -Attendre que tout le circuit soit en température stabilisée -Régler la température de l’émetteur à sa valeur maximale de fonctionnement -Placer la vanne 3 voies en position manuelle ouverte - Régler la vanne du bypass pour obtenir la température maximale souhaitée sur le circuit après la vanne

Comportement des émetteurs Etude de l’influence du débit sur les émetteurs de chaleur Observations : ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Conclusions : _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

L’équilibrage Les grandeurs physiques Kv et Kvs : C’est l’ordre de grandeur du débit donné pour un organe en m3/h pour une pression différentielle de 1 bar dans le cas du Kv A pleine ouverture dans le cas du Kvs Le Zêta (Z) : Il définit la résistance hydraulique de la vanne en fonction de sa configuration. La pression différentielle : C’est l’équivalent d’une perte de charge entre deux points de mesure (voir page 4). L’autorité (a) : Elle définit l’influence d’un organe sur un réseau ou un tronçon de réseau. C’est un paramètre sans dimension compris entre 0 et 1, idéalement égal à 0,5 et dans tous les cas supérieur à 0,3. Une autorité de 0,5 est approchée lorsque les PDC de la vanne sont sensiblement égales à celles du réseau sur lequel elle doit influencer le débit.

L’équilibrage Les grandeurs physiques L’autorité (a) suite : Le diamètre d’une vanne s’établit en fonction des abaques des fabricants qui intègrent et prennent en compte cette autorité. L’expérience montre que la vanne est déterminée pour un diamètre inférieur à celui de la canalisation qui la supporte.

Le simulateur hydraulique Description du simulateur : Le simulateur comporte tous les éléments d’une installation. Par la fermeture de vannes, il sera possible d’étudier une configuration hydraulique donnée

Réglage Diematic Chaudière 1 : Puissance Chauffage : 100% Modulation Pompe : 100% Tmax circuit A : 45°C Tmax circuit B : 30°C

Essai N°1 Circuit hydraulique à simuler 1 MC…LP + 1 circuit direct + 1 circuit vanne Réglages (utiliser les repères du simulateur): Chaudière 1 en marche - Arrêt chaudière 2 Pompe P1 arrêtée P2 en marche Fermeture vannes : V3,V4, V5, V11, V12, V18, V19 Ouverture vannes : V1, V2, V6, V7, V10, V15, V16, V17, V20, V21

Essai N°1 Relevé des grandeurs mesurées Primaire Circuit Direct Circuit V3V Puissance échangée (kW) Débit (m3/h) Température aller (°C) Température retour (°C) Observations : ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Conclusions : ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Essai N°2 Circuit hydraulique à simuler MC…LP/BS 80 + 1 circuit direct + 1 circuit vanne Réglages (d’après schéma du simulateur) : Chaudière 1 en marche - Arrêt chaudière 2 Pompe P1 arrêtée - Pompe P2 en marche Fermeture vannes : V2, V6, V11, V12, V18, V19 Ouverture vannes : V1, V3, V4, V5, V7, V10, V15, V16, V17, V20, V21

Essai N°2 Relevé des grandeurs mesurées Primaire Circuit Direct Circuit V3V Puissance échangée (kW) Débit (m3/h) Température aller (°C) Température retour (°C) Observations : ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Conclusions : ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Essai N°3 Circuit hydraulique à simuler 1 MC…LP + 1 circuit direct + 1 circuit vanne Réglages (utiliser les repères du simulateur): Chaudière 1 en marche - Arrêt chaudière 2 Pompe P1 et P2 en marche Fermeture vannes : V1,V2, V6, V7, V18, V19 Ouverture vannes : V3, V4, V5, V10, V11, V12, V15,V16, V17, V20, V21

Essai N°3A Relevé des grandeurs mesurées Pompe 1 en marche Primaire Circuit Direct Circuit V3V Puissance échangée (kW) Débit (m3/h) Température aller (°C) Température retour (°C) Observations : ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Conclusions : ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Réglage de la soupape différentielle Fonction Elle est montée comme un by-pass entre le départ et le retour chauffage. Elle assure circuit chauffage fermé, un débit minimal dans la pompe. Elle évite ainsi les nuisances causées par les bruits de circulation (sifflements). Soupape différentielle SD1 Réglage de la soupape différentielle Mettre le point de consigne de la vanne SD1 en position max (visser vers la droite) (pression différentielle = 350 mbar) Fermer la vanne de réglage N° 15 Ouvrir la vanne SD1 progressivement jusqu’à ce que la soupape s’ouvre (bruit de circulation) Mettre la vanne N°15 en position 1,5 (simulation de l’ouverture d’un ou de deux radiateurs) la soupape doit se refermer (la pression différentielle réglée est indiquée sur la vanne)

Détermination du point de fonctionnement Courbe caractéristique de la pompe UPS 25-60 180 Hauteur manométrique (HMT) Relevez les débits et inscrivez les points de fonctionnement dans le diagramme ci-dessus (V3V Ouverte) Réglage vanne Vitesse 1 (m3/h) Vitesse 2 Vitesse 3 HMT en Vitesse 3 (mbar) V10 = 7 V10 = 3 V10 = 1

Réglage de la pompe électronique Fonction Les caractéristiques s’adaptent automatiquement aux besoins de l’installation, assurant ainsi un bon fonctionnement sans problème de bruit. En même temps, la consommation d’énergie est réduite au minimum. Une soupape différentielle est donc superflue. - + Réglage de la pompe en mode pression proportionnelle (2 voyants) Appuyer sur la touche + pour atteindre le point de consigne maximum Appuyer sur la touche - pour atteindre le point de consigne minimum Relevez les débits en m3/h + - Réglage vanne Vitesse mini (touche -) Vitesse maxi (touche +) Vitesse Voyant N°4 V10 = 7 V10 = 1

Réglage de la pompe électronique + - Réglage de la pompe en mode pression constante (1 voyant) Y-a-t’il un mode fonctionnement à privilégier? Si oui, lequel? La régulation par pression proportionnelle permet au circulateur d’adapter ses performances en fonction du débit en suivant une courbe similaire à une courbe de réseau. Ceci afin de compenser les pertes de charges dans la tuyauterie de distribution. Contrairement à un circulateur non régulé, le circulateur électronique réduit la pression différentielle lorsque la demande de chaleur diminue. Par exemple à cause de l’ensoleillement extérieur, les vannes des radiateurs se ferment et le débit diminue. Circulateur non régulé

Réglage de la pompe électronique Circulateur non régulé Si la vitesse de rotation du circulateur n’est pas régulée, une réduction des besoins calorifiques entraînera une augmentation de pression ΔH1 dans l’installation. Circulateur régulé en pression proportionnelle Si la vitesse du circulateur est régulé, une réduction des besoins calorifiques entraînera une dimunution de pression ΔH2 dans l’installation. Ceci permet de réduire considérablement le bruit dans les vannes thermostatiques.

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