Comment déterminez-vous la chute de pression dans les raccords ?

Lors d'un récent webinaire sur la puissance des fluides, lors d'une présentation sur la sélection et la taille du bon ajustement, un participant m'a posé une question à laquelle je n'avais pas de bonne réponse. Vers la dernière partie du webinaire, j'avais discuté de la chute de pression à travers les raccords. En vous assurant de fournir un chemin sain et sans entrave pour que le fluide hydraulique s'écoule, vous économisez de l'énergie essentielle pour un travail utile, plutôt que de simplement pousser des molécules. L'utilisation excessive de tés, de coudes et d'adaptateurs crée une chute de pression, c'est pourquoi de tels raccords doivent être évités, si possible.

J'avais expliqué les facteurs de chute de pression à travers un raccord ; diamètre, débit, rayon de courbure, état de surface et nombre de Reynolds. Bien sûr, la plupart d'entre vous savent qu'il existe une relation directe entre le diamètre du conduit, le débit et la chute de pression. Plus le débit est élevé ou plus le raccord est petit, plus la chute de pression est élevée. Il convient de noter que la chute de pression augmente de façon exponentielle à mesure que le diamètre diminue... c'est à quel point la taille du raccord affecte la perte d'énergie.

Moins considéré, le rayon de courbure est la force avec laquelle le fluide est forcé de changer de direction dans un tube, un tuyau ou un raccord. Dans l'image, deux coudes à 90 degrés sont comparés. Les composants internes d'un raccord effectuent une transition en douceur de son rayon avec peu de drame, garantissant que le débit est plus proche de laminaire, ce qui empêche une contre-pression excessive. L'autre raccord coudé forgé et usiné modifie plus sévèrement le trajet du fluide, ce qui crée une contre-pression lorsque l'huile perd de l'énergie en changeant de direction.

Imaginez, si vous voulez, le toboggan aquatique extrême de votre parc d'attractions local… vous savez, celui avec la trappe et le fil à plomb de cinquante pieds ? La porte coulissante s'ouvre et vous laisse tomber directement sur dix pieds avant que votre postérieur n'entre en contact avec la glissière pour commencer à changer votre direction de la verticale à l'horizontale, et avec une facilité et une rapidité surprenantes, votre plomb est géré en toute sécurité. Imaginez maintenant que la trappe s'ouvre, que vous tombiez de vingt pieds et que vous atterrissiez avec un bruit sourd. Devant vous se trouve un tunnel sombre. Cependant, vous avez perdu tout élan vers l'avant, et ce n'est que lorsque d'autres corps sont largués pour vous forcer à descendre dans le tunnel que votre énergie est perdue.

Mon exemple est extrême, mais néanmoins important. Il faut de l'énergie pour tourner un virage à 90°, et le concept n'est pas perdu dans la puissance des fluides. La combinaison du rayon de courbure et de la douceur des parois du conduit contribue au nombre de Reynolds, qui n'est qu'une description sans dimension dépendant d'autres éléments tels que la viscosité. Le nombre de Reynolds est défini à l'aide des éléments suivants, que je ne m'attends pas à ce que vous calculiez ou mémorisiez, mais jetez un œil aux facteurs :

où
DH est le diamètre hydraulique du tuyau (le diamètre intérieur si le tuyau est circulaire) (m),
Q est le débit volumétrique (m3/s),
A est la section transversale du tuyau (m2),
u est la vitesse moyenne du fluide (m/s),
μ (mu) est la viscosité dynamique du fluide
ν (nu) est la viscosité cinématique
ρ est la masse volumique du fluide (kg/m3)

Je ne vous montre l'équation que pour souligner sa complication pour une utilisation quotidienne dans la compréhension de la chute de pression à travers les raccords que vous choisissez pour votre système hydraulique. Il doit y avoir un meilleur moyen, et c'est là que le participant dont j'ai parlé plus tôt entre en scène. Ils m'avaient demandé si les fabricants publiaient la chute de pression pour les raccords qu'ils vendaient - et je ne pouvais pas répondre à cette question. Je n'avais certainement jamais vu de tels chiffres de perte de charge publiés dans un catalogue, mais j'ai dit que je ferais des recherches.

Après des recherches approfondies, je n'ai rien trouvé. Eh bien, presque rien si ce n'était pas pour Gates. Gates a une calculatrice sur son site Web (trouvé ici) qui vous permet d'épeler des paramètres tels que le débit, le diamètre et la longueur du tuyau, les propriétés du fluide, puis le nombre de raccords et d'adaptateurs. Il vous permet de choisir entre des coudes, des adaptateurs et des tés, ou même des raccords droits. Lors de deux tests, j'ai choisi un tuyau de ½ po, 12 gpm et des propriétés de fluide hydraulique standard. Un test n'avait pas de raccords et l'autre environ une douzaine de tés et de coudes. Le deuxième test entraîne une chute de pression supplémentaire de 200 psi dans mon système.

Ainsi, bien qu'il ne s'agisse pas de la liste des chutes de pression raccord par raccord, ce qui rendrait le choix facile et évident, c'est un excellent outil pour comparer votre système actuel et voir où vous pourriez vous situer pour améliorer l'efficacité. Même en jouant avec la calculatrice, vous pouvez évaluer à quel point les raccords, les coudes et les tés réduisent considérablement l'énergie par le biais de la contre-pression. Il existe des progiciels de modélisation de la dynamique des fluides, en particulier pour les programmes de CAO existants, mais ceux-ci sont coûteux à l'achat et sous licence. Si vous voulez un moyen simple et reproductible d'estimer la chute de pression à travers les raccords, le calculateur de pression de débit de fluide Gates est fantastique.