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L'essentiel en 30 secondes
Qv = S × V Qm = ρ × Qv
- Le débit volumique est un volume par unité de temps : section × vitesse moyenne.
- Le débit massique est une masse par unité de temps : il se conserve tout au long d'un circuit.
- Le débit normal (Nm³/h) ramène un gaz à 0 °C et 1 013,25 hPa : c'est un débit massique déguisé.
Les mots clés
- masse volumique
- Masse d'un mètre cube de fluide, en kg/m³ : eau 1 000, air environ 1,2 à 20 °C.
- vitesse moyenne
- Débit volumique divisé par la section de passage, en m/s.
- conditions normales
- 0 °C et 1 013,25 hPa (DIN 1343) ou 15 °C (ISO 2533), pour exprimer un débit de gaz en Nm³/h.
- section
- Aire de passage du fluide : π D² / 4 pour un conduit rond.
Quelle différence entre débit volumique, débit massique et débit normal ?
Le débit volumique Qv est le volume de fluide qui traverse une section par unité de temps (m³/s, m³/h, L/min). Le débit massique Qm est la masse qui traverse cette section par unité de temps (kg/s, kg/h) : il vaut le débit volumique multiplié par la masse volumique. Pour un gaz, dont le volume dépend de la pression et de la température, on ramène le débit volumique à des conditions normalisées : c'est le débit normal en Nm³/h, qui n'est qu'une autre façon d'exprimer un débit massique.
Formules du débit
Débit normal d'un gaz à partir du débit réel mesuré à la pression absolue P et à la température T :
- Qv : débit volumique, en m³/s (1 m³/h = 1/3 600 m³/s)
- S : section de passage, en m² (S = π D² / 4 pour un conduit rond) ; V : vitesse moyenne, en m/s
- Qm : débit massique, en kg/s ; ρ : masse volumique aux conditions réelles, en kg/m³
- Qn : débit normal, en Nm³/s ou Nm³/h ; Pn, Tn : pression et température normales de la norme choisie
- P, T : pression absolue (Pa) et température absolue (K = °C + 273,15) réelles du gaz
Unités de débit et conditions normales
| Grandeur | Équivalence |
|---|---|
| 1 m³/h | 0,2778 L/s = 16,67 L/min = 2,778 × 10−4 m³/s |
| 1 L/s | 3,6 m³/h = 60 L/min |
| 1 m³/h d'eau | ≈ 1 000 kg/h = 0,278 kg/s |
| Conditions normales DIN 1343 | 0 °C (273,15 K) et 1 013,25 hPa : air ρ = 1,293 kg/m³, 1 Nm³/h = 1,293 kg/h |
| Conditions normales ISO 2533 | 15 °C (288,15 K) et 1 013,25 hPa : air ρ = 1,225 kg/m³, 1 Nm³/h = 1,225 kg/h |
| Air comprimé à 6 bar relatifs et 20 °C | 1 m³/h réel ≈ 6,44 Nm³/h (DIN 1343) |
Labo : du diamètre et de la vitesse au débit
Choisissez le fluide, le diamètre et la vitesse : débits volumique et massique sont recalculés.
Le débit massique se conserve d'un bout à l'autre du circuit ; le débit volumique d'un gaz change avec sa pression et sa température.
Explications détaillées et calcul dans Mecaflux
Nous considérons que le régime d'écoulement est ISO-volume ou stationnaire.
(que le fluide est soit incompressible, liquide, soit de masse volumique constante, gaz)
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Le Débit d'un fluide peut être volumique ou massique
Débit massique = Débit volumique x masse volumique
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Le Débit volumique peut être calculé avec la vitesse moyenne du fluide et la section du conduit:
Débit volumique(m3/seconde) = section(m²) x vitesse moyenne(m/seconde)
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Le Débit volumique peut être calculé avec le volume de fluide et le temps d'écoulement:
Débit volumique(m3/seconde) =volume de fluide écoulé(m3)/temps d'écoulement(secondes)
- les relations qui lient le débit volumique et la vitesse du fluide, aux différentes sections sont énoncées dans l'équation de continuité
- les pertes de charge sont directement liées à la vitesse du fluide, donc aux sections et dimensions des conduits.
Pour les fluides compressibles (gaz ou air):
Les gaz étant compressibles, il est possible de transformer un volume d'une même quantité de gaz en le comprimant ou en changeant sa température. Il devient alors très difficile de parler d'une quantité de gaz en volume sans donner la pression et la température du gaz au moment ou le volume à été mesuré.. Il serait compliqué de donner une température et une pression à chaque fois que l'on parle d'un volume de gaz, alors la température et cette pression au moment de la mesure du volume est normalisé à des conditions dites normales. On parle alors de Normaux m3.
Attention, il existe deux normes et donc des possibilités d' erreurs dans les conversions:
pression identique de 1013 hectopascals(pression atmosphérique moyenne) pour les 2 normes
DIN 1343 : une température de 273.15K (0ºC)
ISO 2533 : une température de 288.15K (15ºC)
Pour les calculs de pertes de charge, les dimensions des volumes de gaz (comprimés ou non) déplacés dans les conduits doivent être données en mètres cubes(m3).
Pour les conversions des Nm3 en m3 ou Nm3/h en m3/h
P1V1/T1 = P2V2/T2
p1 et T1 étant les températures et pressions normales v1 est le volume normal(détendu),
p2 et T2 étant les températures et pression du gaz V2 est le volume du gaz comprimé
avec:
P = Pression absolue (pression manométrique + pression atmosphérique )
V = volume
T = température en Kelvin
Un outil d'analyse graphique en fonction du débit permet de tester votre réseau dans une plage de débits choisie et de créer des graphiques mettant en évidence les variations de pression de perte de charge et de consommation énergétique en fonction du débit. Cet outil est très efficace pour le choix du matériel au regard des coûts d'exploitation annuels.
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1 sélectionner un fluide
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2 entrez sont débit volumique
convertisseur intégré au logiciel MECAFLUX
L'interface de conversion de volume normaux (nm3) et réel (m3) convertit donc les débits normaux (Nm3/h) en débit réel (m3/h)
Questions fréquentes
Comment passer du débit volumique au débit massique ?
On multiplie par la masse volumique du fluide aux conditions réelles de pression et de température : Qm = ρ × Qv. Pour 10 m³/h d'eau : 10 × 1 000 = 10 000 kg/h. Pour 10 m³/h d'air à 20 °C et pression atmosphérique (ρ = 1,204 kg/m³) : 12,0 kg/h.
Pourquoi utilise-t-on des normaux mètres cubes pour les gaz ?
Parce que le volume d'un gaz change avec la pression et la température : 1 m³ d'air comprimé à 6 bar contient six fois plus de matière qu'1 m³ à la pression atmosphérique. Le Nm³ fixe des conditions de référence et exprime donc une quantité de matière, comme un débit massique.
Quelle norme choisir, DIN 1343 ou ISO 2533 ?
Celle que votre fournisseur ou votre cahier des charges utilise. L'écart entre les deux est de 5,5 % (273,15/288,15), ce qui est une source classique d'erreur. En Europe industrielle, le Nm³ au sens DIN 1343 (0 °C) est le plus courant ; l'ISO 2533 (15 °C) sert en aéronautique et chez certains gaziers.
Comment convertir et vérifier les débits de gaz de mon installation ?
Le convertisseur de Mecaflux Standard passe du débit réel au débit normal et au débit massique à partir de la pression et de la température de votre gaz, dans l'une ou l'autre norme, et ce débit alimente directement les calculs de vitesse et de pertes de charge des conduits. Pour un réseau d'air comprimé, de gaz ou de fumées à dimensionner, Mecaflux réalise l'étude de votre projet, ou vous propose une formation sur le logiciel appliquée à votre propre installation.