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Définition : qu'appelle-t-on perte de charge ?
La perte de charge est la diminution de la charge hydraulique, c'est-à-dire de l'énergie mécanique par unité de poids de fluide, entre deux points d'un écoulement. Elle est irréversible : l'énergie de pression est transformée en chaleur par les frottements visqueux, la rugosité des parois et la turbulence créée par les changements de section et de direction. Elle s'exprime soit en pression (pascals, millibars) soit en hauteur de colonne de fluide (mètres de colonne d'eau), les deux étant liées par ΔP = ρ g ΔH. C'est elle qu'une pompe ou un ventilateur doit compenser pour maintenir le débit.
Perte de charge dans l'équation de Bernoulli
Entre l'amont A et l'aval B d'un conduit, la charge H diminue de la perte de charge ΔH :
Passage de la hauteur de fluide à la pression et forme générale de toute perte de charge :
- ΔH : perte de charge en mètres de colonne de fluide (mCF, mCE pour l'eau)
- ΔP : perte de charge en pascals (Pa) ; ρ : masse volumique, en kg/m³ ; g = 9,81 m/s²
- P, V, z : pression, vitesse et altitude en A et en B (voir le théorème de Bernoulli)
- K : coefficient de perte de charge sans unité : λ L/D pour une conduite droite (perte régulière), ζ pour un accessoire (perte singulière)
- ρ V² / 2 : pression dynamique, en Pa
Unités de la perte de charge
| Unité | En pascals | En mètres de colonne d'eau |
|---|---|---|
| 1 bar | 100 000 Pa | 10,2 mCE |
| 1 mbar = 1 hPa | 100 Pa | 1,02 cmCE |
| 1 mCE (mètre de colonne d'eau) | 9 790 Pa (9 810 à 4 °C) | 1 mCE |
| 1 mmCE | 9,8 Pa | 0,001 mCE |
| 1 psi | 6 895 Pa | 0,70 mCE |
| 1 kPa | 1 000 Pa | 0,102 mCE |
Explications détaillées et calcul dans Mecaflux
Voir aussi:
- Le calcul des pertes de charge régulières air eau hydraulique aeraulique
- Le calcul de pertes de charge singulière air eau aeraulique hydraulique
- coefficient de pertes de charge singulieres (air eau aeraulique hydraulique) avec le logiciel de calcul perte charge Mecaflux pro 3D
- coefficient de pertes de charge singuliere (eau air hydraulique aeraulique) avec mecaflux standard
Définition pertes de charge eau air hydraulique aeraulique:
Les pertes de charge dans les conduits et reseaux aeraulique ou hydrauliques (air gaz eau) désigne les pertes irréversibles d'énergie de pression, que subit un liquide ou un gaz lors de son passage dans un conduit, un tuyau ou un autre élément de réseau de fluide.
Cette perte d’énergie, liée à la vitesse du fluide (faible vitesse=faible perte de charge), est causée par la transformation en chaleur, des frottements internes provoqués par:
- la viscosité du fluide (un fluide parfait sans viscosité ne génère pas de perte de charge),
- la rugosité des parois,
- les variations de vitesses
- et les variations de direction du fluide.
L'unité de la perte de charge est une pression (pascals,bars...) ou une hauteur de colonne d'eau qui produirait une charge hydrostatique (pression hydrostatique) équivalente. Le terme "perte de charge" signifie donc "perte de charge hydrostatique". D' apres cette définition nous pouvons déjà dire que les pertes de charges dans les réseaux sont importantes si:
- La vitesse du fluide est élevée et que la rugosité est importante
- La variation de vitesse liée au changement de section est importante et brusque
- le changement de direction est important et brusque
Ces pertes d'énergie seront donc minimum si:
- la vitesse est faible et les surfaces sont lisses
- la variation de vitesse liée au changement de section est faible et progressive
- le changement de direction est faible et progressif
- On distingue 2 Types de pertes de charges:
- Les pertes de charge regulieres , qui representent les pertes de charge par frottements dans les conduites. Elles sont provoquées par la viscosité du fluide. Elles sont fonction du degrés de turbulence (decrit par le nombre de reynolds).
- Les pertes de charge singulieres, sont le resultat des variations de vitesses et des changements de directions du fluide provoqués par les formes et obstacles que rencontre le fluide en traversant un objet: Cones, coudes, grilles, racordements, jonctions...
En réalité ces 2 types de pertes de charges ne sont pas toujours séparés, ainsi dans un coude arrondis il y a une part de perte de charge singuliere due au changement de direction et une part de perte de charge réguliere due aux frottements sur la longueur de conduite formée par le coude. Une addition des 2 pertes de charges peut etre necéssaire si les surfaces de frottements sont importantes (un serpentin constitué de coudes par exemple) mais en general, les pertes de charge regulieres sont negligées pour les éléments singuliers.
Le coefficient de perte de charge:
Le coefficient de perte de charge est une valeur sans unité qui permet de calculer la perte de charge en fonction de la pression dynamique du fluide.
- Pression dynamique= 0.5 x masse volumique(kg/m3) x Vitesse²(m/sec)
Comme il existe 2 type de pertes de charges, Il existe 2 types de coefficients de pertes de charge:
coefficient de perte de charge réguliere
coefficient de perte de charge singuliere.
Il existe diverses formules pour déteminer le coefficient de pertes de charge regulieres, le choix de la formule depend du regime d'écoulement que l'on evalue avec le nombre de Reynolds.
Une description de la methode de calcul du coefficient de perte de charge en fonction d'un relevé de perte de charge (Image extraite du logiciel mecaflux pro3D)
Pour en savoir plus sur les pertes de charge et le coefficients de pertes de charge:
Le calcul des pertes de charge régulières. (ou systématiques)
Le calcul de perte de charge singulière. (ou accidentelles)
Determiner le coefficient de pertes de charge singulieres avec mecaflux pro 3D
Déterminer le coefficient de perte de charge singuliere avec mecaflux standard
Questions fréquentes
Pourquoi parle-t-on de « charge » et de « perte de charge » ?
La charge est la hauteur H = P/ρg + V²/2g + z du théorème de Bernoulli, qui représente l'énergie totale du fluide par unité de poids, exprimée en mètres. Un écoulement réel voit cette hauteur diminuer dans le sens du courant : c'est la perte de charge, mesurable par la différence de niveau entre deux tubes piézométriques.
Comment convertir une perte de charge en pascals en mètres de colonne d'eau ?
On divise par ρ g : ΔH = ΔP / (ρ g). Pour l'eau, 1 000 Pa correspondent à 0,102 m, et 1 bar à 10,2 m. Pour l'air (ρ = 1,2 kg/m³), 100 Pa représentent 8,5 m d'air mais seulement 10 mm de colonne d'eau, unité utilisée en aéraulique.
La perte de charge dépend-elle du fluide ?
Oui par la viscosité, qui fixe le nombre de Reynolds et donc le coefficient λ, et par la masse volumique quand elle est exprimée en pascals. Exprimée en hauteur de fluide, elle ne dépend que de la géométrie, de la vitesse et de λ.
Comment calculer la perte de charge de mon installation ?
Les calculateurs en ligne de ce site traitent une conduite droite ou un accessoire isolé ; Mecaflux Standard additionne toutes les pertes de votre réseau dans l'inventaire et détermine le point de fonctionnement de la pompe, et Mecaflux Pro3D modélise les réseaux ramifiés et bouclés en 3D. Pour un réseau à diagnostiquer, à dimensionner ou à justifier, Mecaflux réalise l'étude de votre projet et vous remet la note de calcul, ou vous propose une formation sur le logiciel appliquée à votre propre installation.