HYDRAULIQUE Flashcards
définition force
une force est une action capable de déformer un corps, d’en modifier l’état.
la force est décrite par 4 caractéristiques :
- sa direction
- sa valeur
- son sens
- son point d’application
formule pression
Pression = force pressante / surface pressée
P (pa) = F (N) / S (m²)
1 Pa =
1N / m²
1 bar =
10 puissance 5 Pa = 100000 N/m²
pression atmosphérique
au niveau de la mer , l’atmosphère terrestre est à la pression de 101 267 pa , CAD 1.0126 bar ou encore 1013 mbar
Patm=
1 bar
Notion de
pression relative
P relative = P absolue - P milieu
Une pression est une grandeur qui est toujours STRICTEMENT
positive
Pression générée par une
colonne d’eau
Si on considère un point au fond de l’eau, on est amené à
introduire la notion de colonne d’eau.
surpression exercée par l’eau sur le fond du cylindre
p = F/S = mg/ S = ρ V g/S = ρ S h g / S
P =
ρ g h
P(h)
pATM+ ρ g h
ρ
masse volumique du fluide considéré en kg / m3
Le théorème de Pascal
Un liquide en équilibre
transmet entièrement et
en tous points les variations
de pression qu’il subit.
P de F =
F / S = f / s = Pf
Le débit
en présence d’un écoulement, on peut définir une grandeur appelé débit, qui quantifie le volume écoulé en fonction du temps
1 m3/s =
3 600 m3/h
1 m3/h
16,67 l/min
1 l/min
0,06 m3/h
Le débit (Q)
est le volume d’eau (V) qui s’écoule par unité de temps (t)
Q (m3/s) = V (m3) / t (s)
La mesure du débit
“Le rapport du volume écoulé et
du temps d’écoulement fournit le
débit”
Q =
S x l
t
= S x v
Qentrant =
Qsortant
Q2
Q1 <
Q3
Q1 = Q2+Q3
Lors de tout écoulement, il existe des frottements. Ces frottements ont
lieu, pour un écoulement d’eau dans un tuyau :
- entre les molécules d’eau et les parois du tuyau
- entre les molécules d’eau elles-mêmes.
Les Pertes de charge sont :
- proportionnelles à la longueur de l’établissement
- proportionnelles au carré du débit
- diminuent lorsque le diamètre du tuyau augmente
- indépendantes de la pression
- fonction de la rugosité du tuyau
calcul J frot
j2 = j1 x Q2²/Q1²
j den
h/10
Plus la paroi du tuyau est rugueuse,
plus les
frottements sont importants et plus les pertes
de charge augmentent.
Une pente de 1% indique que l’on monte de
1 m
dès lors que l’on parcourt 100 m.
Réaction à la lance
Au niveau de la lance, l’éjection de l’eau permet à l’eau d’augmenter
sa vitesse tout en diminuant sa pression.
recul
R(N)=
2 x S (m²) x Precul (pa) => soustraire 1 car p relative
Cavitation
Lors d’un établissement, il peut arriver que la pression en un
point de la pompe soit suffisamment faible pour qu’il se crée,
à température ambiante, des bulles de vapeur d’eau au sein de
cette pompe.
Ce phénomène se reconnaît par
- bruit caractéristique
e
produit surtout quand
la vitesse de rotation de la pompe est élevée
ou quand la pompe est située au dessus de la nappe d’eau.
Il a lieu lorsque le
débit demandé en sortie de pompe est supérieur
au débit d’alimentation.
La pression de refoulement
C’est la pression à l’engin pompe. Elle est généralement supérieure
à la pression à la lance, sauf si le point d’attaque est situé en contrebas
de l’engin pompe
Vérification
Une fois la pression de refoulement calculée, on vérifie qu’en tout
point de l’établissement règne une pression supérieure à 1 bar.
Amorçage d’une pompe
L’amorçage constitue la première phase du fonctionnement
de la pompe. En effet, il faut amener l’eau jusqu’au corps de
la pompe pour que celle-ci puisse fonctionner.
On observe que :
- une
augmentation du débit nécessaire induit une baisse de la
pression de l’hydrant ; - à
un débit limite de l’hydrant correspond une pression relative
nulle entre la pompe et l’hydrant; - les
pertes de charge augmentent lorsque la longueur de la
ligne d’alimentation devient plus importante ou lorsque le débit croit.
Sélectionner le point d’eau en fonction du débit maximal fourni par l’engin : - P.S.E. : - FA :
- 1 000 l/min donc B.I ou P.I de 60 m3/h ;
- 2 000 l/min donc B.I ou P.I de 120 m3/h.
Production de mousse physique
Une mousse physique est constituée par de l’eau, un
émulseur et un gaz de telle sorte que ce gaz se retrouve
emprisonné dans de minces pellicules d’eau.
Les 2 étapes de la génération d’une mousse physique
1 - eau + produit émulseur = un pré mélange
2 - pré mélange + air = mousse
L’obtention d’une mousse de qualité adéquate implique de
mélanger les différents
composants dans des proportions bien
définies selon le type d’émulseur employé et de la nature de la
mousse souhaitée.
Les caractéristiques d’une mousse
Elles dépendent des deux caractéristiques suivantes :
- la concentration
c = Vemul / Vprémel x100
- le foisonnement
F = vmousse/ v prémel
L’utilisation de l’injecteurproportionneur
(cf. système Venturi) associé à une
lance à mousse implique
des réglages conditionnés
par la qualité de la mousse désirée. Du point de vue
hydraulique, des règles de base ont été déterminées
pour une bonne mise en oeuvre de ce système.
Influence de la pression
d’alimentation d’un injecteur
L’expérience ci-dessus montre que la pression d’entrée
de l’injecteur agit sur la concentration du pré-mélange et
sur le débit de l’injecteur.
Influence de la perte de
charge en aval de l’injecteur
La pression d’alimentation est maintenue à la valeur
constante préconisée par le constructeur, soit 10 bars.
Afin d’éviter les phénomènes perturbateurs :
- l’injecteur d’émulseur et la lance à mousse sont indissociable
- l’injecteur est indissociable de la canne plongeuses
- la pression d’utilisation doit être scrupuleusement respectée
Alimentation sur une citerne
Alimentation sur une citerne
L’eau de la citerne étant située en hauteur de la pompe, l’amorçage
se fait naturellement grâce à la dénivelée.
Alimentation sur un réseau
La différence de pression nécessaire à l’amorçage est assurée par
la pression à laquelle la borne délivre l’eau : entre 3 et 5 bars.
Alimentation sur une nappe d’eau
Une pompe additionnelle, appelée amorceur, permet de faire le
vide dans le corps de la pompe et ainsi, d’aspirer l’eau de la nappe.
Les relais
Le refoulement à des distances supérieures aux possibilités
d’une source de pression initiale nécessite la reprise de l’eau
par une nouvelle source de pression placée en relais
Calcul de la pression nécessaire
Il s’agit de la pression à la lance additionnée aux pertes de
charges dues aux frottements et à la dénivelée.
Pnécessaire =
P lance + J totale + H / 10
NE =
P nécessaire -1 / P nominale -1
Calcul de la pression totale
consommée
La pression nécessaire calculée précédemment ne tient pas
compte du fait que chaque pompe doit recevoir de la pompe
précédente une pression résiduelle de 1 bar
La pression totale consommée est donc (NE-1) en bars :
P totale = P nécessaire + (NE - 1)
Calcul de la pression moyenne
par engin
La relation ci-dessous n’est employée que si toutes les pompes
utilisées fournissent le même travail.
P moyenne = P totale / NE
Evaluation de l’emplacement
des pompes
La pression moyenne de chaque pompe sert à compenser les
pertes de charge et à fournir à la pompe suivante 1 bar (ou
bien la pression à la lance pour la dernière pompe).
P moyenne = 1 + J AB + h AB / 10
Calcul de la pression aux engins
La pression moyenne par engin calculée précédemment n’est
pas forcément celle qu’on donne effectivement.
vérification Ptotale =
P1 + P2 + P3
La relation de Bernoulli
en négligeant les pertes de charge dues aux frottements, on
peut démontrer la formule de Bernoulli :
formule bernoulli
P/ρ + g.h + V²/2 = constante
Considérations énergétiques
Conditions
Pour pouvoir interpréter la conservation de la somme des
termes de la loi de Bernoulli en considérant la valeur énergétique
associée à chacun de ceux-ci, il est nécessaire de définir
très clairement, d’un point de vue rigoureusement physique,
dans quel cadre cette loi peut être appliquée.
La loi de Bernoulli est applicable aux
fluides parfaits, c’est à dire aux fluides
qui ne perdent pas d’énergie par
frottement
on peut considérer un écoulement parfait lorsque :
- la vitesse d’écoulement est faible
- la longueur considérée est faible
L’aspiration Venturi
Le système dit Venturi est utilisé de façon très répandue
pour créer des dispositifs aspirateurs, à différentes échelles et
dans des domaines variés : robotique, aéronautique, etc.
Lors de l’écoulement d’un fluide parfait :
- Lorsque la pression diminue, la vitesse du fluide augmente et
l’énergie mécanique est principalement cinétique. - Lorsque la vitesse diminue, la pression augmente,
et l’énergie mécanique est principalement potentielle
