Comment calculer la vitesse de débit ?

Dans les installations domestiques contemporaines, la plomberie occupe une place importante. Elle se charge principalement de tout ce qui concerne l’adduction de la maison. Cette dernière traite de l’arrivée d’eau dans la maison, de sa distribution dans les différentes pièces et de son évacuation après usage. À part l’eau, l’adduction traite tout type de fluides. Tout ceci se fait par le biais de ce qu’on appelle les circuits de canalisation.

C’est cela qui fait intervenir la notion de débit ou de débit volumique. Qu’est-ce que c’est ? Quelle est son utilité et comment peut-on le calculer ? Nous en parlons dans cet article.

Généralité : le principe de base d’un débit volumique

Le terme débit volumique existe depuis longtemps et représente une grandeur mesurable. Il est très souvent employé dans les systèmes d’évacuation d’eaux usées, d’alimentations et d’adduction en eau courante. Dans le domaine de la plomberie, l’adduction assure l’alimentation en fluide d’un bâtiment, d’une maison ou encore d’un établissement industriel. Dans le cadre d’une maison, l’adduction est effectuée à l’aide d’une canalisation sur laquelle est installé le compteur d’eau par exemple.

L’adduction est ensuite distribuée aux différentes alimentations grâce à un répartiteur muni d’un réducteur de pression. Avec l’action du réducteur de pression, la pression de l’eau se situe entre 3 et 3,5 bars. En outre, vous pouvez aussi trouver sur le marché des réducteurs réglables permettant d’équilibrer au mieux la pression.

La vitesse d’écoulement d’un fluide : une notion importante

Avant d’aborder le sujet principal de cet article, il est important de connaître la notion de la vitesse d’écoulement d’un fluide. Cela facilitera la compréhension de ce qui suit. La vitesse d’écoulement est la vitesse à laquelle un fluide circule le long d’une canalisation. On parle également de la vitesse à laquelle un fluide circule suivant un chemin de passage. Ce principe est très utile et très important dans les installations domestiques et aussi dans d’autres domaines.

Le fluide dont on parle peut être un liquide, un gaz, un pulvérulent ou encore un matériau dans un état pâteux. Voici quelques exemples de fluides :

  • L’eau ;
  • Le carburant ;
  • L’huile hydraulique ;
  • L’oxygène ;
  • L’azote ;
  • La farine ;
  • La poudre d’aluminium ;
  • Le sable ;
  • Le béton ;
  • La pâte dentifrice.

La vitesse d’écoulement d’un fluide dans une canalisation est une grandeur qui s’exprime le plus souvent en mètres par seconde (m/s). Connaitre la vitesse d’écoulement est important, car cela permettra de réaliser différents types de mesures, à savoir le calcul de la perte de charge et du débit volumique.

Qu’est-ce que le débit volumique ?

La définition du débit volumique ressemble à celle de la vitesse d’écoulement, mais avec une légère différence. Le débit volumique (Dv) d’un fluide est la quantité exacte de fluide qui a circulé dans une canalisation pendant une durée donnée. Le débit volumique d’un fluide est une grandeur qu’on peut exprimer avec différentes unités de mesure. Vous pouvez retrouver un débit volumique en litres par seconde (L/s), en litres par minutes (L/m) ou en mètre cube par seconde (m3/s).

Toutefois, dans l’unité S.I, qui représente l’unité du système international, c’est le mètre cube par seconde (m3/s) qui est utilisé.

Quelle est l’utilité du débit volumique ?

Comme dans le cas de la vitesse d’écoulement d’un fluide, la connaissance du débit volumique d’un fluide est d’une très grande utilité. À titre illustratif, on sait aujourd’hui que le cœur humain pompe un volume de sang presque égal au contenu d’une canette de soda toutes les 4 secondes. Cela aide dans plusieurs domaines, notamment lors des interventions chirurgicales où l’on doit réaliser une transfusion sanguine. Mais revenons dans le domaine de la plomberie.

Le premier point positif est qu’il permet d’obtenir le confort d’utilisation au point de tirage. La connaissance du débit volumique permet de dimensionner la plomberie et de réguler l’utilisation d’eau ou d’autres fluides. De plus, cette mesure permet d’anticiper sur vos différentes factures. Dans la pratique, la documentation technique (DTU) prévoit un débit volumique de 0,1 L/s. Cette mesure est trois fois plus élevée dans le cadre d’une baignoire, soit 0,33 L/s.

En tout, la connaissance du débit volumique permet de correctement dimensionner le diamètre des tuyaux d’alimentation ou de canalisation. Elle permet de faire la même chose pour les bondes et les canaux d’évacuation d’eaux usées. Par ailleurs, en plomberie, la mesure ou le calcul du débit volumique est essentiel pour réussir les installations domestiques. C’est aussi le cas pour les installations professionnelles, gouvernementales et bien d’autres encore.

Cela confère une maîtrise dans la distribution des eaux propres et usagées. Son importance est également démontrée dans l’installation des systèmes de chauffage. Ce dernier est consacré à la mise en place des pompes circulateurs, des réseaux de chaleur, des radiateurs, etc. Mais ce n’est pas tout. Cette mesure est aussi importante pour les installations de rafraîchissement et de ventilation (circuits d’eau glacée) et dans la mise en place des piscines (chauffage et filtration).

Comment se fait le calcul du débit volumique ?

Aujourd’hui, de plus en plus de fabricants de matériaux de canalisation inscrivent directement sur ces derniers le débit volumique dont ils peuvent faire preuve. Dans le cas où le débit volumique n’est pas lisible sur le matériau, il peut être mesuré à l’aide d’un débitmètre. Un débitmètre est un appareil qui vous permet de mesurer le débit linéaire, non linéaire, massique ou volumétrique d’un fluide. Il est également connu sous l’appellation de capteur de débit.

Il existe plusieurs types de débitmètres sur le marché. Vous rencontrerez des versions mécaniques et électriques du débitmètre. À titre illustratif, les chauffe-eau contiennent chacun un débitmètre électrique. Les machines à laver l’utilisent également pour déterminer le niveau de remplissage nécessaire pour le réservoir. En outre, il ne faut pas confondre le débitmètre avec l’hydromètre. En plus du débit, il permet de mesurer aussi la vitesse ou la force des liquides en mouvement.

La distinction que vous devez faire est que l’hydromètre est uniquement utilisé pour réaliser des mesures sur les corps liquides. Par contre, le débitmètre prend en compte les mesures pour tous les fluides. Comment procède-t-on ? Pour utiliser un débitmètre, il faut juste intercaler ce dernier dans la canalisation concernée. Toutefois, on peut aussi obtenir le débit volumique en mesurant simplement le temps nécessaire à un point d’eau pour remplir un réservoir.

Dans le domaine de la plomberie, le débit volumétrique est proportionnel à la vitesse de circulation de l’eau et au diamètre des tuyaux, raccords et vannes de robinets. Mathématiquement parlant, le débit volumique peut être défini à l’aide d’une formule. Il est obtenu en divisant la quantité (volume) de fluide écoulé par le temps d’écoulement.

DV = V (Volume du fluide écoulé) / T (Temps d’écoulement)

Mais ce n’est pas la seule formule dont on dispose pour calculer le débit volumique. Il existe une seconde formule dans laquelle le débit volumique s’obtient en faisant le produit de la vitesse d’écoulement (vitesse de passage du fluide) par sa section de passage. Voici la formule :

DV = Vitesse d’écoulement (V) x Section de passage (S) = S x V

Dans la grande majorité des cas, les canalisations présentent toutes une conduite circulaire. Ainsi, la section de passage s’obtient grâce à une formule particulière que voici :

S = (π x D²) / 4

Dans cette équation, la grandeur « D » représente le diamètre de la conduite de la canalisation concernée. Dans ces conditions, la formule de calcul du débit volumique en fonction de la vitesse (v) d’écoulement et de la section de passage (S) devient :

S = [(π x D²) / 4] x V

Pour finir, avec les deux formules utilisées pour calculer le débit volumique d’un fluide, on a la relation suivante :

DV = V / T = S x V

À partir de là, on remarque encore une fois de plus la raison pour laquelle la connaissance de la vitesse d’écoulement d’un fluide est importante dans toute installation.

Qu’est-ce que l’incompressibilité des liquides ?

Comme nous l’avons souligné plus haut, il existe plusieurs types de fluide, dont les liquides. Dans le calcul du débit volumique, notez que la plupart des liquides sont quasiment incompressibles. Qu’est-ce que cela signifie ? Voici une explication en prenant comme exemple le lait. L’incompressibilité de ce liquide signifie qu’on peut transvaser un litre de lait dans un récipient donné ayant la même capacité. Par contre, il est impossible d’obtenir le même résultat avec un récipient d’un demi-litre.

Il faut juste retenir que toute portion de liquide qui se déplace dans une canalisation peut changer de forme. Cependant, à la sortie, elle garde toujours le même volume.

Que peut-on retenir du débit volumique ?

En somme, il est primordial de connaître le débit volumique des matériaux destinés à être utilisés dans une installation. Cela vous permettra de dimensionner efficacement les sanitaires et les divers équipements. Par exemple, imaginez que vous ayez prévu dans votre logement une pièce éloignée dans laquelle vous souhaitez installer une salle de bain. Ensuite, vous changez d’avis et décidez d’installer une douche hydromassage à la place de la salle de bain.

Dans ces conditions, il est fort probable que votre projet échoue. En effet, il se peut que le débit du point de tirage s’avère insuffisant. Le débit volumique nécessaire pour les canalisations d’une douche hydromassage n’est pas forcément le même pour une salle de bain classique. Cela dit, il existe une solution pour résoudre votre problème.

Lorsque vous vous retrouvez dans cette situation, la solution consiste à tirer de nouvelles canalisations de section. Cependant, il faut qu’elles aient un débit volumique beaucoup plus important que dans le premier cas. Une autre solution, vous pouvez redimensionner le tuyau d’alimentation des points de tirage en fonction du coefficient de perte en ligne.

Pierre

A propos de l'auteur: Pierre

Je travaille depuis mes 20 ans de le secteur de la construction. J'ai réalisé ma maison moi-même et même un petit moteur d'avion !

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