Qu'est-ce que la perte de friction?
La perte de friction dans la conduite est une mesure ou un calcul de la perte de débit ou de pression due à l'interaction du fluide avec les parois de la conduite. Ces pertes doivent être déterminées pour les systèmes de tuyauterie, car les pompes doivent être spécifiées avec suffisamment de puissance pour compenser les pertes et fournir des débits adéquats. La perte de friction varie en fonction des matériaux, de la longueur et du débit ou de la vitesse du liquide.
Les systèmes de tuyauterie sont constitués de sections droites ou courbes de tuyaux, de raccords, de vannes et d’autres raccords. À mesure que le système augmente en longueur et en complexité, les fluides qui le traversent interagissent avec les parois du tuyau et divers raccords, créant une traînée. Une traînée excessive entraînera éventuellement une perte de débit chez le client ou la destination si elle n'est pas surmontée par une puissance de pompage accrue.
Les matériaux utilisés dans les tuyaux varient considérablement, de la fonte au plastique, et chaque type présente une rugosité particulière sur les parois intérieures. Les fabricants de tuyaux publient des tableaux indiquant la perte de friction attendue par longueur de tuyau pour différents matériaux et diamètres de tuyau, le diamètre mesurant la distance à travers la surface intérieure du tuyau. Un facteur de rugosité mesuré ou estimé est utilisé lors du calcul de la perte de charge par frottement, les tuyaux en fer non finis ayant un facteur de rugosité supérieur à celui des tuyaux en plastique lisse.
Les tableaux de perte de friction indiquent les valeurs de pieds de charge d'eau par 100 pieds de conduite (la même valeur est exprimée en mètres), car la puissance de la pompe et la puissance requise sont normalement dimensionnées en pieds d'eau. Cette valeur estime combien de pieds verticaux une pompe peut pousser de l'eau avec une taille de moteur donnée, ce qui permet aux concepteurs d'associer directement la puissance de la pompe à un système de canalisation. L'effet de la perte de charge augmente avec la longueur du système et le nombre de raccords et de sections courbes, et ne peut être réduit qu'en utilisant un tuyau plus lisse, mais ne peut pas être éliminé.
Les pertes augmentent également à mesure que la vitesse du fluide augmente dans le tuyau. Augmenter la pression du système est une meilleure solution que d’augmenter les débits. C’est pourquoi les réseaux d’approvisionnement en eau municipaux utilisent des châteaux d’eau surélevés. Le maintien d'un approvisionnement en eau dans un réservoir surélevé fournit non seulement de l'eau supplémentaire pour les périodes de forte demande, mais il maintient également une pression plus constante pour surmonter les pertes du système.
La perte de friction est importante dans tous les systèmes de tuyauterie commerciaux, car une traînée plus élevée équivaut à des coûts de pompage plus élevés. Dans certaines applications, une capacité de pompage adéquate est essentielle, comme la lutte contre l'incendie. Un camion de pompier doit fournir de grandes quantités d'eau à travers de longues sections de tuyau, souvent jusqu'aux étages supérieurs d'un bâtiment. À mesure que la demande en eau augmente, le camion pompe doit fournir une pression adéquate aux buses pour maintenir la capacité de lutte contre les incendies. Les buses de tuyau sont conçues comme des tubes longs et minces, car elles convertissent la pression du tuyau en un débit élevé au niveau de la buse sans nécessiter de vitesses élevées dans le tuyau.
L'air est également un fluide et des pertes de friction se produisent dans les systèmes de chauffage et de climatisation lorsque l'air circule dans les conduits qui se connectent à différentes pièces. Les concepteurs de systèmes utilisent des calculs de perte de charge pour déterminer la puissance du ventilateur nécessaire à un flux d'air adéquat dans les bâtiments. Un dimensionnement inadéquat des ventilateurs et des conduits peut entraîner une mauvaise circulation de l'air dans certaines zones d'une maison ou d'un bâtiment, ou un chauffage ou une climatisation inadéquat aux étages supérieurs d'un bâtiment à plusieurs étages.