Perte de charge

La friction de l'air dans le tuyau (pressure drop) · OM3-FT-021

Du compresseur au point d'utilisation

air en mouvementcadrans 0 à 200 psi (0 à 13,8 bar)cible 10 %

Pression le long du tuyau

psi à gauche, bar à droite

Ce que montre le simulateur

    Sources et méthode

    Le simulateur calcule comme le calculateur onyxm3.com. Les valeurs de référence viennent du CAGI, du DOE et des fabricants.

    Calcul

    Équation de Darcy-Weisbach, facteur de friction de Swamee-Jain (forme explicite de Colebrook) : la même méthode et les mêmes constantes que le calculateur onyxm3.com (Perte de charge, Dimensionnement tuyauterie, Planificateur de réseau).

    Δp = f · (L / D) · ρ · V² / 2f : friction · L : longueur · D : diamètre intérieur · ρ : masse volumique de l'air · V : vitesse

    Le flux massique est constant le long du tuyau, donc la friction aussi; la perte par pied monte à mesure que la pression baisse. Le simulateur l'intègre sur la longueur :

    p(x)² = p₀² − 2 · K · xK = f · G² · ps / (2 · ρs · D), avec G le flux massique et ps, ρs l'air dans les conditions de référence

    Le site calcule en un seul pas : même résultat tant que la perte reste faible (écart de 0 à 3 % sous 10 % de perte, 9 % à 17 % de perte).

    • Air : 1,188 kg/m³ sous 14,5 psia (1 bar); viscosité 1,81 × 10⁻⁵ Pa·s; pression absolue = psig + 14,7.
    • Rugosité : acier Sch 40 0,09 mm; aluminium EQOfluids 0,0015 mm; boyau 0,01 mm (caoutchouc lisse, valeur typique).

    Vérification

    Contre le calculateur onyxm3.com, 8 cas en acier et en aluminium : écart de +0,3 % à +9 %, le simulateur étant toujours le plus prudent. Contre la table CAGI 4.7 (Compressed Air & Gas Handbook, chap. 4, 2021; 100 psi (6,9 bar), 1000 pi, acier Sch 40 propre) : écart de −5 % à 0 % sur 14 points.

    Cas (1000 pi, 100 psi)CAGI 4.7Simulateur
    40 pi³/min, acier 1 po4,45 psi4,27 psi
    150 pi³/min, acier 1 1/2 po6,43 psi6,15 psi
    500 pi³/min, acier 2 po19,2 psi19,0 psi

    Raccords et diamètres

    Le simulateur ne compte que le tuyau droit. Sur un réseau réel, chaque raccord ajoute une longueur équivalente de tuyau : coude 90° fileté 30 D, té sortie de côté 60 D (CAGI tab. 4.15); robinet à bille passage intégral 12 D, clapet anti-retour 80 D (Atlas Copco fig. 3:37).

    Diamètres intérieurs : aluminium EQOfluids DN20 à DN160, valeurs du calculateur onyxm3.com (18,0 · 22,8 · 29,6 · 37,4 · 47,0 · 59,4 · 85,2 · 104,0 · 132,4 · 151,4 mm); acier Sch 40 (CAGI tab. 4.15, ASME B36.10); boyaux : diamètre nominal, sans les raccords rapides.

    Cibles

    • Perte entre le compresseur et le point d'utilisation : au plus 10 % de la pression de refoulement, filtres, sécheur et boyaux compris (CAGI chap. 4; DOE Improving Compressed Air System Performance, fiche 4 : « bien moins de 10 % »). Atlas Copco vise 0,1 bar (1,5 psi) pour la tuyauterie fixe seule.
    • Vitesse en distribution : au plus 30 pi/s (9 m/s) (CAGI chap. 4).
    • Énergie : chaque 2 psi (0,14 bar) de pression en plus au compresseur = environ 1 % d'énergie (CAGI, DOE, Kaeser).

    Plafond du débit

    Le débit d'une ligne est limité à la valeur qui fait perdre 40 % de la pression absolue au départ, limite de validité des formules simplifiées d'écoulement de gaz (Crane, Flow of Fluids, TP-410). Au-delà, la ligne ne peut plus livrer le débit demandé avec une pression utile; les cadrans montrent l'état au plafond.

    Simulation

    Les cas de démonstration sont fictifs et servent à montrer la méthode. Tuyau propre, débit constant, air à 20 °C (68 °F). Outil de formation Onyx M3 : pour un projet, la référence reste les données du fabricant de la tuyauterie et des équipements.