Spécialiste de ventilation: Débit, vitesse et pression

Modifié par TiM Vanhove le 3/05/2012

Système de ventilation
Système de ventilation au grenier.
© Ventilair

Comment expliquer en termes simples, les aspects les plus complexes de la ventilation? La relation entre la pression, le débit et la vitesse dans un canal de ventilation est l’une des notions les plus difficiles à comprendre. Andy Camps, notre spécialiste de ventilation, va tenter une explication, avec des mots simples, qui devrait vous permettre d’y voir plus clair.

 

Vitesse et débit, une question de diamètre

Nous allons donc commencer par la notion la plus simple. La relation entre le débit et la vitesse dans un canal est facile à déduire si l’on connaît le diamètre du canal. La surface (ou section) d’un canal de forme ronde se calcule avec la formule pi x d²/4. Pour un canal de 160 mm, cela donne environ 20 100 mm² ou 0,0201 m². Si vous souhaitez ventiler 75 m³/heure par le biais de ce canal, il faudra une vitesse de 1,04 m/s. On peut calculer cette vitesse en divisant 75 m³/ heure par 3 600 secondes/heure. Ce qui donne 0,02083 m³/seconde. Par conséquent, la vitesse dans le canal de 160 mm de diamètre est égale à 0,02083 m³/seconde divisés par 0,0201 m². Ce qui donne 1,04m/s.

Si ce même canal présente un débit de par exemple 285 m³/h il aura une vitesse de 3,94 m/s. Comme tout le monde n’aime pas faire ce genre de calcul, on utilise plutôt des graphiques pour y représenter la vitesse. Le graphique ci-après représente le calcul effectué pour calculer la vitesse dans l’exemple qui précède.

Grafiek ventilatiedebiet

Sur ce graphique, les lignes verticales en bleu représentent les diamètres des gaines spiralées le plus couramment utilisées.

 

Si on passe d’un grand diamètre à un petit diamètre = la vitesse augmente = la pression augmente

On entend souvent parler de la pression ou de la perte de pression dans un réseau de canaux. La bonne manière pour évoquer la pression et la vitesse dans les canaux de ventilation c’est en appliquant le théorème de Bernoulli sur la comparaison. Bien que cette comparaison existe sous plusieurs variantes, le principe consiste à comparer deux points de pression sur un même canal.
La pression dans un canal (qui se mesure également) est induite par deux éléments. D’une part la pression statique et d’autre part, la pression dynamique. La pression dynamique est générée par le déplacement d’air à l’intérieur du canal. Cette pression est égale à 0,602 fois la vitesse au carré.
Le carré de la vitesse est très important. En doublant la vitesse, la pression dynamique deviendra 4 fois plus forte. Cette pression quadruplée doit être fournie par le ventilateur, ce qui coûte beaucoup plus d’énergie.
Quand on passe d’un grand diamètre à un diamètre plus petit, la pression (dynamique) augmente dans le rétrécissement du canal. Après le rétrécissement du diamètre, c’est la vitesse qui augmente (pour un débit équivalent).

 

Et le frottement alors?

Malheureusement, il reste un élément de la comparaison selon le théorème de Bernoulli qui n’a pas encore été mentionné dans l’exemple qui précède. Il s’agit des pertes par frottement dans le canal. Quand l’air se déplace dans un canal, on a une résistance qui se manifeste contre le déplacement d’air, due au frottement.

Les pertes de pression par frottement dans les canaux se calculent selon la formule: f x L x rho x v² / 2 x d. L étant dans ce cas la longueur du canal (en mètres), rho, la densité de l’air (+/- 1,204kg/m³), d, le diamètre du canal (en mètres!) et f, le coefficient de frottement. Le facteur de frottement dépend de la rugosité du canal. Cette information se retrouve dans plusieurs tableaux. Il est cependant beaucoup plus important de tenir à l’œil le paramètre v (la vitesse en m/s) dans cette comparaison. On a de nouveau une vitesse au carré. Cela signifie que quand la vitesse est doublée, les pertes par frottement sont 4 fois plus grandes.

Comme ces explications (surtout les formules) ne sont pas évidentes pour tout le monde, on représente aussi les pertes de pression dans les canaux par des graphiques. Le mieux (et le plus sûr) est d’utiliser les graphiques fournis par les fabricants. La figure ci-dessous est un exemple de graphique d’une gaine spiralée de forme ronde.

Grafiek spiraalkoker

Ce graphique démontre que la perte de pression dans un canal de 160 mm pour un débit de 300m³/heure équivaut à 1,5Pa/mètre. Donc, si vous utilisez 4 mètres de ce canal, la pression qui devra être produite par le ventilateur devra être équivalente à au moins 6 Pascal. Ce dernier graphique permet aussi de lire la vitesse.

 

Tout dans un canal de ventilation provoque des pertes de pression

Coudes, pièce en T et silencieux génèrent tous une perte de pression. Généralement, la baisse de pression pour ces pièces est calculée d’une autre manière, mais le principe reste le même: plus le diamètre est petit, plus la vitesse et la perte de pression augmentent pour un débit équivalent.
On peut donc conclure de cette relation entre le débit, la pression et la vitesse qu’il faut privilégier les diamètres de grand format pour éviter les chutes de pression.
 

Auteur: Andy Camps - Luchtwinkel.be - novembre 2010

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