Calcul du diamètre, de la capacité et des paramètres hydrauliques des conduites d'eau
Le calculateur de conduites d'eau est conçu pour calculer les paramètres hydrauliques de base des systèmes de canalisations. L'outil vous permet de déterminer le diamètre optimal du tuyau, le débit, la perte de charge et d'autres caractéristiques importantes pour la conception des systèmes de plomberie.
Le calculateur utilise des formules hydrauliques éprouvées et des méthodes de calcul qui prennent en compte tous les paramètres du système : diamètre du tuyau, débit d'eau, vitesse d'écoulement, matériau du tuyau, rugosité de la surface, viscosité du fluide et régime d'écoulement. Cela vous permet d'obtenir des résultats précis pour la conception de systèmes de plomberie de toute complexité.
Examinons des exemples pratiques de calcul des paramètres des conduites d'eau pour divers cas d'utilisation :
Alimentation en eau pour une maison privée avec un débit de 50 l/s
Входные данные:
Débit : 0,05 m³/s (50 l/s)
Vitesse : 2 m/s
Matériel: PPR
Longueur : 50 mРасчёт:
D = √(4×0,05/π×2) = √(0,2/6,28) = √0,032 = 0,18 m = 180 mm
Arrondi à la norme : 200 mm
Contrôle de vitesse : V = 4Q/(πD²) = 1,59 m/s (normal)Результат:
Diamètre : 200 mm, Vitesse : 1,59 m/s
Тип:
Maison privée
Le diamètre standard pour les bâtiments résidentiels est de 15 à 25 mm, mais pour l'autoroute, nous utilisons 200 mm
Vérification de la capacité d'un tuyau de 150 mm
Входные данные:
Diamètre : 150 mm (0,15 m)
Vitesse : 1,5 m/s
Matériel: Acier
Longueur : 100 mРасчёт:
Superficie en coupe : A = π×0,15²/4 = 0,0177 m²
Débit : Q = A×V = 0,0177×1,5 = 0,0265 m³/s
Q = 26,5 l/s = 95,4 m³/hРезультат:
Débit : 26,5 l/s (95,4 m³/h)
Тип:
Tuyau existant
De quoi approvisionner en eau un petit bâtiment
Calcul de la perte de charge dans un système d'alimentation en eau de 200 m
Входные данные:
Longueur : 200 m
Diamètre : 100 mm
Débit : 0,02 m³/s (20 l/s)
Matériau : Plastique (rugosité 0,0015 mm)Расчёт:
Vitesse : V = 4×0,02/(π×0,1²) = 2,55 m/s
Re = 1 000 × 2,55 × 0,1/0,001 = 255 000
Coefficient de frottement : λ = 0,016
Pertes : ΔP = 0,016×(200/0,1)×(1000×2,55²/2) = 0,104 barРезультат:
Perte de pression : 0,104 bar
Тип:
Long pipeline
Pertes dans des limites acceptables pour les tuyaux en plastique
Comparaison des tuyaux en acier et en plastique
Входные данные:
Diamètre : 100 mm
Longueur : 100 m
Débit : 0,01 m³/s
Acier : rugosité 0,045 mm
Plastique : rugosité 0,0015 mmРасчёт:
Scort : V = 1,27 m/s
Stal : Re = 127 000, λ = 0,025, ΔP = 0,2
Plastique : Re = 127 000, λ = 0,018, ΔP = 0,14Результат:
Acier : 0,2 bar, Plastique : 0,14 bar
Тип:
Comparaison des matériaux
Les tuyaux en plastique ont des pertes 30 % inférieures
Plomberie pour un immeuble de 10 étages
Входные данные:
Débit : 0,3 m³/s (300 l/s)
Vitesse : 2,5 m/s
Matériel: Acier
Longueur : 500 m
Nombre d'étages : 10 étagesРасчёт:
D = √(4×0,3/π×2,5) = √(1,2/7,85) = √0,153 = 0,39 m = 390 mm
Course : 400 mm
Vérification : V = 4×0,3/(π×0,42) = 2,39 m/sРезультат:
Diamètre : 400 mm, Vitesse : 2,39 m/s
Тип:
Immeuble à plusieurs étages
Grand diamètre requis pour un débit élevé
Pipeline pour système de chauffage
Входные данные:
Débit : 0,08 m³/s (80 l/s)
Vitesse : 1,8 m/s
Matériel: Cuivre
Longueur : 150 m
Température : 80°CРасчёт:
D = √(4×0,08/π×1,8) = √(0,32/5,65) = √0,057 = 0,24 m = 240 mm
Arrondi : 250 mm
A 80°C : 15% de perte en moinsРезультат:
Diamètre : 250 mm, Vitesse : 1,63 m/s
Тип:
Système de chauffage
La température élevée réduit la viscosité et les pertes
Le calcul est basé sur les lois de l'hydraulique et comprend :
Notre calculateur de conduite d'eau offre de nombreux avantages :
Le calculateur utilise des formules hydrauliques éprouvées et prend en compte tous les facteurs : diamètre, débit, vitesse, matériau, rugosité et conditions d'écoulement pour les résultats les plus précis.
Un calcul correct du diamètre permet de choisir le tuyau optimal et d'éviter le gaspillage de matériaux, ce qui réduit considérablement le coût du projet.
Connaissant à l'avance le diamètre requis et la perte de charge, vous serez en mesure de concevoir correctement le système, en évitant les erreurs d'installation.
Une interface simple et des calculs rapides vous permettent d'obtenir toutes les données nécessaires en quelques secondes sans calculs ni formules complexes.
Pour sélectionner et calculer correctement les conduites d'eau, il est important de prendre en compte de nombreux facteurs qui affectent le fonctionnement du système.
Le diamètre du tuyau est choisi en fonction du débit d'eau requis, du débit admissible et de la perte de charge. Pour les bâtiments résidentiels, on utilise généralement des tuyaux d'un diamètre de 15 à 25 mm, pour les installations industrielles - jusqu'à 200 mm ou plus. Utilisez la formule D = √(4Q/πV), où Q est le débit (m³/s), V est la vitesse (m/s).
La capacité de débit dépend du diamètre du tuyau, du matériau, de la rugosité de la surface interne, de la viscosité du fluide, de la température et du régime d'écoulement (laminaire ou turbulent). Plus le diamètre est grand et plus la rugosité est faible, plus le débit est élevé.
La perte de charge est calculée à l'aide de la formule de Darcy-Weisbach : ΔP = λ × (L/D) × (ρV²/2), où λ est le coefficient de frottement, L est la longueur du tuyau, D est le diamètre, ρ est la densité, V est la vitesse. Les résistances locales (raccords, raccords) sont également prises en compte, qui augmentent les pertes de 20 à 30 %.
Le mode laminaire (Re < 2300) se caractérise par un écoulement fluide fluide avec de faibles pertes d'énergie. Le mode turbulent (Re > 4 000) se produit à des vitesses élevées et se caractérise par un mouvement vortex avec des pertes de charge accrues, mais un débit plus stable.
Le choix du matériau dépend des conditions d'exploitation. Les tuyaux en plastique (PVC, PPR) conviennent à l'eau froide et présentent de faibles pertes de charge. Métal-plastique - pour eau chaude, tuyaux en cuivre - pour systèmes de chauffage, acier - pour hautes pressions et systèmes industriels.
Le débit est calculé à l'aide de la formule : Q = A × V = πD²V/4, où A est la section transversale, V est la vitesse d'écoulement, D est le diamètre du tuyau. Par exemple, pour un tuyau d'un diamètre de 100 mm à une vitesse de 2 m/s : Q = π×0,1²×2/4 = 0,0157 m³/s = 15,7 l/s.
La vitesse d'écoulement optimale pour l'approvisionnement en eau est de 1,5 à 2,5 m/s. Une vitesse inférieure à 1 m/s peut entraîner une stagnation et une sédimentation ; une vitesse supérieure à 3 m/s augmente la perte de charge et le bruit dans le système.
La rugosité de la surface intérieure du tuyau affecte directement le coefficient de frottement et la perte de charge. Les tuyaux en plastique ont une rugosité de 0,0015 à 0,007 mm, en acier de 0,03 à 0,05 mm, en fonte de 0,1 à 0,3 mm. Plus la rugosité est élevée, plus la perte de pression est importante.
Le nombre de Reynolds est calculé par la formule : Re = ρVD/μ, où ρ est la densité du liquide (1000 kg/m³ pour l'eau), V est la vitesse d'écoulement (m/s), D est le diamètre du tuyau (m), μ est la viscosité dynamique (0,001 Pa.s pour l'eau). Re < 2300 - mode laminaire, Re > 4000 - turbulent.
La perte de pression admissible dans le système d'alimentation en eau ne doit pas dépasser 0,2 à 0,3 bar par 100 m de longueur pour un fonctionnement normal du système. Pour les systèmes équipés d'une pompe, les pertes peuvent être plus élevées, mais ne doivent pas dépasser 0,5 bar par 100 m.
Pour un immeuble à plusieurs étages, le diamètre est choisi en fonction de la consommation totale de tous les appartements. Généralement, des tuyaux d'un diamètre de 50 à 100 mm sont utilisés pour la colonne montante et de 100 à 200 mm pour la conduite principale. Le calcul est effectué en tenant compte du débit de pointe et de la vitesse d'écoulement de 2 à 2,5 m/s.
Oui, la température de l’eau affecte la viscosité et la densité du liquide. L'eau chaude (80-90°C) a une viscosité plus faible (0,0003 Pa.s) et une perte de charge inférieure de 15 à 20 % par rapport à l'eau froide (20°C). Pour les systèmes de chauffage, il est important d’en tenir compte.
Le coefficient de frottement dépend du régime d'écoulement. Pour un flux laminaire : λ = 64/Re. Pour un écoulement turbulent, on utilise la formule de Blasius : λ = 0,316/Re^0,25 ou la formule de Colebrook-White pour prendre en compte la rugosité : 1/√λ = -2log(ε/(3,7D) + 2,51/(Re√λ)).
Les résistances locales comprennent les raccords (coudes, tés), les vannes, les robinets, les vannes, les filtres. Chaque élément augmente la perte de pression de 5 à 15 % de la pression dynamique. Pour des calculs précis, des coefficients de résistance locaux ξ sont utilisés.
Pour un système de chauffage, le diamètre est choisi en fonction de la charge thermique et de la différence de température. En règle générale, des tuyaux d'un diamètre de 20 à 40 mm sont utilisés pour une maison privée et de 50 à 150 mm pour une maison à plusieurs étages. Il est important de prendre en compte la faible viscosité de l’eau chaude.
La pression requise de la pompe est calculée comme la somme de la hauteur de levage géométrique, de la perte de charge dans la canalisation et de la résistance locale, plus une marge de 10 à 15 %. H = Hgeom + ΔP/ρg + Nlocal + Nréserve. Pour un immeuble résidentiel, une hauteur de chute de 30 à 50 m est généralement requise.
Oui, mais il est important de choisir le bon type de plastique. Les tuyaux en polypropylène (PPR) avec renfort conviennent pour l'eau chaude jusqu'à 95°C. Les tuyaux en polyéthylène (PE) et en PVC ne conviennent pas à l'eau chaude : ils se déforment à des températures supérieures à 60°C.
Pour une maison privée, le diamètre est calculé en fonction du nombre de points d'eau et du débit de pointe. Généralement, des tuyaux d'un diamètre de 15 à 25 mm sont utilisés pour les dérivations et de 25 à 32 mm pour la conduite principale. Pour un débit de 0,05 m³/s (50 l/s) et une vitesse de 2 m/s, un diamètre d'environ 180 mm est nécessaire pour la conduite.
Formules de base : équation de continuité Q = A×V, formule de Darcy-Weisbach pour la perte de charge, nombre de Reynolds Re = ρVD/μ, formule de Hazen-Williams pour des calculs rapides : V = 0,849C×R^0,63×S^0,54, où C est le coefficient de rugosité.
Il est recommandé de choisir un diamètre avec une marge de 10 à 15 % de la valeur calculée. Cela compense les pertes de raccords, les blocages possibles, les futures augmentations de charge et garantit un fonctionnement stable du système dans des conditions de fonctionnement non standard.
Le diamètre interne (Din) est le diamètre de la section d'écoulement du tuyau, utilisé pour les calculs hydrauliques. Diamètre extérieur (Dout) - la taille externe du tuyau prend en compte l'épaisseur de la paroi. Pour les calculs, le diamètre intérieur est toujours utilisé : Din = Dout - 2×S, où S est l'épaisseur de la paroi.
Dans un système à branches parallèles, la perte de charge dans chaque branche est la même, mais le débit est réparti proportionnellement à la résistance. Pour les sections successives, les pertes sont additionnées. Utilisez le principe de longueur équivalente ou la méthode d’équilibrage des coûts.
Diamètres standards des conduites d'eau : 15, 20, 25, 32, 40, 50, 63, 75, 90, 110, 125, 140, 160, 200, 250, 315, 400 mm. Pour tubes en acier : 15, 20, 25, 32, 40, 50, 65, 80, 100, 125, 150, 200 mm. Le diamètre est choisi en fonction du débit et du débit.
La perte de charge est proportionnelle à la longueur du pipeline selon la formule de Darcy-Weisbach. Pour chaque 100 m de longueur dans des conditions standard, 0,1 à 0,3 bar de perte sont ajoutés. Par conséquent, il est important de minimiser la longueur du pipeline et d’utiliser des sections droites sans coudes.
Le débit est calculé comme la somme des débits de tous les points de prélèvement d'eau en tenant compte du facteur de simultanéité. Pour les bâtiments résidentiels, le coefficient de simultanéité est de 0,6 à 0,8. Consommation d'un point : robinet - 0,2 l/s, toilettes - 0,1 l/s, douche - 0,15 l/s, lave-linge - 0,3 l/s.
Les tuyaux en acier ont des pertes de charge 30 à 50 % plus élevées que les tuyaux en plastique en raison d'une plus grande rugosité (0,045 mm contre 0,0015 mm). Dans les mêmes conditions, un tuyau en plastique d'un diamètre de 100 mm présente une perte de 0,14 bar, un tuyau en acier de 0,2 bar pour 100 m de longueur.
Pour un puits, le diamètre est choisi en fonction du débit du puits et du débit requis. Habituellement, des tuyaux d'un diamètre de 25 à 50 mm sont utilisés pour les puits privés et de 100 à 200 mm pour les puits industriels. Il est important de prendre en compte les pertes dans la conduite d'aspiration et la pression requise de la pompe.
La pente hydraulique est calculée comme le rapport entre la perte de charge et la longueur de la canalisation : i = ΔH/L = (λ×V²)/(2g×D), où ΔH - perte de charge (m), L - longueur (m), λ - coefficient de frottement, V - vitesse (m/s), g - accélération gravitationnelle (9,81 m/s²), D - diamètre (m).
Le choix du diamètre est influencé par : le débit d'eau requis, la vitesse d'écoulement admissible (1,5-2,5 m/s), la perte de charge admissible (0,2-0,3 bar pour 100 m), le matériau du tuyau, la longueur du tuyau, le nombre de points d'eau, le débit de pointe, la présence d'une pompe et ses caractéristiques.
L'exactitude du calcul est vérifiée : la vitesse d'écoulement doit être comprise entre 1,5 et 2,5 m/s, la perte de charge ne doit pas dépasser 0,2-0,3 bar pour 100 m, le nombre de Reynolds doit correspondre au régime d'écoulement, le diamètre doit être de la plage standard, le débit doit correspondre à celui requis.
Pour un système d'extinction d'incendie, le diamètre est calculé en fonction du débit d'eau requis pour éteindre l'incendie (généralement 5 à 10 l/s par point) et du nombre de points simultanément. Utilisez des tuyaux d'un diamètre de 65 à 150 mm pour la conduite principale et de 50 à 80 mm pour les dérivations. Il est important d'assurer une pression suffisante.
La formule de base pour calculer le diamètre : D = √(4Q/πV), où Q est le débit (m³/s), V est la vitesse (m/s). Pour vérifier, utilisez la formule de débit : Q = πD²V/4. Pour la perte de charge : ΔP = λ×(L/D)×(ρV²/2). Le diamètre est arrondi à la valeur standard la plus proche.