Comment faire un calcul de dimensionnement en tuyauterie industrielle ?

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En tuyauterie industrielle, le dimensionnement des conduites et des canalisations est fondamental. Cela constitue une partie importante du travail de soudeur et de concepteur de tuyauteries industrielles.

Un bon dimensionnement en tuyauterie industrielle permet notamment d’éviter des surconsommations électriques, des dysfonctionnements ou accidents et limiter des coûts liés à une installation.

En entreprise, la plupart des calculs sont réalisés à partir des normes du CODETI et à l’aide des logiciels de CAO. Dans cet article, découvrez quels sont les éléments à considérer pour réaliser un calcul de tuyauterie avec un exemple en conduite de réseau hydraulique.

Introduction au dimensionnement en tuyauterie industrielle 

Dimensionnement en tuyauterie industrielle : de quoi parle-t-on ?

Sur les chantiers de tuyauterie industrielle, les dimensionnements des conduites, des réseaux et des canalisations se fait selon une réglementation très précise.

On peut être amené à calculer le dimensionnement de tuyauteries, de gainerie, de réseaux vapeur, un angle de tuyauterie ou encore d’équipements spécifiques (pompes ou robinetterie).

Pour ces calculs, il faut s’appuyer sur :

  • Le CODETI (Code de construction des tuyauteries industrielles) : c’est le code de référence dans le domaine de la conception des tuyauteries industrielles. Il donne une méthodologie et une structure dans la création d’éléments. Le CODETI permet de réaliser le dimensionnement des tuyauteries en fonction des impératifs de matériaux, de contrôle et de fabrication. Ce code est édité par le SNCT (Syndicat National de la Chaudronnerie, Tuyauterie et Maintenance industrielle).
  • La réglementation en vigueur pour le métier notamment l’arrêté DESP (Directive européenne des équipements sous pression) ou encore les normes européennes NF-EN-15001-1 et 2.

Dans la pratique quotidienne du métier, les professionnels de la tuyauterie industrielle s’appuient une connaissance de la mécanique des fluides.

Ils peuvent s’aider d’abaques, de fichiers de calcul ou de logiciels CAO qui intègrent les formules pour le calcul de dimensionnement de la tuyauterie.

La méthode théorique de calcul est aussi utilisée en utilisant les formules et théorèmes adaptés (exemples : loi de Darcy,  Équation de Hazen-Williams, théorème de Bernoulli).

💡 Lire aussi : Comprendre le monde de la tuyauterie industrielle (Lien vers article  » Comprendre le monde de la tuyauterie industrielle en 3 minutes »)

Les données à connaître pour le calcul du dimensionnement en tuyauterie industrielle

À noter que le calcul du dimensionnement doit se faire en connaissance des charges élémentaires et de la situation précise dans laquelle on intègre ce calcul. Ces charges et situations sont décrites dans le CODETI.

Il s’agit de :

  • La pression de service
  • La température de service
  • Le couple
  • La pression de calcul
  • La température de calcul
  • Le poids de la tuyauterie et son contenu et sa charge de gravité
  • Les charges climatiques et environnementales
  • Les effets dynamiques du fluide
  • Le mouvement du sol et des bâtiments
  • Les vibrations

Il faut également s’acquitter de la situation normale de service ou des situations occasionnelles de service dans la mesure où ces dernières peuvent avoir un impact sur le dimensionnement. Par exemple, un coup de bélier entrainant des forces dynamiques (situation occasionnelle) devra être examiné.

 

Dimensionnement en tuyauterie industrielle : méthodologie et exemple

La méthodologie du dimensionnement en tuyauterie industrielle

Après avoir pris connaissance des charges élémentaires et de la situation, voici une méthodologie théorique pour le dimensionnement. À adapter selon le type de fluide contenu dans la tuyauterie à dimensionner et selon les informations à disposition sur le cahier des charges.

  • Déterminer le fluide transporté : il va engendrer une classe de dangerosité
  • Calculer la pression (la vitesse) : cela va orienter l’épaisseur du matériau et son diamètre
  • Connaître la perte de charge du fluide : qui correspond à la dissipation de l’énergie mécanique du fluide
  • Connaître les températures : chaque fluide aura une température différente
  • Connaître le process du produit dans la tuyauterie pour le choix des matériaux : acier carbone, acier inoxydable, PEHD, matériaux exotiques…

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Un exemple de dimensionnement avec une conduite hydraulique

Pour estimer les diamètres de conduite de distribution hydraulique, voici les étapes que l’on pourrait envisager :

 

Calcul du débit hydraulique

Le débit d’eau (Q) s’exprime en m3/s ou en rn/L/h. Il correspond à la vitesse de circulation de l’eau.

Il peut se calculer de cette façon :

Q = 6 x S x v

Q = Le débit d’eau

S = La section de passage (en cm ²)

v = La vitesse d’écoulement en m/s

À noter que la vitesse se détermine en fonction du diamètre nominal de la conduite. Par exemple : v = 0,4 m/s pour diamètre ≤ DN20

 

Calcul du diamètre intérieur

Le diamètre intérieur (d) d’un tube se calcule avec la connaissance de la vitesse d’écoulement et du débit précédemment calculé (Q).

Le diamètre intérieur du tube se calcule en fonction du débit d’eau volumique (Q) dans une canalisation et de la vitesse (v). La formule est donc la suivante :

d√x Q)/v

Modifier le diamètre intérieur en fonction du calcul des pertes de charges

Il convient ensuite d’ajuster le diamètre (d) en fonction de la perte de charge (Dp) identifiée dans la conduite. L’approche classique consiste à évaluer les pertes de charges linéaires. On dit que les pertes de charges sont proportionnelles à la longueur du tuyau.

Voici une formule pour le calcul de la perte de charge :

Dp = A x (1/d) x 5 x p x v² x L

Dp = perte de charge linéaire (exprimée en bar)

d = diamètre intérieur de la tuyauterie

P = la masse volumique du fluide (kg/dm3)

v = vitesse d’écoulement

L = la longueur de la tuyauterie

A = Coefficient de frottement

À noter, le coefficient de frottement se calcule à partir du nombre de Reynolds.

Enfin, il conviendra d’apporter une nuance au résultat obtenu en fonction du matériau de la conduite retenu.

En effet, le facteur de rugosité peut influencer la perte de charge. Une rugosité élevée est synonyme d’une plus grande perte de charge. Le cuivre neuf est par exemple moins sujet à la perte de charge que l’acier rouillé.

Vous souhaitez en savoir plus ? N’hésitez pas à contacter notre équipe d’experts.

 

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