2.6. ETUDE DES PRESSIONS MISES EN JEU

2.6.1. Expérimentation

L'air est mis en mouvement dans une conduite, de façon continue et stable par un organe moteur qui est le ventilateur. Ce ventilateur, par la rotation de sa turbine, refoule l'air sur l'une de ces faces et crée un appel d'air sur l'autre (Figure 11). Cette action peut être prolongée par des conduites qui, réunissant deux points, permettent un mouvement continu de l'air entre ces deux points.

Nous avons vu précédemment quels sont les obstacles qui, généralement, freinent l'air dans les conduites.

Pour une meilleure compréhension des phénomènes, commençons par raisonner sur un dispositif expérimental simplifié qui permet de réaliser artificiellement les divers freinages rencontrés dans la pratique et d'analyser leur incidence.

De part et d'autres du ventilateur sont aménagées deux chambres de mesures. Ces chambres peuvent recevoir différents types d'obturations.

Lorsque les orifices ne sont masqués par aucun obstacle on constate que les pressions statiques sont pratiquement identiques et nulles de chaque coté du ventilateur. Selon la position (aspiration ou soufflage) et selon les ouvertures de la plaque d'obturation (voir Figure 12) on notera une dépression ou une pression par rapport à la pression atmosphérique.

Des résultats comparables seraient obtenus en plaçant les tuyauteries à l'entrée de la chambre D ou à la sortie de la chambre S (Figure 12).

Figure 12
Dispositif expérimental permettant de réaliser artificiellement divers freinages de l'air
et d'analyser les conséquences en pressions statiques

2.6.2. Notion de perte de charge

Nous avons vu que le mouvement de l'air s'établissait entre deux points lorsque la pression de l'air entre ces deux points était différente. Il en résulte que l'on doit s'attendre, si l'on effectue diverses mesures de pressions statiques en plusieurs points échelonnés sur une installation de transport pneumatique, à ce que les pressions mesurées aillent en décroissant au fur et à mesure qu'on s'éloigne du côté du refoulement, par exemple du ventilateur, pour s'approcher de la bouche de sortie (Figure 12).

La pression statique en A devra maintenir le débit d'air sur l'ensemble des pressions statiques comprises entre A et S. De même, la pression au point B maintient le débit d'air requis contre l'ensemble des freinages qu'il subit entre B et S. Donc l'air qui s'écoule entre le point B et la sortie S subit sensiblement moins d'action de freinage que celui qui s'écoule entre A et S.

La différence des pressions statiques entre les points A et B est appelée perte de charge entre A et B.

Ainsi pour l'étude de la pression nécessaire, sous laquelle devra fonctionner le ventilateur à installer pour fournir le débit d'air requis, il sera nécessaire de décomposer l'installation en tronçons élémentaires pour lesquels la perte de charge est facile à calculer.

2.6.3. Pression dynamique et pression totale dans les conduites en dépression et en surpression

La pression dynamique, nous l'avons vu, résulte exclusivement de la vitesse de l'air ; ainsi, si la mesure est faite avec le tube de PITOT bien dirigé à l'encontre du mouvement d'air, la pression dynamique sera toujours positive, que la conduite soit en surpression ou en dépression.

Une pression ne peut naturellement jamais être négative. Mais en aspiration, on convient d'appeler pression négative une pression inférieure à la pression atmosphérique et on représente, dans ce cas la pression par un nombre négatif.

Dans les conduites en dépression, la pression totale, somme algébrique de la pression statique négative et de la pression dynamique positive, est toujours négative. Le relevé des pressions totales effectué sur toute la longueur d'une installation d'aspiration de sciures et copeaux se présente comme sur la figure 13 ci après.

Ces différents renseignements sont concentrés sur le graphique de la figure 14 représentant schématiquement une installation d'aspiration et de refoulement et l'allure générale des courbes indiquant les différents points correspondants de l'installation.

Cette courbe est purement schématique.

Figure 13
Relevé des pressions statiques et dynamiques sur toute la longueur d’une installation

Figure 14
Présentation graphique des courbes de pression

2.6.4. Conversion de la pression statique et de la pression dynamique

Les lois de cette conversion ont été énoncées par BERNOUILLI sous la forme du théorème suivant : en l'absence de pertes ou de gain d'énergie, la perte de charge en un point d'une conduite est égale à la charge en n'importe quel autre point.

La charge en un point est égale à la somme de la pression statique, de la pression dynamique et de la charge potentielle due à la masse du fluide se trouvant au dessus du niveau du point considéré.

Plus simplement, pour des points situés au même niveau, on dira que la pression totale, en l'absence de pertes ou de gain d'énergie en un point d'une conduite, est égale à la pression totale en n'importe quel autre point.

2.6.5. Application :

Soit une tuyauterie horizontale présentant un certain point "y" étranglement ( Figure 15) ; celui-ci est la cause d'une vitesse plus élevée en "y" qu'en "x". La pression statique et la pression dynamique, respectivement mesurées au point "x" sont de 450 et 350 Pa. La pression totale résultante est de 800 Pa. Par suite, si la pression dynamique prévisible en "y" et "z" est respectivement de 600 et 400 Pa, la pression statique en ces points sera respectivement de 800-600=200 Pa et 800–400=400 Pa.

Dans les conduites de sections uniformes où l'on considère que la vitesse est constante, la perte de charge entre deux points et qui représente l'énergie dissipée pour vaincre les obstacles placés entre ces deux points et égale à la différence des pressions statiques. On pourrait également faire la différence de pression totale, ce qui revient au même puisque la pression dynamique ne varie pas.

Perte de charge   

Figure 15
Mesures des pressions sur une conduite présentant un étranglement

Le théorème de BERNOUILLI se rapporte à des cas d'espèces où il se produit une modification de la vitesse de l'air donc de la pression dynamique.

Puisque la conversion on le sait n'est pas parfaite et qu'il se produit une perte d'énergie, les pressions totales aux points "x" et "y" vont être différentes contrairement à ce que la figure 15 indique, qui elle, est représentative d'une conversion parfaite.

La différence H_t représente la perte de charge entre les points "x" et "y".

On peut ainsi généraliser la détermination de pertes de charge entre deux points d'un circuit comme étant égale à la différence de pressions totales entre ces deux points. Ceci est fondamental car c'est cette information qui en finale va permettre de calculer la puissance nécessaire du ventilateur pour assurer le débit requis sous les contraintes dues à la configuration des circuits aérauliques.

La puissance totale sous laquelle devra débiter le ventilateur est égale à la somme de pertes de charge relevées tout au long de circuits en dépression, depuis la prise de déchets et en pression jusqu'à la séparation de l'air de transport et des particules.