TP Hydraulique en charge - pertes de charges

Travaux expérimentaux d’hydraulique en charge

Commencez le TP en ligne

Professeur Gilles Belaud

Création : Fabien Roudil - Assistant Ingénieur Halle HydrauliqueLina Fantin -Equipe Tice Montpellier SupAgro

Avant de commencer...

Voici quelques conseils ....

Ce TP se déroule en plusieurs temps. Il vous suffit de vous laisser guider en cliquant sur les boutons et/ou éléments intereactifs.

Si vous avez un problème, n'hésitez pas à me contacter par mail gilles.belaud@supagro.fr

Attention ! Si à un moment donné vous devez quitter le TP avant la fin, vous risquez de recommencer tout depuis le début. Pensez aussi à sauvegardez vos mesures à la fin du TP car vous aurez un document à compléter sur un fichier externe.

Bon travail ! 🙂

Afin d'améliorer le confort de navigation du TP, je vous conseille d'utiliser une version à jour Google Chrome.

Questionnement 2

Objectifs

Questionnement 1

Halle hydraulique

Dispositif de travail

Présentation

Questionnement 3

Questionnement 4

Mesures tronçon haut

Mesures tronçon bas

Présentation

Objectifs

Visualisation de l'installation

Pertes de charges en conduite

0bjectif secondaire :

Comparer et analyser les valeurs théoriques et expérimentales des coefficients de perte de charge

Comprendre la notion de charge hydraulique
Visualiser les pertes de charges
Comprendre ce qui explique ces pertes de charge
Caractériser l'effet des singularités (coudes, vanne, élargissement, rétrécissement, ...) dans un circuit en charge
Interpréter les données et quantifier les pertes de charges en fonction des variables mesurables sur une conduite : sa longueur, son diamètre, sa rugosité (selon le type de matériau), type de singularité, son débit

Charge hydraulique

Qu'est ce qu'une charge hydraulique dans un réseau ?

Le poids de l'eau dans le réseau de canalisation

La tension de l'eau dans le réseau de canalisations

La densité d'énergie mécanique contenue dans un fluide

Ce n'est pas la bonne réponse

Nouvel essai

Bien joué, voici l'explication !

Affichez la suite

Solution

Info

La charge hydraulique représente la densité d’énergie mécanique contenue dans un fluide. Elle peut s’exprimer en :

J/m³, c’est-à-dire en Pascals,
en J/kg ou en Joules par unité de poids, c’est-à-dire en mètres.

C’est cette dernière définition qui est la plus utilisée en pratique. La charge hydraulique correspond en fait à l’altitude que pourrait atteindre le fluide si toute son énergie était convertie en énergie potentielle. Une station de pompage a donc pour objectif d’augmenter la charge dans un réseau : cette charge reçue permet de faire monter l’eau, de la mettre sous pression, ou de lui donner de la vitesse (énergie cinétique) pour la projeter à une certaine distance depuis un dispositif d’aspersion. La charge hydraulique, notée H dans la suite, se compose donc d’un terme relatif à l’énergie potentielle (z, l’altitude du point considéré), un terme relatif à la pression (p/ρg avec p la pression du fluide, ρ sa masse volumique, g la constante de gravité) et un terme de charge cinétique (v²/2g, avec v la vitesse du fluide).La correspondance suivante peut être utilisée : 10 mce ~ 1 bar .

Halle Hydraulique

Cliquez sur les différents éléments pour découvrir plus d'information !

Les lyres sont des tubes en verres ou en plexiglas qui permettent de visualiser et mesurer la charge hydraulique (en m avec une précision au millimètre près grâce à une règle) correspondant à chacun des piézomètres. Ici, il s'agit des lyres pour les piézomètres du tronçon bas pour étudier les pertes de charges singulières (S1, S2, S3, ...).

C'est ici que nous mesurons le débit d'eau dans les canalisations. Le dispositif utilise 2 débitmètres électromagnétiques : un pour le tronçon haut et un autre pour le tronçon bas. Ci-contre, l'afficheur IFC 1 du débitmètre du tronçon bas. Il affiche les débits en litre par seconde.

Ceci est une vanne à volant. Elle sert à ouvrir et à fermer le passage de l'eau dans les canalisations afin de faire varier le débit d'eau.

Ceci est une vanne aval à poignet du tronçon bas. Elle sert à contrôler (à ouvrir ou à fermer) le passage de l'eau (débit) dans la canalisation que l'on souhaite étudier.

Voici un piézomètre. C'est ici que sont relevés les différents niveaux de charge hydraulique dans le dispositif. On visualise les niveaux de charge hydraulique sur les lyres (tubes en verre ou plexiglas) correspondant à chaque piézomètre.

Ceci est la vanne amont du tronçon bas. Lors des mesures, elle reste ouverte et permet le passage de l'eau dans les canalisations.

Ceci est une canalisation en pvc. Les dimensions du tuyau diamètre extérieur (90 mm) et l'épaisseur de la paroi (3.2 mm) y sont indiquées.

Ceci est une canalisation en fonte

Tout en haut du dispositif nous trouvons le château d'eau. Le niveau d'eau de notre réserve d'eau est à 5.50 mètres du tronçon le plus haut. C'est à partir de ce point que le réseau d'eau se met en charge et que la circulation d'eau est lancée.

Ceci est un coude à 45°

On continue ?

Tronçon haut

Tronçon bas

Dispositif de travail

Pour la réalisation de ce TP le circuit a été divisé en deux tronçons :

Tronçon haut : correspond à la partie supérieure et permet l'étude des pertes de charges linéaires
Tronçon bas : correspond à la partie inférieure et permet l'étude des pertes de plusieurs singularités (diaphragme, venturi, coudes de différents rayons, rétrécissement brusque, élargissement brusque, vannes de différents types)

Cliquez pour visualisez les tronçons

Dispositif - tronçon haut

Château d'eau

Vanne à poignet à l'amont de la conduite en PVC en position ouverte. Cette vanne reste en position ouverte lors des mesures pour que le passage de l'eau puisse se faire.

Vanne à volant à l'aval de la conduite en fonte

Vanne à poignet à l'aval de la conduite en PVC en position fermée

Piézomètre L6

Piézomètre L5

Piézomètre L4

Piézomètre L3

Piézomètre L2

Piézomètre L1

Piézomètre L9

Piézomètre L8

Piézomètre L7

Longueur de la canalisation L1-L2 : 365cm

Conduite fonte diamètre intérieur 50mm

L’eau est élevée dans un bassin où son niveau est maintenu constant par un déversoir. Rappel : Le niveau d'eau de notre réserve d'eau est à 5.50 mètres du tronçon le plus haut.

Longueur de la canalisation L2-L3 : 327cm

Longueur de la canalisation L5-L6 : 366cm

Longueur de la canalisation L4-L5 : 366cm

Canalisation PVC Diamètre extérieur 90 et 3.2 mm d'épaisseur

Canalisation PVC Diamètre extérieur 63 et 3.2 mm d'épaisseur

Longueur de la canalisation L7-L8 : 353cm

Longueur de la canalisation L8-L9: 347cm

Dispositif - tronçon bas

S12

S10

S17

S11

S16

S19

S15

S18

S14

S13

Château d'eau

Tuyau de vidange

Vanne

Vanne volant

Coude à 90° Coude 90° Mesure longueur

Coude à 45° Coude 45° Mesure longueur

Piézomètre

Deux diamètres sont présents dans les différentes parties du banc = 83 et 56 mm (diamètres intérieurs, les diamètres nominaux [extérieurs] étant respectivement 90 et 63mm).

Château d'eau

La circulation de l'eau

Le tronçon haut est alimenté par le château d'eau...

Quelle vanne doit-on ouvrir pour étudier les pertes de charge dans la conduite en pvc diamètre extérieur 63mm ?

Vanne amont

Piézomètre L6

Piézomètre L5

Piézomètre L4

Piézomètre L3

Piézomètre L2

Piézomètre L1

Piézomètre L9

Piézomètre L8

Piézomètre L7

Château d'eau

L'eau ne passe pas !

Vous avez fermé la vanne amont. L'eau ne peut pas circuler à travers les canalisations.

Vanne amont

Château d'eau

Bravo !

Vous pouvez étudier les pertes de charge dans la conduite en pvc diamètre extérieur 63mm.

Piézomètre

Vanne

Ce n'est pas tout à fait correct !

L'eau s'écoule mais... avez-vous vérifié si elle s'écoule dans la bonne conduite ?

Château d'eau

Piézomètre

La circulation de l'eau

S14

S13

S15

S16

S10

S11

S12

S18

S19

S17

Château d'eau

Tuyau de vidange

Le dispositif est alimenté par le château d'eau...

Quelle vanne doit-on ouvrir pour étudier les pertes de charge du coude à 90° ?

Coude 90°

Piézomètre S1

Piézomètre S2

Piézomètre S3

Piézomètre S4

Piézomètre S5

Piézomètre S6

Piézomètre S7

Piézomètre S8

Piézomètre S9

Pézomètre S10

Pézomètre S11

Pézomètre S12

Piézomètre S13

Piézomètre S16

Piézomètre S17

Piézomètre S18

Piézomètre S19

Piézomètre S15

Piézomètre S14

Ce n'est pas la bonne réponse !

S14

S11

S17

S12

S19

S15

S18

S10

S13

Tuyau de vidange

Vous ne pouvez pas étudier les pertes de charge du coude à 90°.

Château d'eau

Coude 90°

Piézomètre

Pézomètre

Oups !

S12

S17

S11

S18

S13

S15

S19

S10

S14

Tuyau de vidange

Vous ne pouvez pas étudier les pertes de charge du coude à 90°.

Château d'eau

Coude 90°

Piézomètre

Pézomètre

Il y a un petit souci !

S18

S13

S10

S17

S10

S12

S19

S15

S11

S14

Tuyau de vidange

Vous y êtes presque...

Château d'eau

Coude 90°

Piézomètre

Pézomètre

Vérifiez dans quelle canalisation se situe le coude.

Bien joué !

S17

S19

S18

S15

S10

S14

S11

S12

S10

S13

Tuyau de vidange

Vous pouvez étudier les pertes de charge du coude à 90°.

Château d'eau

Coude 90°

Piézomètre

Pézomètre

Il y a un petit souci !

S10

S19

S13

S18

S17

S15

S12

S11

S14

Tuyau de vidange

Vous y êtes presque...

Château d'eau

Coude 90°

Piézomètre

Pézomètre

Vérifiez dans quelle canalisation se situe le coude.

Pézomètre

Perdu !

S11

S10

S17

S12

S15

S14

S19

S10

S18

S13

Tuyau de vidange

Vous avez fermé la vanne amont. L'eau ne peu pas s'écouler.

Château d'eau

Coude 90°

Piézomètre

Pézomètre

Château d'eau

Le débimètre

Nous voulons faire circuler l'eau dans les 3 canalisations. La vanne C est fermée et les vannes A et B sont ouvertes.

Cliquez sur la flèche pour fermer la vanne B.

Piézomètre

Château d'eau

Attention au coup de bélier !

Vous avez fermé la vanne trop rapidement !

Regardez le coup de bélier !

Nouvel essai

Piézomètre

Château d'eau

Le débimètre

Cliquez à nouveau sur la flèche pour fermer la vanne B.

Piézomètre

Château d'eau

Le débimètre

Cliquez encore...

Piézomètre

Château d'eau

Le débimètre

Cliquez encore...

Piézomètre

Château d'eau

Le débimètre

Cliquez encore...

Piézomètre

Château d'eau

Le débimètre

Cliquez encore...

Piézomètre

Château d'eau

Le débimètre

Cliquez encore...

Piézomètre

Château d'eau

Le débimètre

Cliquez encore...

Piézomètre

Château d'eau

Le débimètre

Bravo ! Vous avez réussi à fermer la vanne.

Piézomètre

Vous êtes prêt(e)s pour commencer les mesures !

Vous pouvez vous dirigez vers un de deux tronçons

Tronçon haut

Tronçon bas

TP Hydraulique en charge - pertes de charges

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