InfoWorks WS Pro comprend une option de simulation permettant de générer des résultats supplémentaires, afin d’identifier les zones susceptibles de présenter des problèmes liés à des coups de bélier.
Pour activer cette option, cochez la case Conseils sur les coups de bélier dans la boîte de dialogue Options de simulation.
Cette rubrique présente la mécanique de propagation des ondes de pression et les calculs effectués par InfoWorks WS Pro.
L’analyse des surpressions est un sujet très complexe qui nécessite des connaissances et des logiciels spécialisés.
Les résultats du conseiller en coups de bélier produits par InfoWorks WS Pro fournissent une estimation qualitative des zones susceptibles de présenter des problèmes liés à des coups de bélier. Cette évaluation préliminaire peut servir de base pour des analyses plus approfondies. Pour effectuer une analyse détaillée des pressions transitoires, une simulation TS doit être exécutée.
Coups de bélier
Les coups de bélier, également appelés surpressions, sont des fluctuations de pression causées par une variation de la vitesse d’un fluide.
Les causes des surpressions dans un réseau de distribution d’eau sont les suivantes :
- Démarrage/arrêt des pompes
- Ouverture/fermeture des vannes
- Panne de pompes/canalisations due à une panne de courant/rupture
Les surpressions peuvent causer des problèmes dans le réseau de distribution d’eau de plusieurs façons :
- Rupture de canalisation causée par des pressions induites dépassant la pression nominale de la canalisation
- Oscillations hydrauliques entraînant un affaiblissement de la canalisation
- Problèmes potentiels de qualité de l’eau causés par de faibles pressions entraînant un vide temporaire
Exemple
Prenons l’exemple d’une canalisation située en amont d’une vanne qui a fait l’objet d’une fermeture instantanée :
- Lors de la fermeture de la vanne, l’eau adjacente à celle-ci est immobilisée, ce qui entraîne en amont de la vanne une compression de l’eau et une dilatation de la section transversale de la canalisation. L’augmentation de la pression au niveau de la vanne génère une onde de pression avec une surpression positive (ΔH) qui se propage en amont.
- L’onde de pression atteint le réservoir.
- L’eau est refoulée dans le réservoir. La vitesse dans la canalisation s’inverse et la pression revient à la pression statique (pression du réservoir). L’onde de pression s’inverse et se propage vers la vanne fermée.
- Lorsque l’onde de pression atteint la vanne fermée, une zone de faible pression se forme au niveau de la vanne, entraînant l’arrêt du débit et la génération d’une onde réductrice de pression qui se propage vers le réservoir.
- L’onde réductrice de pression atteint le réservoir. L’eau s’écoule du réservoir vers la canalisation, la vitesse dans la canalisation s’inverse et une onde génératrice de pression se propage vers la vanne fermée.
Le cycle se répète, les oscillations de pression étant amorties en peu de temps par le frottement.
Conseils sur les coups de bélier dans InfoWorks WS Pro
Des résultats supplémentaires sur l’amplitude de pression transitoire et la pression transitoire maximale peuvent être générés lors de l’exécution d’une simulation, afin d’identifier les zones susceptibles de présenter des problèmes liés à des coups de bélier.
Pour activer l’option de conseils sur les coups de bélier, cochez la case Conseils sur les coups de bélier dans la boîte de dialogue Options de simulation.
Le résultat de la pression transitoire affiche l’amplitude de l’onde de pression et est calculé en utilisant la loi de Joukowski :
|
|
Pression transitoire ΔH à la fermeture instantanée d’une vanne dans une canalisation rigide :
où : g = accélération due à la gravité Δv = variation de la vitesse du fluide c = célérité de l’onde |
L’amplitude de la pression transitoire est calculée pour chaque pas de temps (t) où :
- Variation de la vitesse du fluide (ΔV) =
- vitesse au pas de temps précédent - vitesse au pas de temps actuel
Par conséquent, la pression transitoire au premier pas de temps de la simulation est nulle.
- Célérité de l’onde (c) =
- valeur de célérité de l’onde définie dans la vue tabulaire des liens
- la valeur par défaut est de 1 400 m/s si la valeur n’est pas spécifiée dans la vue tabulaire
Définition de la célérité de l’onde
La célérité de l’onde dépend de l’élasticité du fluide et de la canalisation elle-même, ainsi que des contraintes externes de la canalisation.
La célérité de l’onde peut être définie automatiquement en fonction des matériaux des canalisations, à partir des valeurs de célérité de l’onde définies dans la boîte de dialogue Matériaux de conduites (pour en savoir plus, voir la rubrique Définition de la célérité de l’onde). Toutefois, cette fonctionnalité ne permet de définir qu’une seule valeur de célérité de l’onde par matériau de canalisation à partir de la boîte de dialogue Matériaux de conduites.
Les valeurs de célérité de l’onde peuvent également être saisies manuellement dans la vue tabulaire des liens. Les valeurs de célérité de l’onde peuvent être déterminées à partir du graphique et du tableau ci-dessous (extrait de Fluid Transients in Pipeline Systems, Thorley ARD, 1991), qui contiennent des courbes de célérité de l’onde en fonction du rapport diamètre/épaisseur de paroi pour différents matériaux de canalisation.
Diagramme de célérité de l’onde
| Diamètre/Épaisseur de paroi (D/e) | Acier | Fonte ductile | Fonte | Béton | Amiante-ciment | uPVC |
|---|---|---|---|---|---|---|
|
5 |
1400 |
1400 |
1360 |
1230 |
1200 |
550 |
|
10 |
1365 |
1355 |
1290 |
1100 |
1040 |
400 |
|
20 |
1310 |
1290 |
1190 |
930 |
860 |
290 |
|
30 |
1260 |
1230 |
1100 |
820 |
750 |
240 |
|
40 |
1210 |
1180 |
1040 |
740 |
680 |
200 |
|
50 |
1170 |
1130 |
980 |
680 |
620 |
180 |
|
60 |
1130 |
1090 |
930 |
630 |
580 |
168 |
|
70 |
1095 |
1055 |
890 |
591 |
540 |
157 |
|
80 |
1060 |
1020 |
848 |
560 |
510 |
145 |
|
90 |
1030 |
995 |
820 |
530 |
485 |
135 |
|
100 |
1005 |
965 |
790 |
510 |
465 |
125 |
|
110 |
985 |
940 |
765 |
490 |
440 |
118 |
|
120 |
965 |
920 |
745 |
475 |
421 |
110 |
|
130 |
940 |
895 |
720 |
455 |
405 |
105 |
|
140 |
920 |
880 |
700 |
440 |
395 |
103 |
|
150 |
900 |
860 |
680 |
425 |
385 |
100 |
Tableau des courbes de célérité de l’onde (Thorley ARD 1991)
Analyse des résultats
Les résultats du conseiller en coups de bélier générés par InfoWorks WS Pro fournissent une estimation qualitative. Les résultats peuvent être analysés pour identifier les liens susceptibles de subir de fortes variations de pression qui nécessiteront une étude plus approfondie. Une analyse complète des surpressions peut être effectuée à l’aide d’une simulation InfoWorks TS (Transient System).
Comme pour d’autres résultats, les résultats du conseiller en coups de bélier peuvent être affichés sous forme de rapport tabulaire ou de graphique du résultat variable dans le temps d’un objet réseau.
L’amplitude de pression transitoire est représentée par des lignes continues lisses joignant les valeurs de pression transitoire. Afficher l’image
En réalité, les variations de pression transitoire se produisent sur une très courte période (quelques secondes). Afficher l’image
Les courbes lisses générées par InfoWorks WS Pro représentent une approximation des véritables variations de pression transitoire, qui sont en réalité beaucoup plus irrégulières.