Débit, vélocité et pression

Que signifient ces termes et en quoi sont-ils différents?

Un problème qui semble provoquer la confusion générale lors de la conception d’un système de soufflerie est la compréhension de la différence entre débit d’air, pression et vélocité, en sachant que chaque paramètre est important. Cet article examine ce sujet en se concentrant sur la façon dont ces paramètres sont liés les uns aux autres dans les applications de souffleries industrielles.

Tout d’abord, il faut définir chaque terme :

Le débit est une mesure de la production d’air en volume par unité de temps. Les unités courantes sont le litre par minute, le pied cubique par minute (pi3/min), etc.

La vélocité est la vitesse du déplacement de l’air exprimée en distance par unité de temps. Elle est couramment exprimée en pieds par seconde, en mètres par seconde, etc.
​
La pression est la mesure de la force appliquée sur une surface donnée. Les unités courantes de pression sont la livre par pouce carré (lb/po2), le pascal (newton par mètre carré), etc. Il existe aussi quelques anciennes unités traditionnelles comme le pouce d’eau ou le pouce de mercure, lesquelles sont définies comme la pression exercée par une colonne d’eau (ou de mercure) d’un (1) pouce de hauteur.

Comment ces paramètres sont-ils liés entre eux?

Dans un système de soufflerie, la pression, le débit d’air et la vélocité sont interconnectés.

Cette relation s’explique en utilisant la loi de Bernoulli. L’équation de Bernoulli établit mathématiquement que si un fluide s’écoule dans un tube et que le diamètre du tube diminue, alors la vélocité du fluide augmente, la pression diminue et le débit massique (et par conséquent le débit volumétrique) reste constant, pourvu que la densité de l’air reste constante. La loi reste valable pour les gaz, pourvu que le gaz se déplace à une vitesse bien inférieure à la vitesse du son et que sa température est constante (dans le cas contraire, cela produirait une variation de volume). L’équation de Bernoulli est dérivée de la loi de conservation de l’énergie stipulant que si l’énergie cinétique du fluide augmente à cause d’une augmentation de sa vélocité, alors l’énergie correspondante associée à la pression (énergie par unité de volume) doit diminuer.
​
Il existe deux mesures de pression utilisées pour la conception d’un système de soufflerie : la pression locale et la pression cumulée. La pression locale est la pression appliquée sur un point précis du système, alors que la pression cumulée est la contre-pression totale exercée sur la soufflerie par la totalité du système (c’est-à-dire, les éléments qui résistent et restreignent le débit d’air et qui sont connectés sur la sortie de la soufflerie). La pression cumulée est généralement la valeur fournie par le fournisseur de la soufflerie car le niveau de cette pression cumulée influence le débit volumétrique de la soufflerie. La longueur du tube ou du tuyau utilisé, tous les coudes éventuels de la tuyauterie, les buses ou les éléments chauffants en ligne connectés à la sortie de la soufflerie contribuent tous au niveau de contre-pression que la soufflerie doit surmonter pour générer un volume d’air par unité de temps. Au fur et à mesure que la contre-pression augmente, le débit volumétrique d’une soufflerie diminue. À l’extrême, si la sortie de la soufflerie est totalement bloquée, le débit d’air est nul. Inversement, si une soufflerie débite l’air directement dans l’atmosphère, elle peut générer son débit d’air nominal maximal.

Laquelle des variables est importante à un moment donné?

​La compréhension de la nature interdépendante de la pression, du débit et de la vélocité est importante dans la conception d’un système utilisant une soufflerie industrielle, mais il est encore plus important de comprendre les situations dans lesquelles chacune des variables devient le paramètre critique de la conception.

La vélocité

​La vélocité est critique lorsque l’application implique l’utilisation de la force d’impact de l’air pour exécuter un travail. Un bon exemple est un système de soufflerie d’eau utilisant des lames d’air. Dans un système de soufflerie d’air, l’air doit avoir un contact physique avec la surface de l’eau, avec une force suffisante pour repousser l’eau. La force provient de l’air appliqué sur l’eau à haute vélocité. La vélocité est rehaussée en forçant le déplacement d’un volume d’air au travers d’une sortie étroite. Les lames d’air sont conçues de telle façon que l’air sort d’un espace long et étroit, en formant une couche d’air se déplaçant à haute vélocité. Bien que l’air se déplace très rapidement, le débit volumétrique n’est pas nécessairement élevé. C’est souvent sur cet aspect que la confusion s’installe.

Le débit

​Le débit est critique lorsque l’air doit remplir un espace. Parmi les exemples d’applications dans lesquelles le débit devient le paramètre de conception principal, on peut mentionner : l’alimentation d’air chaud d’un four/d’une chaudière, les systèmes de CVC, les tunnels thermiques et le préchauffage des moules. Dans toutes ces applications, vous devez assurer et fournir un débit volumétrique donné qui remplit et réapprovisionne l’espace de l’application.

La pression

​Si une application doit avoir une forte contre-pression, la soufflerie doit être dimensionnée et configurée pour fonctionner à cette pression. Cette pression déterminera le type de soufflerie que vous devez utiliser pour votre application. Par exemple, vous pouvez choisir une soufflerie régénérative à haute pression plutôt qu’une soufflerie centrifuge à basse pression (pour obtenir plus de renseignements sur ce sujet, veuillez consulter le document sur les souffleries). Parmi les caractéristiques d’un système à forte contre-pression, on peut mentionner : des longueurs multiples ou des longueurs importantes de tuyaux ou canalisations, des éléments chauffants en ligne, des applications où l’air est forcé au travers de petits orifices et l’aération eau/fluide.

Vous êtes toujours dans l’incertitude?

Cet article vise à vous donner un aperçu des concepts de pression, de débit et de vélocité, mais il ne prétend pas présenter le sujet de façon exhaustive. Chaque application présente sa propre complexité et la solution peut ne pas être simple ou évidente. N’hésitez pas à communiquer avec STANMECH Technologies pour discuter de votre cas particulier avec notre département technico-commercial et nos ingénieurs en applications.