03/05/2023
🖌 MÉCANIQUE DES FLUIDES
* Exercice :
Une pompe, de puissance utile 36 kW, remonte de l'eau entre un bassin et un réservoir à travers une conduite de diamètre 135 mm selon le schéma ci-contre. La vitesse d'écoulement de l'eau dans la conduite est de 6,0 m/s.
* On donne :
Z₁= 0 ; Z₂=Z₃= 20 m ; Z₄=35 m (l'axe Oz est vertical ascendant )
P₁=P₄=35 = 1013 mbar
viscosité dynamique de l'eau : 0,001 Pa•s.
On négligera les pertes de charge singulières dans les coudes et dans la pompe :
1- Calculer le débit-volume de l'eau dans la conduite.
2- Calculer le nombre de Reynolds pour l'écoulement de l'eau dans la conduite ; l'écoulement est-il laminaire ou turbulent ?
3- Calculer la différence de pression entre la sortie et l'entrée de la pompe.
4- Calculer les pertes de charge systématiques dans la conduite entre les points 1 et 4.
5- Calculer le coefficient de perte de charge linéaire dans la conduite de longueur égale à 65 m.
6- Le rendement de la pompe étant de 84 %, calculer la puissance absorbée par la pompe.
Solution :
1) : Section tuyauterie = π x d²/4
π x 0,135²/4 = 0,0143 m²
débit = Section x vitesse
débit = 0,0143 x 6,0 = 0,086 m³/s (soit 86 L/s)
2) : Re = ρ(eau) x vitesse x L / µ
Re = 1000 x 6 x 0,135/0,001 = 8.x 10⁵
Donc :
Écoulement turbulent.
3) : Pu = ΔP x Q
36000 = ΔP * 0,086
ΔP = 4,2 x 10⁵ Pa
4) : ΔP due à une colonne d'eau de
Z₄ - Z₁ = 35 m
ΔP = 35 x 10ᴲ x 10 = 3,5 x 10⁵ Pa
Puissance pour assurer un débit de 0,086 m³/s sous un ΔP = 3,5 x 10⁵ Pa :
P1 = 0,086 * 3,5 x 10⁵ =
30,1 x 10ᴲ Watt = 30,1 kW
Mais l'eau arrive avec une vitesse de 6 m/s, donc en
1 s, on a 0,086 m³ d'eau à la vitesse de 6 m/s
---> puissance nécessaire pour donner cette énergie cinétique à l'eau :
P2 = (1/2) x 0,086 x 1000 x 6² = 1,55 kW
Donc puissance hors perte de charge :
P = 30,1 + 1,6 = 31,7 kW
Puissance perdue due aux pertes de charges : P(pertes) = Pu - P = 36 - 31,7 = 4,3 kW
Ce qui revient à une pertes de charges (en pression) de : 4300/débit =
4300/0,086 = 5 x 10⁴ Pa
Pertes de charges systématiques dans la conduite entre les points 1 et 4 : 5 x 10⁴ Pa, soit une hauteur de colonne d'eau de 5 m
(ΔH = 5 m)
5) : ΔH = ג x (L/D) * V²/(2g)=
5 = λ x (65/0,135) x 6²/(2 x 10)
λ = 0,0058
6) : Pa = Pu/rendement
Pa = 36/0,84 = 43 kw
asri