REGULATION DES CIRCUITS HYDRAULIQUES

Régulation des Circuits Hydrauliques
Etude et Dimensionnement des Systèmes de Régulation des Unités Terminales,
limités aux Circuits Hydrauliques Un Organe de Réglage, qu'il soit à 2, 3 ou 4 voies, est un des
interfaces entre le système de régulation et le système énergétique régulé.
C'est le seul organe actif vis à vis du réseau qu'il contrôle. De ce fait,
son ouverture provoque une modification de la résistance du circuit et donc
du débit véhiculé. Aussi parlera-t-on, pour une vanne de réglage, d'INFLUENCE ou
d'AUTORITE sur un réseau. Mais l'étude ne peut se borner à la seule
connaissance des caractéristiques d'une vanne. En effet, le couple «Organe
de réglage/Unité Terminale (UT) » définira la capacité de réaction d'une
installation à couvrir exactement et continuellement dans le temps les
besoins souhaités face aux diverses perturbations auxquelles elle sera
soumise.
1. Organes de Régulation : 11. Rôle : Une vanne sert à faire varier le(s) débit(s) d'un fluide par
modification de la section de passage, ce qui entraînera une évolution de
la résistance hydraulique de vanne (Perte de charge). Cela permettra de
régler la puissance à émettre dans les UT en fonction des besoins.
Cette puissance pourra être ajustée soit par variation de :
( Température
( Débit Afin d'obtenir cette variation, on définit deux modes de régulation : .Tout ou Rien (TOR) : Essentiellement utilisé pour des
vannes 2 voies commandées
automatiquement. . Progressif (P__): Utilisé avec des vannes 3 voies, mais
très peu avec des 4 voies.
12. Technologie : Le choix de la technologie des vannes utilisées dépendra du rôle de celles-
ci sur un circuit hydraulique, et du type de circuit sur lequel elles
seront placées. (voir documents annexe)
|Technologie |Type de vanne | |
|Boisseau Sphérique |V2V |Non utilisée en |
| | |régulation ! ! |
|Soupape |V2V -- V3V | |
|Secteur/Papillon |V2V -- V3V -- | |
| |V4V | | Nota : . Il est possible de trouver sur le marché des V3V
fonctionnant en TOR.
. Il existe d'autres types de vannes telles qu'à Palette
mais non utilisées en régulation.
13. Caractéristiques : 13_1. Influence et Autorité :
On identifie « l'influence » d'une vanne sur un circuit à régler, grâce à
son autorité. Ce paramètre permet de caractériser la capacité d'une vanne à
modifier le débit du circuit sur lequel elle est installée.
Lorsque l'influence est faible, seules les positions extrêmes du clapet
auront une incidence les débits.
Lorsque l'autorité est grande, l'influence de la vanne est omniprésente
pour toute position du clapet. L'Autorité est définie pour caractériser l'influence minimale de la vanne
sur le circuit qu'elle règle, lorsqu'elle est Grande Ouverte. Relation : [pic] Nota : La définition donnée ici de (Pr100 est générale et sera
adaptée en fonction du couple « Réseau/Vanne). 13_2. Norme NFC 46-152 : Elle fixe les paramètres de base permettant de définir les
caractéristiques des vannes, et notamment : ( Le coefficient « Kv », représentant le débit traversant une
vanne soumise à une différence de
pression de 1 bar. On note :
[pic]
Que l'on peut écrire : [pic],forme (P = Z ( qv², mais ici « Z » est
variable, contrairement à celui des réseaux ( Le coefficient « Kvs » représente le « Kv » lorsque la vanne est
grande ouverte soumise à un (P = 1 bar D'où : [pic] 13_3. Caractéristiques des vannes :
14. Secteurs d'applications 14_1. Les vannes 2 voies : Elles sont peu utilisées en régulation progressive, mais beaucoup en TOR. |Quelques utilisations des vannes 2 voies |
|Régulation TOR : |Régulation Progressive : |
|Electrovannes sur circuit |Réglage de débit sur un |
|frigorifique |échangeur |
|Electrovannes sur circuit |..... |
|hydraulique | |
|...... | | 14_2. Les vannes 3 voies : La plupart du temps elles seront à soupape bien que certains montages
hydrauliques préconisent des vannes à secteur (voir schémas de principe ci-
après).
En pratique, dès que la pression différentielle appliquée sur la
vanne est importante, on évitera de placer des vannes à secteur pour des
raisons technologiques (décollement du secteur lors de sa fermeture ce qui
implique un débit de fuite non négligeable et non contrôlable) | | | | |
| |Réglage de la puissance : | |Réglage de la puissance : |
| |Par Variation de débit | |Variation de température |
| | | |Par Mélange |
| | | | |
|Vanne à | |Vanne à | |
|Soupape | |Soupape | |
|: | |: | |
| | | | |
|Débit | |Débit | |
|converge| |converge| |
|nt dans | |nt dans | |
|la vanne|Montage « Décharge Inversé » |la vanne|Montage « Mélange » |
| | | | |
| | | | |
| | | | |
| | | | |
|Vanne à | |Vanne à | |
|Secteur | |Secteur | |
|: | |: | |
| | | | |
|Débit | |Débit | |
|Divergen| |Divergen| |
|t dans | |t dans | |
|la vanne|Montage « Décharge » |la vanne|Montage « Mélange Inversé » |
| | | | |
14_3. Les vannes 4 voies : La vanne 4 voies permet de réaliser un double mélange (voir schéma),
ce qui la destine à être utilisée sur les circuits Plancher chauffant et
lorsque on souhaite un retour plus chaud vers la chaudière.
(Système anti-condensation dans les échangeurs principaux des chaudières) 15. Comportement d'une vanne dans un circuit - Adaptation : La régulation d'une installation doit permettre d'adapter la
puissance à fournir en fonction des perturbations, et ce le plus
régulièrement possible c'est à dire LINEAIREMENT. 15_1 : Evolution du débit relatif [pic] traversant une vanne en
fonction du rapport [pic] Comme énoncé plus haut, plus l'autorité d'une vanne est faible et
plus l'influence de la position du clapet (soupape, secteur ...) sur le
débit la traversant sera faible. Cela se traduit graphiquement par la
figure ci-dessous : Pour chacune des différentes vannes installées sur un même circuit,
ce graphique montre que : - La vanne LINEAIRE possède un comportement concave d'autant
plus prononcé que son autorité est faible - La vanne QUADRATIQUE possède un comportement avec un point
d'inflexion, ce qui semble indiquer un comportement peu
progressif (surtout aux faibles autorités) - La vanne à EGAL % est celle qui présente une évolution plus
progressive.
15_2 : Evolution de la puissance relative [pic]échangée d'un
échangeur en fonction du débit relatif :
Les échangeurs présentent une évolution [pic] = f ([pic]) concave
d'autant plus prononcée que leur Efficacité est faible. On peut
aisément concevoir qu'une vanne de régulation de type LINEAIRE ou
QUADRATIQUE placée en série avec un échangeur ne peut en aucun cas
fournir une évolution linéaire de la puissance échangée en fonction de
la levée du clapet (ou soupape). Exemple de régulation d'un radiateur basse température (Efficacité =
0,7) par vanne deux voies :
On remarquera que : - Les vannes de type LINEAIRE ne conviennent pas pour la
régulation des échangeurs, même pour une autorité importante :
la régulation sera imprécise et instable. - Les vannes de type QUADRATIQUE offrent un comportement plus
satisfaisant sans toutefois pouvoir atteindre la linéarité
escomptée. - Les vannes EGAL % donnent de meilleurs résultats dans une
plage de 20 à 100 % de la levée relative. Toutefois, aux
faibles charges, la puissance régulée reste sensiblement
supérieure à 0,15 fois la puissance maximale. Cela impliquera
une régulation plus délicate dans ces conditions. 15_2 : Cas particulier et courant des vannes t