Fluides et énergies
Cette épreuve vérifie que vous savez dimensionner et justifier un circuit hydraulique ou aéraulique, établir un bilan thermique et choisir un équipement énergétiquement cohérent. Les questions portent sur les pertes de charge, le point de fonctionnement d'une pompe, les débits, les déperditions et les indicateurs de la RE2020. Les calculs doivent être menés avec les unités SI, puis convertis dans l'unité demandée.
Réseau hydraulique et point de fonctionnement
La vitesse découle du débit : Q = v·S, avec Q en m³/s et S en m². Les pertes de charge linéaires s'écrivent ΔP = λ·(L/D)·(ρv²/2) ; les singulières ΔP = K·(ρv²/2). En régime turbulent, la courbe du réseau suit ΔP = k·Q². Le point de fonctionnement est l'intersection de cette parabole avec la courbe de la pompe. La hauteur manométrique totale vaut HMT = Hg + ΔP/(ρg). La puissance hydraulique est P_h = ρgQH ; la puissance absorbée est P_a = P_h/η. Les lois d'affinité donnent Q ∝ N, H ∝ N², P ∝ N³.
Bilan thermique et énergie
Les déperditions par transmission valent H_T = Σ U·A, en W/K. Pour l'air, H_V = 0,34·Q_v, avec Q_v en m³/h, soit 0,34 W/(m³/h·K). La puissance de chauffage est P = (H_T + H_V)·ΔT. Une pompe à chaleur se juge sur son COP = chaleur utile / énergie absorbée, et sur son SCOP saisonnier, pas sur son COP nominal à un régime favorable. La RE2020 s'apprécie via Bbio, Cep, Cep,nr et DH.
Exemple chiffré
Un circuit véhicule 12 m³/h dans un DN 40 (S = 1,257·10⁻³ m²), soit v = 2,65 m/s. Avec λ = 0,025, L = 30 m, D = 0,04 m : ΔP = 0,025 × (30/0,04) × (1000 × 2,65²/2) ≈ 65 800 Pa, soit 6,7 m de colonne d'eau. Si la pompe doit vaincre 8 m de hauteur géométrique, HMT ≈ 14,7 m. La puissance hydraulique vaut 1000 × 9,81 × (12/3600) × 14,7 ≈ 481 W ; avec η = 0,55, la puissance absorbée atteint environ 875 W.
Pièges à éviter
- Oublier de convertir les m³/h en m³/s : l'erreur d'un facteur 3600 est fréquente.
- Tracer une droite de réseau au lieu d'une parabole.
- Additionner une pression en bar et une hauteur en mètres sans conversion.
- Confondre puissance hydraulique et puissance électrique absorbée.
- Négliger le NPSH disponible sur un circuit d'eau chaude, ce qui masque un risque de cavitation.
- Utiliser un COP nominal pour conclure sur la consommation annuelle.