Dimensionnement de réservoir hydropneumatique

Les réservoirs hydropneumatiques sont principalement utilisés dans un système d'eau domestique à des fins de tirage lorsque le système de surpression est arrêté lors d'un arrêt sans débit (NFSD). Le circuit NFSD éteint la pompe principale lorsqu'il n'y a aucune demande sur le système. Pendant que le système est éteint dans ces conditions, le réservoir hydropneumatique satisfera de petites demandes sur le système. Sans le réservoir, le surpresseur redémarrerait au moindre appel de débit, comme la chasse d'eau d'une seule toilette ou même une infime fuite dans le système de tuyauterie.

Le dimensionnement du réservoir hydropneumatique dépend de deux facteurs :

1. Durée pendant laquelle vous souhaitez que les pompes restent éteintes dans une situation d'absence de débit.
2. L'emplacement du réservoir par rapport au surpresseur.

Tout bâtiment donné aura un faible taux de demande à différents moments de la journée. Des robinets qui fuient ou quelqu'un qui boit un verre d'eau au milieu de la nuit sont des facteurs qui empêchent que cette période de faible demande ne soit une période sans demande. Il est rare qu’un système connaisse des périodes de demande nulle.

Le GPM estimé à faible demande doit être multiplié par le nombre minimum de minutes pendant lesquelles vous souhaitez que votre surpresseur reste éteint en cas d'arrêt sans débit pour déterminer le volume de prélèvement du réservoir. En raison des délais intégrés à la plupart des circuits d'arrêt sans débit, trois minutes constituent généralement le temps d'arrêt minimum considéré. En règle générale, la durée maximale est de 30 minutes. Plus l'unité est éteinte longtemps, plus nous économisons d'énergie, mais plus notre réservoir doit être grand. Par conséquent, un compromis doit être fait entre la taille du réservoir et le temps d’arrêt minimum.

CALCUL DU RÉSERVOIR

La taille du réservoir n’est pas égale à la quantité d’eau qui peut réellement être extraite du réservoir. Le volume utilisable du réservoir dépend de la pression normale du système, de la pression minimale autorisée du système et du coefficient de rabattement du réservoir. Ce coefficient d'abaissement peut être obtenu à partir des données publiées par le fabricant du réservoir.

PLACEMENT DU RÉSERVOIR HYDROPNEUMATIQUE

Il existe plusieurs endroits où un réservoir hydropneumatique peut être connecté au système. Le point de connexion le plus courant est le collecteur de décharge du groupe booster. Certains réservoirs sont raccordés juste après le refoulement de la pompe mais avant le PRV. Un autre emplacement assez courant se trouve plus loin dans le système, généralement sur le toit du bâtiment. Il y a des avantages et des inconvénients à chaque emplacement.

En plaçant le réservoir près du haut du système, comme le montre la figure 1, on obtient généralement le plus petit réservoir. Cela élimine également les problèmes liés aux pressions de travail élevées qui peuvent survenir au bas d'un système à plusieurs étages. C’est normalement le meilleur emplacement global pour le réservoir. Cependant, tous les bâtiments n'ont pas de place pour un réservoir aux étages supérieurs et vous devez vous assurer d'avoir un moyen de transporter le réservoir à travers le bâtiment.

Le réservoir peut également être situé à la sortie du groupe surpresseur comme le montre la figure 2 . Dans la plupart des bâtiments, il est considérablement plus facile d’installer un réservoir dans le local technique qu’à un étage supérieur, ce qui fait de cet emplacement le plus courant. Si vous placez un réservoir au bas du système, il est important de s'assurer que la hauteur statique du bâtiment plus la pression de refoulement de l'emballage ne dépasse pas la pression de service maximale autorisée du réservoir.

Pour une pression finale encore plus élevée, le réservoir peut être connecté avant la pompe principale PRV (Figure 3). Il s'agit d'un point de pression plus élevé car le TDH de la pompe et la pression d'aspiration n'ont pas encore été réduits par le PRV. Cela nous aide encore une fois à réduire la taille du réservoir. Si cette approche est adoptée, le réservoir doit être connecté à tout moment au refoulement de la pompe principale.

Si votre surpresseur est équipé d'une pompe alternée et que la pompe du réservoir est déplacée vers la 2ème ou la 3ème séquence, le réservoir ne chargera pas. Un réservoir non chargé ne peut fournir aucun volume de prélèvement et ne sera donc d'aucune utilité en cas d'arrêt à faible débit. Puisque cet emplacement connaîtra des pressions plus élevées que l'un ou l'autre des deux premiers exemples, il est particulièrement important de s'assurer de ne pas dépasser la pression de service maximale du réservoir.

Dimensionnement du réservoir hydropneumatique

Nous devons d’abord déterminer le volume d’acceptation du réservoir. Reportez-vous au tableau ci-dessous pour un guide des volumes d'acceptation typiques pour diverses installations. Ces chiffres sont des estimations basées sur un temps d'arrêt de 30 minutes et doivent être considérés en conséquence.

Utilisez ce tableau à des fins d'estimation uniquement. La détermination finale du volume d'acceptation relève de la responsabilité de l'ingénieur de conception. Pensez à consulter les codes locaux !

Le temps d'arrêt de trente minutes peut être ajusté pour différentes heures en utilisant la formule suivante :

VOLUME D'ACCEPTATION (du Tableau) X TEMPS D'ARRÊT SOUHAITÉ / 30 MINUTES = VOLUME D'ACCEPTATION AJUSTÉ

Une fois que nous avons déterminé le volume d’acceptation requis, nous pouvons calculer la taille du réservoir en fonction des capacités de rabattement. Consultez votre fournisseur de réservoirs hydropneumatiques pour obtenir des informations sur le volume de vidange de leurs réservoirs. Une fiche technique typique est présentée à la figure 5. Étant donné que les réservoirs de différents fabricants ont des capacités de réduction différentes, il est impératif que vous utilisiez les données fournies par le fabricant dont vous prévoyez d'utiliser le réservoir.

La valeur à l’intersection de la pression initiale et de la pression finale est votre coefficient d’abaissement. Divisez votre volume accepté par ce coefficient pour obtenir le volume total du réservoir.

EXEMPLE #1 : RÉSERVOIR SUR LE TOIT

Nous disposons d'un surpresseur dimensionné pour 500 GPM à une pression de refoulement de 75 PSIG avec une pression d'aspiration minimale de 40 PSIG disponible auprès de la ville. Le réservoir sera situé sur le toit d'un immeuble de 5 étages. Calculez la taille du réservoir requise pour un arrêt de 15 minutes dans des conditions de faible débit et une pression de démarrage du surpresseur de 65 PSIG :

• D'après le tableau ci-dessus, nous pouvons voir qu'un surpresseur dimensionné pour 500 GPM dans un immeuble d'habitation doit être éteint pendant 30 minutes à faible débit, un volume d'acceptation de 75 gallons est requis. Cependant, comme nous n'avons besoin que d'une extinction de notre booster pendant 15 minutes, nous devons ajuster ce volume d'acceptation en conséquence 75 x 15 / 30 = 37,5.

Par conséquent, notre volume d’acceptation sera de 37,5 gallons.

• Notre pression initiale est égale à la pression au point de raccordement du réservoir à la pression de coupure du surpresseur. Cette valeur est égale à la pression d'enclenchement moins l'élévation statique du réservoir au-dessus du refoulement du groupe de surpression. Il faut également tenir compte des pertes de charge dans la tuyauterie entre l'évacuation du colis et le point de raccordement du réservoir. Dans ce cas, nous avons calculé une perte de friction de 10 pieds ou 4,73 PSIG. Le réservoir est situé à environ 70 pieds au-dessus du booster, ce qui équivaut à 30,3 PSIG.

65 PSIG (COUPE) – 4,73 PSIG (PERTE DE FRICTION AU DÉBIT DE CONCEPTION) – 30,3 PSIG (HAUTEUR STATIQUE) = 30 PSIG

• La pression finale est égale à la pression au point de raccordement du réservoir lorsque le système est entièrement pressurisé.

75 PSIG (PRESSION DU SYSTÈME) – 4,73 PSIG (PERTE DE FRICTION AU DÉBIT DE CONCEPTION) – 30,3 PSIG (HAUTEUR STATIQUE) = 40 PSIG

• À l'aide de la figure 5, nous pouvons déterminer que notre coefficient de réduction est de 0,183.
• Divisez le volume accepté par le coefficient de tirage pour obtenir le volume total du réservoir qui nous donnera 75 GPM lors de l'arrêt à faible débit.

37,5 gallons par minute / 0,183 = 205

Therefore, we need a minimum tank volume of 205 gallons to meet our shutdown requirements.

EXEMPLE #2 : RESERVOIR A DECHARGE DU PACKAGE BOOSTER

Nous disposons à nouveau d'un surpresseur dimensionné pour 500 GPM à une pression de refoulement de 75 PSIG avec une pression d'aspiration minimale de 40 PSIG disponible auprès de la ville. Désormais, le réservoir sera situé au sous-sol d'un immeuble de 5 étages et sera connecté au collecteur de déchargement du colis. Calculez la taille du réservoir requise pour un arrêt de 15 minutes dans des conditions de faible débit et une pression de démarrage du surpresseur de 65 PSIG :

• D'après le tableau ci-dessus, nous pouvons voir que pour qu'un surpresseur dimensionné pour 500 GPM dans un immeuble d'habitation soit éteint pendant 30 minutes à faible débit, un volume d'acceptation de 75 gallons est requis. Cependant, comme nous n'avons besoin que d'une extinction de notre booster pendant 15 minutes, nous devons ajuster ce volume d'acceptation en conséquence 75 x 15 / 30 = 37,5.

Par conséquent, notre volume d’acceptation sera de 37,5 gallons.

• Notre pression initiale est égale à la pression d’enclenchement moins la hauteur statique et les pertes de tuyauterie vers le réservoir. Cependant, la cuve étant située à la sortie du colis, les pertes en hauteur statique et par frottement sont insignifiantes. Nous pouvons donc conclure que la pression initiale est en réalité égale à la pression d’enclenchement.

PRESSION INITIALE = PRESSION DE DÉMARRAGE = 65 PSIG.

• De même, l’insignifiance de la hauteur statique et des pertes par frottement s’applique également à notre calcul de pression finale. Nous pouvons conclure que la pression finale est égale à la pression au point de raccordement du réservoir lorsque le système est entièrement pressurisé.

PRESSION FINALE = PRESSION DU SYSTÈME = 75 PSIG

• À l'aide de la figure 5, nous pouvons déterminer que notre coefficient de réduction est de 0,111.

• Divisez le volume accepté par le coefficient de tirage pour obtenir le volume total du réservoir qui nous donnera 75 GPM lors de l'arrêt à faible débit.

37,5 gallons par minute / 0,111 = 340

Therefore, we need a minimum tank volume of 340 gallons to meet our shutdown requirements.

EXEMPLE #3 : CONNEXION DU RÉSERVOIR ENTRE LE DÉCHARGE DE LA POMPE ET LE PRV

Utilisant le même surpresseur que les deux exemples précédents, dimensionné pour 500 GPM à une pression de refoulement de 75 PSIG avec une pression d'aspiration minimale de 40 PSIG disponible en ville. Le réservoir sera situé au sous-sol comme dans l'exemple #2 mais sera connecté avant le réducteur de pression. Calculez la taille du réservoir requise pour un arrêt de 15 minutes dans des conditions de faible débit et une pression de démarrage du surpresseur de 65 PSIG :

• D'après le tableau ci-dessus, nous pouvons voir qu'un surpresseur dimensionné pour 500 GPM dans un immeuble d'habitation doit être éteint pendant 30 minutes à faible débit, un volume d'acceptation de 75 gallons est requis. Cependant, comme nous n'avons besoin que d'une extinction de notre booster pendant 15 minutes, nous devons ajuster ce volume d'acceptation en conséquence.

75x15/30 = 37,5

Par conséquent, notre volume d’acceptation sera de 37,5 gallons.

• Notre pression initiale sera toujours égale à la pression de démarrage comme dans l'exemple 2. Nous n'avons pas à nous soucier de la hauteur statique et de la perte par frottement puisque le réservoir sera situé à côté des pompes. Par conséquent, notre pression initiale sera égale à la pression d’enclenchement.

PRESSION INITIALE = PRESSION DE DÉMARRAGE = 65 PSIG.

La pression finale va être nettement plus élevée que dans l'exemple n°2 car notre réservoir est connecté au système avant le réducteur de pression. Par conséquent, nous avons en fait une pompe TDH avec un débit minimal plus une pression d'aspiration minimale. Si notre pompe a une courbe débit/tête comme indiqué ci-dessous sur la figure 4, la pression finale sera de 155. (TDH @) 0 GPM) plus une pression d'aspiration minimale de 40 PSIG. Par conséquent, notre pression finale peut être calculée en additionnant ces valeurs.

67 PSIG (POMPE TDH à 0 GPM) + 40 PSIG (PRESSION D'ASPIRATION MIN.) = 107 PSIG

• À l'aide de la figure 5, nous pouvons déterminer que notre coefficient de réduction est de 0,335.
• Divisez le volume accepté par le coefficient de tirage pour obtenir le volume total du réservoir qui nous donnera 75 GPM lors de l'arrêt à faible débit.

37,5 GPM / .335 = 1 12

Par conséquent, nous avons besoin d’un volume de réservoir minimum de 112 gallons pour répondre à nos exigences d’arrêt.

CHARGEMENT DU RÉSERVOIR HYDROPNEUMATIQUE

La plupart des réservoirs hydropneumatiques sont expédiés par le fabricant préchargés à une pression qui est généralement bien inférieure aux exigences de charge réelles du système. Autrement dit, le volume d’air dans le réservoir est trop faible une fois le réservoir installé dans le système. Les pompes ont un cycle court, le tirage est limité et, dans certains cas, la situation est si grave que le réservoir pourrait être retiré du système et personne ne connaîtrait la différence. Donc, si nous devons dépenser de l'argent pour un char, assurons-nous qu'il fonctionne en le chargeant correctement.

La pression de prégonflage correcte du réservoir dépend des facteurs suivants :

1. Pression minimale admissible du système
2. Élévation du réservoir par rapport au groupe surpresseur
3. Point de raccordement du réservoir dans le système

Nous définirons ces variables comme suit pour notre calcul de pré-charge :

• Soit D = Pression souhaitée du système en PSIG (réglage PRV)
• Soit M = Dépression de pression maximale admissible en dessous du réglage PRV (D)
• Soit H = élévation du réservoir au-dessus du surpresseur en PSIG (PSIG = pieds / 2,31)
• Soit P = Pression de précharge du réservoir (réservoir vide) en PSIG

Nous estimerons également une chute de pression de 1 PSIG à travers le PRV à des débits très faibles rencontrés pendant une période de faible demande.

Si le réservoir est situé au-dessus du surpresseur comme indiqué sur la figure 1, la précharge est calculée comme ceci :

P = D – M – H – 1

Les réservoirs situés à peu près au niveau du surpresseur et connectés au système en aval du PRV (Figure 2) ont leur pression de précharge comme suit :

P = D – M – 1

Si le réservoir est approximativement au niveau du surpresseur mais connecté au système avant le PRV (Figure 3), alors nous n'avons pas besoin de soustraire la chute de 1 PSIG à travers la vanne. Le calcul est donc le suivant :

P = D-M

Pour confirmer la pression de prégonflage d'un réservoir existant, le réservoir doit être isolé du système de pompage/tuyauterie. Ensuite, le côté eau du réservoir est vidé et la pression de l'air est lue à l'aide d'un manomètre situé sur la vanne de chargement d'air. Cette lecture est la pression de précharge.

En prenant simplement un peu plus de temps pour nous assurer que notre réservoir est correctement préchargé, nous pouvons être sûrs qu'il remplira son objectif de maintenir les pompes éteintes pendant les périodes de faible demande.

EXEMPLE DE PRÉCHARGE

Jetons un coup d'œil au réservoir de toit décrit dans la figure 1. Nous savons que la pression de prégonflage correcte est définie comme :

P = D – M – H – 1

Nous savons que:

• J = 75
• M = pression du système – pression d'enclenchement = 75 – 65 = 10
• H = 70 / 2,31 = 30,3

Par conséquent, notre pression de précharge correcte est :

75 – 10 – 30,3 – 1 = 33,7 PSIG

Pour assurer le bon fonctionnement du réservoir pendant la séquence d'arrêt à faible débit du surpresseur, celui-ci doit être préchargé à 33,7 PSIG.

RÉSUMÉ DU RÉSERVOIR HYDROPNEUMATIQUE

Comme vous pouvez le constater, il existe peu de règles strictes concernant le dimensionnement des réservoirs. Il s’agit avant tout de peser différents facteurs et de trouver un compromis entre le coût initial et les économies d’énergie potentielles. En plaçant le raccord du réservoir avant le réducteur de pression, vous obtenez le réservoir le plus petit, mais nécessite que sa pompe respective soit toujours la pompe principale.

Un raccordement au réservoir au niveau du collecteur de refoulement permet d'obtenir un réservoir plus grand mais vous permet d'alterner toutes les pompes. Un réservoir monté sur le toit semble être un compromis assez raisonnable, mais vous devez tenir compte des complications liées au transport du réservoir jusqu'au toit. En conclusion, l’emplacement du réservoir a un impact significatif sur la taille du réservoir et doit être abordé projet par projet.

La pression initiale du réservoir est égale à la pression minimale admissible du système (au point du réservoir) où le système de surpression reviendra en ligne.

La pression finale du réservoir est égale à la pression maximale de refoulement du système (au point du réservoir) ou au réglage du réducteur de pression si le réservoir est monté sur le système de surpression.

Les gallons réellement utilisables peuvent varier de ± 10 %.

Société Xylème