posedescanalisations_for_web.pdf

Fonds de Formation professionnelle de la Construction

MODULE 2.1

TransporT de chaleur: pose des canalisaTions

ManUEL MODULairE ChaUFFagE CEntraL

MANUEL MODULAIRE CHAUFFAGE CENTRAL

Transport de chaleur:pose des canalisations

FONDS DE FORMATION PROFESSIONNELLE DE LA CONSTRUCTION (FFC)

Rue Royale 45 – B-1000 BruxellesTél.: +32 2 210 03 33 – Fax: +32 2 210 03 99

Website: www.laconstruction.be - E-mail: [email protected]

2

@ Fonds de Formation professionnelle de la Construction, Bruxelles, 2005.Tous droits de reproduction, de traduction et d’adaptation, par quelque procédé que ce soit, réservés pour tous les pays.D/2005/1698/06

Module 2: Transport et diffusion de la chaleur - Volume 1: Transport de chaleur: pose des canalisations

3

Bien qu’il existe déjà plusieurs publications sur le chauffage central, celles-ci sont trop souvent théoriques ou même dépassées. La ré-daction d’un manuel pratique s’imposait donc pour répondre à une demande certaine.

A l’initiative de l’UBIC, sous la houlette de son président, Roland Debruyne, et avec le soutien de la BOUWUNIE, le FFC (Fonds de Formation professionnelle de la Construction) a reçu pour mission la rédaction du “Manuel modulaire du Chauffage central”. Quelques vo-lumes sont maintenant disponibles, les autres volumes suivront dans le courant des toutes prochaines années.

Certains éléments que l’on retrouve dans le manuel “L’installateur sa-nitaire” seront traités en lien étroit par le comité de rédaction de ce manuel.En ce qui concerne le traitement de l’air, nous collaborons avec l’ATIC (l’Association technique du secteur HVAC) et l’ACA (l’organisation pro-fessionnelle de l’air conditionné).Notre comité de rédaction se compose de personnes motivées issues de l’enseignement, de la formation professionnelle et d’entreprises de chauffage.

Notre ouvrage de référence est constitué de différents modules et s’inspire du profil professionnel. Un module pourra être composé de différents volumes. Ainsi, nous retrouvons des volumes axés sur l’exécution du travail (monteurs), alors que d’autres sont orientés vers l’entretien (techniciens) ou le développement de l’installation (installa-teurs).

Notre manuel veut offrir au lecteur une approche plus visuelle du sujet et alterne pour cela les textes et les illustrations.

Nous voulons rester proches de la réalité et nous en tenir aux principes de l’apprentissage des compétences. Voilà pourquoi nous accordons la préférence à une orientation pratique dans la description de chaque thème. Néanmoins, nos volumes ne reprennent pas d’exercices prati-ques puisque ce ne sont pas des manuels scolaires.

Avant-propos

Situation

Avant-propos


4

Cet ouvrage de référence est développé de façon à être accessible à différents groupes-cibles.Nous sommes partisans de la formation permanente: ce manuel pourra être consulté aussi bien par un élève d’une école secondaire, que par un apprenant en formation continue ou par un installateur de chauffage central désirant rester informé.

L’installation durable sera intégrée dans les différents modules. Pour éviter les redites, nous avons choisi de consacrer, dans chaque vo-lume, un chapitre particulier aux sciences appliquées.Nous essayerons d’intégrer le plus possible des thèmes tels que la sécurité, la santé et l’environnement. Ceux-ci pourront néanmoins être abordés séparément, si nécessaire.Les normes et les publications du CSTC seront traitées dans la même optique.

Eddy Devos, Président du FFC.

Une approche intégrée

RédactionCoordination Léon Du Four

Comité de rédaction Paul Adriaenssens, Inge De Saedeleir, Marc Decat, Gustaaf Flamant, Marc Legrand, Eric Maertens, René Onkelinx, Jacques Rouseu, Patrick Uten

Textes Alex Dene, Jacques Rouseu, Patrick Uten

Dessins Thomas De Jongh

Comité de lecture Gaston Ledoyen, René Onkelinx, Alain Hillaert

Contact Vous pouvez adresser toutes vos remarques, questions au: FFC - Rue Royale 45 - 1000 Bruxelles Tél.: 02 210 03 33 - Fax: 02 210 03 99 www.laconstruction.be

Remarque Les dessins d’habitations utilisés sont basés sur les maquettes édi-tées par le FFC et peuvent être utilisés en complément, pour mieux comprendre le caractère tridimensionnel d’un plan d’habitation.

Rédaction

Autonomie vis-à-vis de la formation


5

Table des matièresAvant-propos .............................................................................................................................................. 3

Rédaction ................................................................................................................................................... 4

1 LA POSE DES CANALISATIONS ............................................................................................................ 7

1.1 Introduction .................................................................................. 7 1.1.1 Les canalisations et leur équipement .................................. 7 1.1.2 Choix du matériau ............................................................... 71.2 La dilatation des tuyauteries ........................................................ 9 1.2.1 Coefficient de dilatation linéaire (αl ) ................................... 9 1.2.2 L’allongement (Δl) ...............................................................111.3 Compensation de l’allongement ................................................ 13 1.3.1 Compensateurs de dilatation ............................................ 13 1.3.2 Compensateurs de dilatation axiaux ................................. 23 1.3.3 Supports à point fixe ......................................................... 251.4 Fixation des canalisations .......................................................... 26 1.4.1 Introduction ....................................................................... 26 1.4.2 Pose de fixation à point coulissant (PC) ........................... 27 1.4.3 Pose de points fixes (PF)................................................... 31 1.4.4 Détermination des distances entre colliers ....................... 331.5 Montage et fixation .................................................................... 34 1.5.1 La pose de canalisations ................................................... 34 1.5.2 Canalisations en saillie ...................................................... 37 1.5.3 Manchons coupe-feu/compartimentage .......................... 40 1.5.4 Canalisations tendres encastrées ..................................... 41 1.5.5 Raccordement au collecteur/répartiteur ........................... 43

2 ACCESSOIRES POUR LA POSE DE TUYAUX ..................................................................................... 45

3 OUTILLAGE POUR POSE DE CANALISATIONS ................................................................................. 47

4 SCIENCES APPLIQUÉES ...................................................................................................................... 48

4.1 Mesures de longueur ............................................................... 484.2 Masse volumique ..................................................................... 484.3 Pression ................................................................................... 504.4 Température ............................................................................. 514.5 Diffusion ................................................................................... 524.6 Dilatation thermique des corps ................................................ 544.7 Élasticité – fluage et retrait – mémoire thermique.................... 564.8 Vases communicants ............................................................... 584.9 Principe de Pascal ................................................................... 59

Table des matières


6

4.10 Alliages ..................................................................................... 59 4.10.1 Soudure ......................................................................... 60 4.10.2 Acier .............................................................................. 60 4.10.3 Acier inoxydable (inox) .................................................. 61 4.10.4 Alliages de zinc .............................................................. 61 4.10.5 Alliages de cuivre .......................................................... 62

5 ANNEXES ............................................................................................................................................... 63

5.1 Dimensions de tuyaux correspondant aux fixations................ 635.2 Composition des types d’acier ................................................ 64

Table des matières


7

1 La pose des canalisations1.1 Introduction

La tuyauterie assure le transport (distribution) de l’eau chaude vers les corps de chauffe (amenée) ainsi que le retour de l’eau refroidie vers la chaudière (retour).

1.1.1 Les canalisations et leur équipementPar équipement des canalisations, nous entendons tous les accessoi-res nécessaires pour assurer un montage aisé, une réparation rapide et un bon fonctionnement de l’installation. Citons comme exemples, parmi l’équipement des canalisations: – les tuyaux,– les accessoires et fixations,– les raccords,– les vannes,– les purgeurs,– les compensateurs de dilatation.

1.1.2 Choix du matériauLe choix du matériau doit tenir compte de plusieurs critères:

– pour éviter la formation de boue ou de corrosion, l’air et l’oxygène ne peuvent pas pénétrer (= diffusion d’oxygène1). C’est pourquoi on ne peut pas utiliser de tuyaux en matière synthétique sans barrière anti-oxygène.

– il est déconseillé d’utiliser des tuyaux et des raccords en acier gal-vanisé en combinaison avec d’autres métaux à cause du risque de corrosion;

– le matériau ne peut pas se déformer sous l’effet de la température;

– les pertes de charge (résistances présentes dans la tuyauterie) doi-vent être limitées au maximum (diamètres nominaux corrects).

Chapitre 1: La pose des canalisations

1 Vous trouverez des informations plus détaillées au chapitre “Sciences appliquées”.


8


Aperçu des matériaux utilisables pour la tuyauterie2

Matériaux utilisables pour la tuyauterie

Recommandations

Acier - Tubes filetables selon la norme NBN A 25-103 + EN 10 224

- Tubes soudables selon la norme NBN A 25-104 + EN 10 224 + EN 10 208-1.

- Tubes à paroi mince, avec agrément de l’UBAtc (ATG) + EN 10 305-3

Cuivre- Tubes selon la norme NBN P 12-101 +

EN 1057 et la pr EN 12 735-1

Matériaux synthétiques

- Tubes à écran anti-oxygène, avec agrément de l’UBAtc (ATG) + NBN T 42-003

Acier inoxydable(= inox)

- Qualités 304, 304L, 316, 316L, ou 316Ti, selon AISI (American Iron and Steel Institute) acier austénitique

- NBN EN 10 088- Tubes suivant EN 10 305

Source: Georg Fischer

Source: Wieland

Source: WTH chaffage par sol

2 Vous trouverez des informations plus détaillées dans le volume “Tuyaux: matériaux, façonnage, joints et fixations”.


9

Quelques explications préliminaires s’imposent concernant des concepts très utilisés lors de la spécification des tuyaux:

– diamètre extérieur (mm)Généralement indiqué par “D” (ou, en anglais, par OD outside diame-ter). C’est la mesure la plus utilisée pour désigner les tuyaux. Unité mm.

– diamètre intérieur (mm)Généralement indiqué par “d” (ou, en anglais, par ID inside diameter); ce n’est pas une valeur standardisée.Unité mm.

– diamètre nominal (sans dimension précise)Généralement indiqué en français par “DN”; c’est un nombre abstrait qui caractérise les éléments de tuyauterie assortis (tubes, raccords, vannes). Le diamètre nominal se rapproche du diamètre intérieur (en mm) de la canalisation.

– épaisseur de la paroiValeur standardisée, généralement exprimée par “e”.

N.B. Pour raccorder les canalisations, on choisit une technique dé-terminée. Quand on a besoin d’accessoires (p. ex. des raccords à compression), on utilise tous les éléments d’une même marque, d’un même système ayant les propriétés correctes.

1.2 La dilatation des tuyauteries

1.2.1 Coefficient de dilatation linéaire (αl )

Introduction

On appelle coefficient de dilatation linéaire la dilatation d’un mètre de tuyauterie soumis à une variation de température de 1 Kelvin (1 K).

Symbole αl (alfa) et unité mm par m par Kelvin (mm / (m · K).

Chaque matériau (canalisation multicouche) possède un coefficient de dilatation linéaire différent.


Source: Thomas De Jongh

e


10


Détermination à l’aide d’un tableau

Coefficient de dilatation αl de quelques matériaux pour tuyaux

Méthode d’assemblage3

Matériau mm / (m • K) K-1

Acier 0,012 1,2 · 10-5 Raccord à compression, vissage, sertissage, soudage

Acier inoxydable 0,017 1,7 · 10-5 Raccord à compression, soudage, sertissage, (brasage)

Cuivre 0,017 1,7 · 10-5 Raccord à compression, soudage, sertissage, raccord à douille

Tuyau multicouche 0,025 2,5 · 10-5 Raccord à compression, sertissage, raccord à douille

PVC-C 0,065 6,5 · 10-5 Raccord à compression, collage, raccord à douille, (vissage)

PB 0,13 1,3 · 10-4 Raccord à compression, polyfusion (= manchon électrosoudable), raccord à douille

PE-X 0,14 - 0,20 1,4 · 10-4 - 2,0 · 10-4 Raccord à compression, sertissage, raccord à douille

PP-R/PP-C 0,15 - 0,18 1,5 · 10-4 - 1,8 · 10-4 (Raccord à compression), polyfusion (= manchon électrosoudable), sertissage

N.B. Les données peuvent varier d’un fabricant à l’autre.

“Pour les très grands nombres on utilise souvent la notation scientifique afin de représenter le chiffre par une approximation. Ainsi le nombre 123.456.789.012.345 est rendu par l’équation 1,23 · 1014. Dans l’exemple donné, l’écart par rapport au nombre exact est de moins d’un demi pour cent. Lorsqu’on utilise la notation scientifique pour représenter des nombres très petits, on utilise comme exposant un nombre négatif. Exemple : 0,000000000000345 peut s’écrire comme suit: 3,45 · 10-13 .” (Source: WIKIPEDIA)

Détermination à l’aide d’un graphique

0,0

12

0,0

17

0,0

17

0,0

25

0,0

65

0,1

30

0,1

40

0,1

50

0,1

80

-0,01

0,02

0,05

0,08

0,11

0,14

0,17

0,2

Représentation graphique du coefficient de dilatation linéaire

acier

inox

cuivre

tuyau multicouche

PVC-C

PB

PE-X

PP-R

PP-C

�l

3 Vous trouverez des informations plus détaillées dans le volume “Tuyaux: matériaux, façonnage, joints et fixations”.


11


Coefficient de dilatation linéaire en mm / (m · K)

0,012

0,017

0,017

0,025

0,065

0,130

0,140

0,150

0,180

00,050,10,150,20,25

acier

cuivre

inox

tuyau multicouche

PVC-C

PB

PE-X

PP-R

PP-C

1.2.2 L’allongement (Δl)IntroductionLes canalisations en acier, en cuivre, en acier inoxydable et en matière synthétique se dilatent par réchauffement dans le sens longitudinal ou axial; ce phénomène s’appelle allongement (Δl) ou dilatation.On tient compte des variations de longueur qui vont survenir en cas de changement de température dans une disposition libre (coulissante).

Détermination analytique (calcul)Nous pouvons déterminer l’allongement d’une canalisation en appli-quant la formule suivante.Δl = l · αl · ΔΤ Où: Δl = l’allongement en mml = la longueur de la canalisation en mαl = coefficient de dilatation linéaire en mm / (m · K) Δθ = ΔΤ = différence de température en K

Exemple 1 Exemple 2

Cuivre: αl = 0,017 mm / (m · K)Matière synthétique PP-R: αl = 0,15 mm / (m · K)

Longueur l = 10 m Longueur l = 10 m

Δθ = ΔΤ = 50 K Δθ = ΔΤ = 50 K

Δl = l · αl · ΔΤ Δl = l · αl · ΔΤ

Δl = 10 x 0,017 x 50 = 8,5 mm Δl = 10 x 0,15 x 50 = 75 mm


12


Détermination à l’aide d’un tableauLe tableau indique l’allongement (Δl) en mm par mètre pour les varia-tions de température correspondantes.

Matériau, par mètreDifférence de température ΔT en K

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Acier 0,12 0,24 0,36 0,48 0,60 0,72 0,84 0,96 1,08 1,20

Inox 0,17 0,34 0,51 0,68 0,85 1,02 1,19 1,36 1,53 1,70

Cuivre 0,17 0,34 0,51 0,68 0,85 1,02 1,19 1,36 1,53 1,70

Tuyau multicouche 0,25 0,50 0,75 1,00 1,25 1,50 1,75 2,00 2,25 2,50

PVC-C 0,65 1,30 1,95 2,60 3,25 3,90 4,55 5,20 5,85 6,50

PB 1,30 2,60 3,90 5,20 6,50 7,80 9,10 10,40 11,70 13,00

PE-X 1,40 2,80 4,20 5,60 7,00 8,40 9,80 11,20 12,60 14,00

PP-R 1,50 3,00 4,50 6,00 7,50 9,00 10,50 12,00 13,50 15,00

PP-C 1,80 3,60 5,40 7,20 9,00 10,80 12,60 14,40 16,20 18,00

N.B. Les données peuvent varier d’un fabricant à l’autre.

Détermination à l’aide d’un graphique

Allongement de différents matériaux de tuyaux, par m

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

différence de température en K

allo

ng

em

en

t e

n m

m

PP-C

PP-R

PE-X

PB

PVC-C

tuyaumulticouche

cuivre

inox

acier


13


1.3 Compensation de l’allongementLorsque de l’eau chaude circule dans les tuyaux, ceux-ci vont se di-later ou se contracter, selon la température et la nature du matériau. Ces données se retrouvent dans les tableaux relatifs au coefficient de dilatation4.

L’allongement peut être compensé par:– la pose correcte de la canalisation,– la pose de coudes,– la pose de compensateurs de dilatation,– la fixation des canalisations (supports à point fixe).

1.3.1 Compensateurs de dilatationBut et descriptionLa dilatation des conduites dans le sens axial est compensée par la flexibilité (élasticité) du coude (= bras de flexion BF).

Le coude est cintré dans le tuyau ou on utilise des coudes (soudage, sertissage, brasage). Les coudes soudés sont appliqués sur les cana-lisations dont le diamètre est supérieur à DN 32.

Les colliers (PF point fixe et PC point coulissant) permettent au tuyau de bouger dans le bon sens.

Exécutions

– En L en tube cintré (pour les faibles dilatations)




14




– En Z en tube cintré

– En T

– Arceau, lyre ou compensateur de dilatation en U, en tube cintré – Compensateur de dilatation en U:

o réalisé au moyen de raccords, o construction soudée ou brasée,



15


o compris dans la pose de la canalisation.

La taille du compensateur de dilatation (longueur du bras de flexion x largeur) dépend de l’allongement de la partie comprise entre les deux points fixes (PF) qui doit être compensée par le coude.Cet allongement peut être déterminé à l’aide d’un tableau, d’un graphi-que ou par calcul (méthode analytique).



Légende- 1 = bon- 2 = mauvais- 3 = mieux


16


La constante du matériau (c)La constante du matériau est un nombre propre à ce dernier et est en relation avec le module d’élasticité5.

Valeurs indicatives

Constante du matériau (c)

Coude simple, coude en Z, té (= 90°) Coude double/en U (= 180°)

acier cuivre inoxtuyaumultic.

PE-X PB PP-R PP acier cuivre inoxtuyaumultic.

PE-X PB PP-R PP

45 61 45 33 27 10 30 30 25 32 25 33 27 10 30 30

Détermination du compensateur de dilatationPour réaliser le compensateur de dilatation, il faut déterminer:– l’allongement (Δl),– la longueur minimum du bras de flexion (LBF),– la largeur du compensateur de dilatation (A min).

a. L’allongement (Δl)= la dilatation totale

Ë calcul:Δl = l · αl · ΔΤ

Où: Δl = l’allongement en mm l = la longueur de la canalisation ou la longueur totale entre les

points fixes en mαl = coefficient de dilatation linéaire en mm / (m · K)ΔΤ = différence de température en K

Ë à l’aide d’un tableau:

Allongement en mm/m pour différents matériaux

MatériauDifférence de température en K

10 20 30 40 50 60 70 80

PP-R 1,5 3 4,5 6 7,5 9 10,5 12

PE-X 1,4 2,8 4,2 5,6 7 8,4 9,8 11,2

Tuyau multicouche

0,25 0,5 0,75 1 1,25 1,5 1,75 2

Cuivre 0,17 0,34 0,51 0,68 0,85 1,02 1,19 1,36

Inox 0,17 0,32 0,48 0,64 0,8 0,96 1,12 1,28

Acier 0,12 0,24 0,36 0,48 0,6 0,72 0,84 0,96



17


Ë à l’aide d’un graphique:

b. La longueur minimum du bras de flexion (LBF)= partie du compensateur de dilatation

Ë calcul:LBF = c · √⎯ ⎯ ⎯ ⎯ ⎯

Où: LBF = longueur minimum du bras de flexion en mmc = constante, dépendante du matériauD = diamètre extérieur en mmΔl = l’allongement en mm


Longueur du bras de flexion en mm pour différents matériaux DN 25

MatériauAllongement en mm

10 20 30 40 50 60 70 80

Tuyau multicouche

590 835 1 022 1 181 1 320 1 446 1 562 1 670

PP-R 537 759 930 1 073 1 200 1 315 1 420 1 518

Cuivre 535 757 927 1 071 1 197 1 312 1 417 1 515

PE-X 483 683 837 966 1 080 1 183 1 278 1 366

Acier 459 649 795 918 1 026 1 124 1 214 1 298

Inox 418 592 725 837 935 1 025 1 107 1 183

D · Δl


18



c. Largeur du compensateur de dilatation Amin

Ë calcul:Amin = 2 · Δl + Ds

Où: Amin = largeur minimum du compensateur de dilatation en mmΔl = l’allongement en mm Ds = minimum 150 mm (distance de sécurité)


Largeur minimum du compensateur de dilatation pour différents matériaux DN 25


10 20 30 40 50 60 70 80

PP-R 153 156 159 162 165 168 171 174

PE-X 153 156 158 161 164 167 170 172

Tuyau multicouche

151 151 152 152 153 153 154 154

Cuivre 150 151 151 151 152 152 153 153

Inox 150 151 151 151 152 152 152 152

Acier 150 150 151 151 151 151 152 152


19



Exemple pratique 1Déterminez la longueur du bras de flexion pour un tube multicouche PE-X/Al/PE-X de 10 m de long, pour une hausse de température de 20 °C à 60 °C et un diamètre de 26 x 3 mm.La constante du matériau (c) est égale à 33.

On peut calculer la longueur minimum du bras de flexion à l’aide d’un tableau, d’un diagramme ou des formules suivantes.



20


a. L’allongement (Δl) (mm) = la dilatation totale de la longueur du tuyau

Ë calcul:Δl = l · αl · ΔΤ

Où:l = 10 mαl = 0,025 mm / (m · K)Δθ = ΔΤ = 40 K (= 60 °C – 20 °C)Δl = 10 · 0,025 · 40 = 10 mm


Tuyau multicouche: PE-X/Al/PE-X

Différence de température ΔΤ en K

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

AllongementΔl (mm)

2,5 5,0 7,5 10,0 12,5 15,0 17,5 20,0 22,5 25,0


b. La longueur minimum du bras de flexion (LBF) en mm

Ë calcul:LBF = c · √⎯ ⎯ ⎯ ⎯ ⎯

Où: c = 33 D = 26 mm Δl = 10 mmLBF = 33 · √⎯ ⎯ ⎯ ⎯ ⎯ ⎯ = 532,1 mm

Coefficient de dilatation linéaire pour PE-X/Al/PE-X

0

5

10

15

20

25

30

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

différence de température en K

allo

ng

em

en

t e

n m

m

10 m

D · Δl

26 · 10


21



Tuyau multicouche PE-X/AL/PE-X Ø 26 x 3 mm

Allongement en mm 10 20 30 40 50 60 70 80

Longueur du bras de flexion en mm

532 752 922 1 064 1 190 1 303 1 408 1 505


c. Largeur du compensateur de dilatation Amin

Ë calcul:Amin = 2 · Δl + DsOù: Δl = l’allongement en mm Ds = 150 mm Amin = 2 · 10 + 150Amin = 170 mm


Largeur minimum d’un compensateur de dilatation pour tuyau multicouche PE-X/Al/PE-X


0 10 20 30 40 50 60 70 80

Ø 26 x 3 mm 150 170 190 210 230 250 270 290 310


22



Pour les tuyaux de diamètre supérieur à 32 mm, il faut appliquer des accessoires soudés.

Montage d’un compensateur de dilatation

Les compensateurs de dilatation ne peuvent compenser que l’allon-gement dans le sens longitudinal. C’est pourquoi il faut placer des colliers des deux côtés afin que le tuyau puisse bouger.

En pratique, pour qu’un compensateur de dilatation fonctionne bien, on le monte avec une précontrainte (p. ex. au moyen d’une cale en bois qui sera enlevée après le montage). Cela veut dire que le compensa-teur de dilatation à l’état froid est étiré vers l’extérieur de manière égale à l’allongement (Δl) de la partie comprise entre les deux points fixes (PF) en situation normale (régime).


23


Remarque: – en fonctionnement normal (situation de régime), la tension exercée

sur le compensateur de dilatation est de “zéro”;– lors du montage, on fixera d’abord les points fixes (PF) puis on mon-

tera le compensateur de dilatation.

1.3.2 Compensateurs de dilatation axiaux

But et description

On utilise les compensateurs de dilatation axiaux pour compenser la dilatation des canalisations lorsque l’espace est trop réduit pour pla-cer un compensateur de dilatation en U ou pour des raisons d’esthé-tique. Un compensateur de dilatation axial se compose d’une pièce d’expan-sion fixée des deux côtés par un bout fileté (petits diamètres) ou non fileté (soudable) ou des brides pour les grands diamètres.



24


ExécutionsSelon le diamètre du tuyau, les bouts sont pourvus ou non d’un file-tage intérieur ou extérieur, sont soudés ou raccordés par des brides.

La pièce de dilatation peut comprendre différents matériaux: Ë avec une partie en caoutchouc ou en matière synthétique:– avantage: peut compenser les vibrations;– inconvénient: ne résiste pas à des températures élevées, fragile à

l’emploi.

Ë avec partie métallique:– avantage: résiste à des températures et des pressions élevées.

Source: PSC

Source: PSC

Source: Inter metalflex

Source: PSC

Source: WICU


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Montage d’un compensateur de dilatation axialComme c’est le cas pour les compensateurs de dilatation en U, les compensateurs de dilatation axiaux sont montés avec une précon-trainte afin de ne pas subir de contrainte supplémentaire en situation de régime (de fonctionnement normal).

Pour simplifier le montage, les petits compensateurs sont souvent pré-contraints à l’aide d’un ressort qui ne peut être enlevé qu’après le mon-tage du compensateur entre deux éléments de canalisation.

Au montage, on s’assure que le tuyau ne pèse pas de tout son poids sur le compensateur (pose de points fixes).

1.3.3 Supports à point fixe

Cette méthode se présente généralement dans les canalisations en-castrées.Elle consiste à serrer la canalisation de telle sorte que les forces axia-les (forces longitudinales), provoquées par la dilatation thermique à l’intérieur du matériau, soient absorbées sans que la canalisation flé-chisse. Les forces nécessaires pour empêcher la dilatation d’un tuyau en matière synthétique sont beaucoup plus petites que pour empêcher la dilatation un tuyau identique en acier (grâce au module d’élasticité6 relativement bas des matières synthétiques).

Le serrage dans le sol s’effectue, p. ex. en faisant décrire un S à la ca-nalisation juste avant le raccordement au radiateur ou au collecteur.





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Cette méthode est absolument déconseillée comme solution standard pour les tubes extrudés7, étant donné que des tensions élevées peu-vent survenir dans la paroi du tube. Ces tensions peuvent dépasser la pression et/ou la tension maximales admissibles du matériau, ou occasionner une fatigue du matériau en cas de fortes variations de la température.

Mais cette application est utilisée avec les tuyaux encastrés, afin d’évi-ter que les canalisations n’arrachent les radiateurs ou les collecteurs du mur.

1.4 Fixation des canalisations

1.4.1 IntroductionLes fixations pour tuyaux (colliers, étriers de suspension...) remplis-sent deux fonctions:– supporter la tuyauterie;– envoyer éventuellement la dilatation causée par les variations de

température pendant le service dans la direction souhaitée.

Les colliers sont produits en différents métaux, avec ou sans intérieur plastifié, ainsi qu’en matière synthétique. On choisira le collier qui con-vient en fonction de l’application.

Modes de fixation des conduites: – fixation à point coulissant (PC), guidage axial: nous permettons

le déplacement à cet endroit: o suspension fixe avec possibilité de mouvement dans le collier; o suspension libre sans possibilité de mouvement dans le collier

(p. ex. contre le mur, sur une tige filetée); o suspension libre avec possibilité de mouvement (p. ex. collier à

joint articulé); o suspension avec colliers coulissants adaptés.– fixation à point fixe (PF); nous empêchons le déplacement en ce

point.

Ces possibilités seront discutées ci-après.


Source: René Onkelinx

Source: Flamco

7 L’extrusion est le procédé de production des tubes en matière synthétique.


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1.4.2 Pose de fixation à point coulissant (PC)

IntroductionCes colliers servent à supporter le tuyau et, en combinaison avec les points fixes, à compenser la dilatation linéaire du tuyau au bon en-droit.

Pour les canalisations de petit diamètre, on peut appliquer des fixa-tions courantes trouvées dans le commerce comme des colliers en acier (éventuellement avec couche protectrice), en alliage de cuivre, en zamak8, en aluminium, en matière synthétique. Le matériau des colliers sera de nature à ne pas endommager la paroi extérieure des tuyaux, que ce soit de manière mécanique ou par électrolyse8 (corrosion due à l’emploi de matériaux différents en contact avec l’humidité).

Si l’on veut obtenir une isolation acoustique, il faut utiliser des colliers isolés dont l’intérieur est revêtu d’une bande de matière synthétique ou de caoutchouc.

Les tuyaux de grand diamètre sont suspendus au plafond à l’aide de tiges filetées, d’une bande perforée ou de fixations appropriées.



PC

PC

PC

PC


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Le choix du matériau des colliers dépend du matériau et du diamètre de la canalisation.

Quelques exemples:

Source: Rofix (sadaro double)

Source: Rofix (collier simple)

Source: Flamco (collier à encliqueter simple)

Source: Rofix (collier simple)

Source: Rofix: (collier double)

Source: Rofix (collier synthétique 1)

Source: Rofix (collier synthétique 2)


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L’écartement des fixations à point coulissant dépend:– du matériau de base du tuyau: cuivre, matière synthétique, acier...– de la température du fluide,– du revêtement du tuyau: avec isolation et/ou protection mécanique.

Suspension fixe avec possibilité de mouvement dans le collierLes mouvements du tuyau sont compensés par le glissement dans le collier. Ces mouvements doivent rester très limités:– pour ne pas endommager le tuyau,– pour éviter les bruits.

Le collier peut être fixé au mur ou au plafond de différentes manières:– avec une tige filetée,– avec des profilés de montage,– avec un dock fileté et une cheville,– ...



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Suspension libre sans possibilité de mouvement dans le collierAvec cette série de colliers, les mouvements du tuyau sont compen-sés par la fixation. Les colliers à fixation fixe peuvent être appliqués dans une suspension libre.

Par exemple:– à une tige filetée,– à une bande de montage.

Les mouvements du tuyau sont alors compensés par la suspension libre.

Suspension libre avec possibilité de mouvementToutefois, si le tuyau a besoin d’une certaine liberté de mouvement, on peut aussi utiliser des colliers équipés d’un point d’articulation.

Par exemple:– collier à joint articulé.

Source: Müpro


Source: Flamco


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Suspension avec colliers spéciauxL’équipement spécial de ces colliers leur laisse une possibilité de mou-vement, tandis que le collier apporte quand même le soutien néces-saire à la canalisation. Selon l’exécution, le collier peut être pourvu d’un bloc coulissant, et éventuellement d’une atténuation sonore.

1.4.3 Pose de points fixes (PF)

IntroductionDans ce cas, les fixations sont fixes afin que le tuyau ne puisse pas y bouger. Selon l’exécution, elles peuvent être équipées d’une atténua-tion acoustique.

Il est conseillé d’utiliser des points fixes pour compenser les mouve-ments des tuyaux en cas de changements de direction (té ou coude), de réductions, à proximité de radiateurs, de compteurs, de vannes...

Source: Müpro Source: Müpro

Source: Müpro Source: Flamco

Source: Müpro


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On peut (et on doit) déterminer la longueur minimum nécessaire pour compenser la dilatation dans le cas d’un changement de direction (longueur du bras de flexion = LBF).

Source: Thomas De Jongh Source: Thomas De Jongh




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1.4.4 Détermination des distances entre colliers Les distances entre colliers peuvent être déterminées à l’aide de ta-bleaux.Le tableau ci-dessous donne les distances entre colliers à respecter pour les tuyaux en acier, en cuivre, en acier inoxydable, en acier à paroi mince.

Règle pratique générale• Tuyauteries en acier, tuyaux de précision et canalisations en cuivre:Pour une fixation verticale: au moins 2 par hauteur d’étage.

Distances entre colliers à respecter

Diamètre nominal du tuyau (DN)

Distances maximum entre colliers en cm pour canalisations en acier selon pr NBN 30-006

DN ≤ 15 100

15 < DN ≤ 40 200

40 < DN ≤ 100 300

100 < DN ≤ 150 400

Diamètre extérieur du tuyau (en mm)

Distances maximum entre colliers en cm, pour canalisations en cuivre

Horizontalement Verticalement

12 100 150

15 120 180

18 150 220

22 180 240

28 180 240

• Tuyaux en matière synthétique:voir aussi EN 12 108 et NIT 207 (CSTC).Le tableau ci-dessous donne une indication des distances entre col-liers pour des canalisations synthétiques à différentes températures.

Diamètre extérieur du tuyau (en mm)

Distance entre colliers en cm pour cana-lisations synthétiques, selon EN 12-108

Eau froide Eau chaude

D ≤ 16 75 40

16 < D ≤ 20 80 50

20 < D ≤ 25 85 60

25 < D ≤ 32 100 65

32 < D ≤ 40 110 80

40 < D ≤ 50 125 100

50 < D ≤ 63 140 120

63 < D ≤ 75 150 130

75 < D ≤ 90 165 145

90 < D ≤ 110 190 160

Pour les canalisations verticales, la distance doit être multipliée par 1,3.


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Les colliers sont distants d’au moins 0,2 m par rapport aux accessoi-res.Il faut tenir compte de la longueur du bras de flexion (voir plus loin).Pour les fluides ou les gaz dont la masse volumique (ρ) est supérieure à 1 000 kg/m3, on appliquera le facteur de correction suivant.

Masse volumique ρ (kg/m3) Facteur

1 250 0,90

1 500 0,83

1 750 0,77

2 000 0,70

1.5 Montage et fixation

1.5.1 La pose de canalisationsDans la mesure du possible, les canalisations d’une installation de chauffage central sont posées à l’intérieur (pour éviter les déperditions thermiques) et sont peu apparentes (pour des raisons d’esthétique). C’est pourquoi on les monte dans des gaines, dans les murs, les plan-chers, les plafonds, dans des placards ou derrière les rideaux.

Il faut faire en sorte que les canalisations puissent bouger un peu li-brement, car elles se dilatent en se réchauffant et rétrécissent en re-froidissant. La tuyauterie doit être exécutée de manière à compenser la dilatation afin d’éviter les nuisances sonores, la dégradation et la déformation nuisible (arrachement, pinçage...) de la tuyauterie.

Lors de la pose des canalisations, il faut tout d’abord les monter correc-tement afin qu’il soit possible de bien en évacuer l’air au point haut.

Quand le sens d’écoulement passe de l’horizontale à la verticale vers le bas, l’air s’accumule au niveau du changement de direction si la vi-tesse de l’eau n’est pas trop élevée. Il faut donc purger l’air!



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Mais, dans la plupart des cas, la vitesse de l’eau est plus élevée et les bulles d’air sont entraînées par le flux d’eau. Dans ces cas, le purgeur ne sera efficace à cet endroit que quand l’eau est à l’arrêt.

Attention: lorsqu’on désaère des bouteilles de purge, à l’aide d’un pur-geur à rallonge, on commence par évacuer de l’eau, puis l’air et à nou-veau de l’eau. C’est seulement à ce moment que la bouteille de purge est désaérée.


Source: GTI Mortsel


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Source: GTI Mortsel

Source: GTI Mortsel


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1.5.2 Canalisations en saillieMontage favorable des tuyauxL’allongement (et le raccourcissement) des canalisations est compen-sé par les possibilités de dilatation et par l’élasticité de la tuyauterie, permises grâce à l’utilisation de petites longueurs de tuyaux et d’un nombre suffisant de coudes.

Pour la traversée des sols ou des murs, on utilise des fourreaux (tu-bes de pénétration) dans lesquels le tuyau peut bouger librement. Les fourreaux doivent dépasser de 1 cm des murs et des plafonds finis, et d’au moins 2 cm de la face supérieure des planchers finis. Le diamètre intérieur des fourreaux doit être suffisamment grand pour permettre la dilatation et éviter la corrosion.

Légende:– 1 = cloison, mur– 2 = fourreau (à remplir éventuellement de matière synthétique)– 3 = canalisation

Un bon choix et une application correcte des fixations fixes et coulissantes• Les tuyaux doivent être posés dans des gaines appropriées (gouttiè-

res, profilés en U, etc.).

• Les fixations à point coulissant (PC) doivent être placées de manière à ne pas faire involontairement fonction de points fixes pendant que l’installation est en service.

• En principe, un tronçon droit sans branchement et sans compensa-teur de dilatation ne peut être équipé que d’un seul point fixe.

• En présence de tronçons longs, il est conseillé de prévoir ce point fixe au milieu de la longueur, afin que la dilatation soit évacuée et compensée des deux côtés.

• Le tuyau de raccordement aux corps de chauffe ne peut être ni trop court ni trop rigide.



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PC

PC

PC

PC


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Compensation de la dilatationP. ex.: au moyen de boucles de dilatation ou d’un compensateur axial.

Lorsqu’on veut compenser la variation de température, il faut faire at-tention à la dilatation longitudinale. Chaque tronçon de tuyau doit pou-voir se dilater avec une liberté suffisante.

Entre deux points fixes, il faut prévoir une possibilité de dilatation à l’aide d’un changement de direction de la canalisation ou d’un com-pensateur axial qui compensera la dilatation.



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1.5.3 Manchons coupe-feu/compartimentageLes tuyaux synthétiques sont inflammables: ils propagent le feu par leur surface, ils ramollissent et fondent.

Il se forme ainsi dans le mur ou le sol, au droit des traversées de tuyaux, des ouvertures par lesquelles le feu et la fumée peuvent se propager dans les locaux adjacents. À chaque passage d’une canalisation dans un compartiment coupe-feu éventuel (sol ou mur), on utilisera des fourreaux coupe-feu confor-mément à la norme NBN 713-020. L’interstice est garni d’un produit chimique (foisonnant) qui possède la propriété, en cas d’incendie, de se fluidifier et de boucher la pénétration en fondant, barrant ainsi le passage au feu, à la fumée et aux gaz.

Légende:– 1: ruban ignifuge pour tuyaux non inflammables (il se dilate et fait

barrage)– 2: collerette ignifuge pour tuyaux inflammables (le produit ignifuge

enserrera le tuyau synthétique en cas d’incendie)– 3: produit universel pour câbles et tubes

1

2 3

Source: Curaflam

Source: Curaflam Source: Curaflam


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1.5.4 Canalisations tendres encastréesNous entendons, par canalisations tendres, toutes les canalisations en matière synthétique, les tubes en cuivre doux, les tubes multicouches, bref, tous les tuyaux vendus en rouleaux que l’on fixe sous la chape ou dans une cloison.

Pendant la pose de ces systèmes, on veillera à fixer les tuyaux de manière telle que les appareils de chauffage ne glissent pas sur leurs supports et que les tuyaux ne se détachent pas du raccord à com-pression.

Il vaut mieux ne pas faire trop de “coudes de dilatation” en posant la canalisation en zigzag. Cette méthode augmente la longueur du tuyau et, par conséquent, le phénomène d’allongement/raccourcissement.

Une meilleure solution consiste à aller aussi directement que possible vers les appareils et de pratiquer un double coude (en Z) juste avant le raccordement. La canalisation doit être fixée judicieusement à ces en-droits: on obtient ainsi un point fixe. La dilatation et le retrait linéaires du tuyau sont compensés dans le matériau.




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Après avoir été échauffés une première fois, les tuyaux synthétiques peuvent rétrécir jusqu’à un maximum de 3 % selon DIN 16 892 (= 3 cm par 100 cm de tuyau). Pour réduire le retrait9 lors du premier échauffement, on fait subir à certains tuyaux synthétiques un traite-ment complémentaire qui permet de limiter le retrait à 0,5 %. Il faut tenir compte de ce retrait pendant la pose afin que les canalisations encastrées n’exercent pas des tensions de traction excessives sur les collecteurs et les radiateurs.

Lorsqu’on effectue des réparations sur les canalisations encastrées dans le sol, il faut aussi tenir compte du fait qu’elles peuvent “sauter” dans leur fourreau, au moment où l’on déconnecte les canalisations du collecteur.

Il vaut mieux prévoir une couche d’isolation sous les canalisations en-castrées ou utiliser des tuyaux déjà isolés. On évitera ainsi un transfert de chaleur excessif vers le sous-sol non chauffé et on permettra le mouvement éventuel des tuyaux.

Certains fabricants prévoient une couche d’isolation autour du tuyau afin de compenser la dilatation/le retrait.

Supportage, fixation et dilatation dans le sens longitudinal

On fixe les tuyaux au plancher en béton brut à l’aide de colliers simples ou doubles avec cheville, ou d’une bande d’acier galvanisé perforée. Les fixations doivent être placées tout près du raccordement aux ra-diateurs, tous les 1,5 m de tuyau et dans les coudes.




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Tuyaux sur le sol en béton brut

Les tuyaux doivent être montés, si possible, suivant des lignes droites parallèles aux murs.

Étant donné la stabilité dimensionnelle des tuyaux métalliques et mul-ticouches, il n’est pas nécessaire de monter un guidage supplémen-taire dans les coudes. Avec les tuyaux synthétiques flexibles, on peut utiliser des coudes de guidage aux changements de direction.

1.5.5 Raccordement au collecteur/répartiteur

Le raccordement au collecteur/répartiteur doit être logique, de sorte que les tuyaux ne se croisent pas.

La largeur totale des canalisations posées en parallèle, isolation des tuyaux comprise, ne peut pas dépasser environ 30 cm. Sinon, il faut encore poser un autre groupe de tuyaux à une distance minimum de 20 cm pour la stabilité de la chape. On peut déroger à cette règle à proximité directe du répartiteur.




Source: Frankische


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Chapitre 2: Accessoires pour la pose de tuyaux

2 Accessoires pour la pose de tuyaux

Vous trouverez ci-dessous une sélection d’accessoires et raccords à utiliser pour la pose des canalisations en différents matériaux.

Les raccords en acier sont du type à bord renforcé et sont conformes à NBN E 29-003.

Attention: les tuyaux en acier galvanisé ne peuvent être ni soudés ni cintrés, sous peine d’endommager la couche de zinc.

Coude

Légende:– 1 = à souder– 2 = fileté– 3 = fileté– 4 = à sertir pour cuivre– 5 = à sertir pour matière synthétique– 6 = à braser,– 7 = bicône– 8 = à douille

Manchon

Légende:– 1 = à souder– 2 = fileté– 3 = fileté– 4 = à sertir pour cuivre– 5 = à sertir pour matière synthétique– 6 = à braser– 7 = bicône– 8 = à douille

Source: DESCO

Source: DESCO


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Chapitre 2: Accessoires pour la pose de tuyaux

Pièce en T, branchement

Légende:– 1 = fileté– 2 = fileté– 3 = à sertir pour cuivre– 4 = à sertir pour matière synthétique– 6 = à braser– 7 = bicône– 8 = à douille

Manchon d’accouplement

Légende:– 1 = à braser– 2 = bicône– 3 = à douille– 4 = à sertir pour acier à paroi mince– 5 = à sertir pour matière synthétique

Raccord

Légende:– 2 = fileté– 2 = fileté– 3 = à sertir pour acier à paroi mince– 4 = à sertir pour cuivre– 5 = à braser

Source: DESCO

Source: DESCO

Source: DESCO


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Chapitre 3: Outillage pour pose de canalisations

3 Outillage pour pose de canalisationsVous trouverez ci-dessous une sélection d’outils utilisés pour la pose de canalisations.

Pour tuyaux synthétiques

Pour tuyaux en acier Pour tuyaux en cuivre et tuyaux en acier à paroi mince

Aménagement de la camionnette

Coffre à outilsSource: Ulisch

Source: GTI Mortsel

Source: GTI Mortsel Source: GTI Mortsel

Source: Bott


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Chapitre 4: Sciences appliquées

4 Sciences appliquées4.1 Mesures de longueur

Bien que le mètre soit l’unité officielle, plusieurs dérivés décimaux dif-férents sont possibles. Les dérivés les plus connus sont: km, hm, dam, dm, cm et mm.

Mais, dans les formules, il faut toujours ramener les distances au mètre, sous peine de commettre de graves erreurs!

Notation Conversions

Multiples Kilomètre km 1 000 m 1.103 m

Hectomètre hm 100 m 1.102 m

Décamètre dam 10 m 1.101 m

Unité Mètre m 1 m

Subdivisions Décimètre dm 0,1 m 1.10-1 m

Centimètre cm 0,01 m 1.10-2 m

Millimètre mm 0,001 m 1.10-3 m

4.2 Masse volumiqueSi nous prenons un liquide, un gaz ou un solide et que nous détermi-nons son volume et sa masse, nous pouvons déterminer sa masse volumique (= masse spécifique, masse volumique, densité absolue) à une température donnée.

La définition est simple:

masse mMasse volumique = ρ = –––––––– = –––

volume V

(ρ = rhô grec minuscule)

Dans le système SI, nous devons utiliser comme unités le kg et kgle m3. L’unité de densité est donc ––––. m3

gLes anciennes unités figurent encore sur de nombreux tableaux: ––– . cm3

La densité de l’eau pure (ρeau), à 4 °C est de kg g1000 –––– ou 1 ––– . m3 cm3

kgLa densité de l’air (ρair) à 0 °C et 101 325 Pa est de 1,293 –––– . m3


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Dans beaucoup de tableaux, on trouve encore la notion de densité relative (ð) = delta δ (on utilise parfois “d”).

La densité relative est le rapport entre la densité d’un corps (solide, gaz ou liquide) et celle d’un autre corps (corps de référence) dans certaines conditions qui doivent être spécifiées. Ces conditions con-cernent la température et la pression.

Pour parler simplement: la densité relative d’un liquide (ou d’un solide) est une indication du nombre de fois que le liquide est “plus lourd” ou “plus léger” que l’eau, ou du nombre de fois qu’un gaz est “plus lourd” ou “plus léger” que l’air. ρPour les liquides et les solides: ð= –––––. ρeau

ρPour les gaz: ð= –––––. ρair

On n’utilise pas d’unité pour la densité relative, car les unités du numé-rateur et du dénominateur s’annulent.

ComparaisonActuellement, on travaille principalement avec la densité (relative et absolue). Pour être complet, on peut définir le poids volumique d’un liquide, d’un gaz ou d’un solide comme suit:

poids G–––––––– = –––

volume V N

Dans le système SI, nous devons utiliser comme unité –––– . m3

Dans la pratique, on confond souvent masse et poids. Cela veut dire qu’il faut bien regarder quelle est l’unité utilisée.

Température de l’eau

Masse volumiqueen kg/m3

Poids volumiqueen N/m3

0 °C 999,87 9 808,72

4 °C 1 000,00 9 810,00

50 °C 998,07 9 791,07

60 °C 983,24 9 743,69

70 °C 978,81 9 602,13

80 °C 972,83 9 543,47

90 °C 965,34 9 469,99


50


4.3 PressionIl se peut que vous vous sentiez sous pression pour étudier cette ma-tière. Mais qu’entend-on par pression?

En physique, les choses sont simples: on pose une masse sur une surface et on y exerce une force par rapport à cette surface.

Pour parler simplement, la pression est le rapport entre la force exer-cée par une masse sur la surface. Attention: nous parlons bien d’une force. Cela veut dire que nous devons calculer la force pour la masse.

Cette force peut provenir de différentes sources. P. ex. la force d’at-traction de la Terre, la force de dilatation exercée par les variations de température. FDéfinition de la pression: p = –––– où p est la pression, F la force et A la Asurface.Comme la force s’exprime en newton (N) et qu’une surface s’exprimeen m2 dans le système d’unités SI, nous pouvons indiquer la Npression en –––– . On appelle cette unité le Pascal, ou Pa. m2

Une masse de 1 kg déposée sur notre Terre représente donc une force de 9,81 N. Cette valeur représente le poids de cette masse (F = m · g) moù g = 9,81–––– , voir plus haut. s2

NPlacée sur 1 m2, cette masse exerce une pression de 9,81 –––– ou une m2

pression de 9,81 Pa.

On distingue:– la pression atmosphérique: la pression de l’air ambiant. Elle est d’en-

viron 1 013 hPa et change selon le type de temps;– la surpression: la pression supérieure à la pression atmosphérique;– la dépression: la pression inférieure à la pression atmosphérique;– la pression absolue: c’est la pression par rapport au vide à une pres-

sion = “0”.


Pression absolue

Surpression

Dépression

Pression atmosphérique


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Pression absolue = la surpression (nombre positif) + la pression atmosphérique

Pression absolue = la dépression (nombre négatif) + la pression atmosphérique

4.4 TempératureDans la détermination de la température, on a bien vite deviné, dans le passé, que les corps se dilataient quand la température montait et qu’ils se contractaient lorsque la température baissait. Le mercure est apparu quasiment idéal car ce métal liquide se dilate ou se contracte tout à fait uniformément sous l’effet des variations de température.

Un thermomètre au mercure reste donc jusqu’à présent la norme. La température de 0 °C (Celsius) est assimilée au point de fusion (ou de congélation) de l’eau pure. 100 °C est assimilé par définition à la tempé-rature d’ébullition de cette même eau pure.

Attention: ces chiffres ont été établis à une pression normale de l’air. En cas de dépression, le point d’ébullition sera plus bas.

On peut même faire bouillir de l’eau à température ambiante en abais-sant suffisamment la pression. On peut également faire bouillir cette même eau à des températures beaucoup plus élevées pour autant que nous réalisions la surpression nécessaire.

Quand on recherche la température absolument la plus basse que l’on puisse calculer, on doit pourtant faire des choses encore plus difficiles.La température est également liée à la mesure dans laquelle les molé-cules, c’est-à-dire les très petites particules, entrent en vibration et se déplacent les unes par rapport aux autres. La température la plus basse possible a donc été établie comme la température à laquelle toutes ces particules resteraient immobiles.

C’est ce qu’on appelle le zéro absolu. D’après un très grand nombre d’expériences et de calculs, cela se produirait à environ -273 °C. Ce zéro absolu s’appelle donc 0 Kelvin. Ou 0 K.

Cela veut dire que le point de fusion de l’eau, 0 °C, peut être assimilé à 273 K.

Ensuite, si nous assimilons 1 °C à 1 K, nous pouvons affirmer que le point de fusion de l’eau correspond à 373 K. Nous pouvons également exprimer une température ambiante de 20 °C comme 273 K + 20, soit 293 K.

Différence de température

C’est ce que nous appelons le “delta” de température. Le symbole est exprimé par un petit triangle Δ (la lettre capitale grecque delta).



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La température est la valeur mesurée d’un corps donné. Pour indi-quer la température en °C, on utilise le symbole θ (la lettre majuscule grecque thêta) ou un T majuscule si la température est exprimée en Kelvin.

Les écarts entre 2 températures sont évidemment les mêmes, qu’on les exprime en degrés Celsius ou en Kelvin.

Conventions dans ce cours : • différence de température toujours en Kelvin• t: ne pas utiliser• T: température en Kelvin• θ: température en °C

Exemple aTempérature d’un objet 1 θ1 = 10 °CTempérature d’un objet 2 θ2 = 2 °CΔθ = θ1 - θ2

Δθ = 8 °C = ΔT = 8 K

Exemple bTempérature d’un objet 1 θ1 = 10 °CTempérature d’un objet 2 θ2 = - 2 °CΔθ = θ1 - θ2 Δθ = 10 °C – (-2 °C)Δθ = 10 °C + 2 °CΔθ = 12 °C = ΔT = 12 K

4.5 DiffusionEn langage savant, on parle de diffusion quand différents corps vont se mélanger lentement sous l’effet du mouvement des différentes par-ticules (mouvement brownien pour qui veut en savoir plus à ce sujet).

Quand il y a une fuite de gaz, par exemple, le gaz qui a fui (générale-ment du méthane) va se mélanger progressivement à l’air. Sans doute le gaz plus léger se trouvera-t-il dans le haut, mais il n’y aura pas de ligne de démarcation nette.

Les particules de gaz sont renvoyées plus loin en permanence, com-me les billes d’un flipper.

L’air (gaz) dissous dans un liquide dépend aussi de la pression: vous le verrez en ouvrant une bouteille d’eau pétillante! Les bulles de gaz se libèrent rapidement (la pression s’abaisse à la surface du liquide) et le pétillement fait déborder la bouteille.


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Le problème se complique quand il y a entre, p. ex., un liquide et un gaz (eau et air) une séparation qui semble, à première vue, étanche à l’eau et à l’air. Cette paroi (p. ex. un tuyau, la membrane d’un vase d’expansion) est elle aussi composée de particules qui sont bien re-groupées sous une forme solide, mais qui présentent des interstices entre elles.

Des particules solitaires des deux matières, qui ont réussi à vaincre les forces de cohésion et d’adhésion, traversent régulièrement ces in-terstices. Mais comme les mouvements des particules d’air sont beau-coup plus puissants que ceux des particules d’eau, le déplacement à travers la paroi (tuyau) se fera surtout en direction de l’eau.

La diffusion est un élément de la perméance10 (perméabilité).

L’eau absorbe constamment de l’air, même à travers la paroi d’un tuyau. Il est donc important pour l’installation de chauffage que les tuyaux soient “étanches” à la diffusion.

Source: Patrick Uten Source: Patrick Uten

10 La perméance est la quantité de gaz ou de vapeur qui peut traverser un matériau, par exemple la paroi d’un tuyau en matière synthétique.



54


4.6 Dilatation thermique des corpsVous êtes-vous déjà demandé pourquoi une auto roule mieux quand elle démarre “à chaud”? Pas trop chaud, naturellement, sinon on a un gros problème.

Ou pourquoi il y a de petits interstices (surtout l’hiver) entre deux rails de chemin de fer consécutifs? C’est l’effet de la “dilatation thermique” quand la température monte et du “retrait thermique” quand la tempé-rature baisse.

Imaginez une piste de danse où l’on danse calmement. Il y a assez de place pour tout le monde. Mais quand le rythme s’accélère, les gens commencent à se cogner et quand la danse devient vraiment “sau-vage”’, la piste est trop petite. Il y a “dilatation”.

Un corps solide (p. ex. un tuyau métallique) se compose de particules qui sont toutes en mouvement. Elles vibrent, elles dansent en quelque sorte. Des forces de cohésion puissantes maintiennent tout ce petit monde ensemble.

Mais quand la température monte, les vibrations deviennent “plus in-tenses” et “plus larges”. Les forces de cohésion ont un peu plus de mal et les particules s’éloignent les unes des autres. Elles ne quittent pas encore la piste de danse, mais le corps solide, p. ex. un tuyau, devient simplement un peu plus long. Nous appelons ce phénomène dilatation linéaire (allongement).

Vous comprendrez aussi que l’écart entre les particules est différent pour pratiquement tous les corps solides. La dilatation linéaire sera donc différente pour chaque corps. C’est ce que nous appelons le coefficient de dilatation linéaire d’un corps solide.



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Heureusement, on peut aussi calculer cette dilatation linéaire. On le fait à l’aide de la formule suivante:

– ΔT = Tf – Ti ; nous établissons la différence entre la température finale (Tf) et la température initiale (Ti) du tuyau.

– Δl = lf – li ; cette équation représente la différence entre la longueur initiale (li) et la longueur finale (lf) du tuyau. ΔlLe coefficient de dilatation linéaire (αl) est donc: αl = –––––––. li · ΔTOn peut en déduire une unité: m–––––– m · K 1ou ––– K ou encore K–1

ou encore: mm / (m · K)

Quelques exemples de coefficients de dilatation linéaire (αl):

Corps 1

α en –––– ou en K–1

Kmm / (m · K)

Aluminium 2,38 · 10-5 0,024

Acier 1,2 · 10-5 0,012

Cuivre 1,7 · 10-5 0,017

PE-X 1,4 · 10-4 0,14

Nous pouvons alors calculer la dilatation linéaire (allongement) propre-ment dite à l’aide de la formule suivante: Δl = li · αl · ΔΤ

Remarque importanteJusqu’à présent, nous avons parlé uniquement de la dilatation linéaire des corps. Mais un tuyau métallique a aussi, comme tous les corps, une dilatation cubique (tridimensionnelle). Mais si l’on considère l’épaisseur du métal par rapport à sa longueur, la dilatation cubique peut être considérée à peu près tout à fait comme linéaire. Cette re-marque visait simplement à compléter l’information.

Corps 1

γ en –––– ou en K–1

K mm3 / (m3 · K)

Acier 3,51 · 10-5 35 100

Eau 2,1 · 10-4 210 000

En d’autres termes: l’eau se dilate de 210 cm3 par m3 pour une hausse de température de 1 K; pour le fer, cette dilatation est de 35,1 cm3.


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4.7 Élasticité - fluage et retrait - mémoire thermique

Prenez un élastique et tendez-le prudemment. Pas trop loin. Détendez-le maintenant. Il retrouve ses dimensions initiales. L’élasticité en est responsable en tant que “propriété physique”.

Si vous dépassez cette limite, une déformation survient et le corps ne retrouve plus sa forme initiale.

Le comportement d’un matériau dans le domaine de la déformation élastique est caractérisé par son module d’élasticité (E), qui indique le rapport entre la tension (τ) du matériau et la modification qui survient dans la longueur ou allongement (ε). Ce comportement est déterminé par la loi de Hoocke. τE = –––– ε

C’est dans la contrainte de flexion (cintrage) que l’importance du mo-dule d’élasticité s’exprime le mieux. La flexion (le cintrage) d’un maté-riau donné est en effet inversement proportionnelle au module d’élas-ticité; si bien que la flexion la plus petite survient lorsque le E est le plus élevé.

C’est de là que vient la notion de limite d’élasticité qui indique la ten-sion maximum jusqu’à laquelle toutes les modifications géométriques seront parfaitement restaurées quand on élève la contrainte et où no-tre élastique retrouvera sa forme initiale.

Si le cœur vous en dit, reprenez l’élastique et mesurez sa longueur avec précision. Tendez-le ensuite fortement pendant une heure et me-surez à nouveau sa longueur.

Vous constaterez certainement qu’il s’est allongé un peu (si vous ne l’avez pas cassé). Vous connaissez aussi ce phénomène avec les élas-tiques des vêtements.

En termes savants: chaque corps a une limite d’élasticité. Au-delà de cette limite, appelée limite d’élasticité 0,2 (= 0,2 % de la longueur initiale), une déformation permanente survient et le corps ne retrouve plus sa forme initiale.

Le module d’élasticité indique si le matériau subit facilement (souple) ou difficilement une déformation élastique (rigide).

E = module d’élasticité


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Explication du diagramme:

tensionModule E = ––––––––––––––––––– = tg angle α allongement relatif

On peut tirer les informations suivantes de ce diagramme:– la résistance à la traction, qui indique si le matériau est résistant ou

faible;– la limite de fluage ou limite d’élasticité 0,2, dont il ressort si le maté-

riau est raide ou mou;– l’allongement, qui indique si le matériau est tenace ou friable;– le module d’élasticité, une constante du matériau qui indique si le

matériau en question est rigide ou souple.

Module d’élasticité E de différents matériaux en N/mm2

Acier 206 000

Cuivre 128 000

Fonte 98 100

Alliages d’aluminium 68 600

Polyéthylène 120

PE-Xa 550

PE-Hd 800-1 500

Si le tuyau en PVC devient plastique, les choses vont mal pour lui: l’état d’agrégation se modifie (quelque part entre liquide et solide), la dilatation augmente.



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Au refroidissement, tout retrouve sa forme initiale. Si nous répétons plusieurs fois de suite l’opération, nous serons confrontés aux phéno-mènes de l’élasticité et la limite d’élasticité sera tôt ou tard dépassée. Si nous chauffons trop, le corps proprement dit se modifiera et sa mémoire thermique s’effacera totalement.

Nous parlions plus haut, en cas de refroidissement après échauffe-ment, du retour à la forme, au volume et à la longueur de départ. Ces phénomènes ne sont pourtant pas évidents, étant donné tout ce qui précède.

Après des refroidissements répétés ou de nombreuses détentes après allongement, certains corps solides deviennent un peu plus longs qu’au départ (fluage) et d’autres un peu plus courts (retrait).

Le fluage (modification de la longueur) survient aussi si le matériau est soumis à une contrainte permanente.

4.8 Vases communicantsSi on prend un bout de tuyau d’arrosage transparent dans lequel il reste un peu d’eau et qu’on en relève les deux extrémités, on remarque que l’eau reste toujours à la même hauteur des deux côtés. Quelle que soit la différence de hauteur entre les deux extrémités, le niveau d’eau reste égal.

Il s’agit en fait de deux vases communicants.

Les vases communicants sont des récipients ouverts qui sont reliés entre eux de telle manière que les liquides peuvent s’écouler d’un réci-pient dans l’autre. Tous les niveaux de liquide sont identiques.On appelle d’ailleurs ce niveau horizontal identique le niveau d’eau...

Si l’on remplit l’un de ces tubes de liquide, l’autre tube se remplira automatiquement du liquide. P. ex.: dans les radiateurs à purgeurs ouverts.

C’est pourquoi on utilise des vases communicants dans beaucoup d’applications techniques. Par exemple dans les indicateurs de niveau ou dans les écluses. Un siphon fonctionne également selon ce prin-cipe. Nous avons alors une “occlusion hydraulique”.



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4.9 Principe de Pascal “Une pression s’exerçant sur un fluide est uniformément transmise par le fluide dans toutes les directions.”

La pression exercée par le piston sur le fluide se déplace donc dans toutes les directions. Y compris dans les “vases” qui y sont reliés. Mais comme seule règne la pression atmosphérique dans ces vases ou ces tubes, le niveau s’uniformise. Tout comme dans les “vases communi-cants”.

Au lieu d’un piston qui donne de la pression, cela peut aussi provenir de la pression initiale dans le vase d’expansion qui provoque la com-pression.

Nous pouvons en fait expliquer les “vases communicants” à l’aide de ce principe (ou loi) de Pascal. La pression exercée ici est la pression atmosphérique qui provient, à son tour, de la force d’attraction terres-tre.

4.10 AlliagesPour renforcer la résistance et la dureté des métaux, on les porte à fusion et on leur ajoute un autre métal, dont les atomes sont de taille différente.

On ne peut d’ailleurs mélanger des métaux que quand tous deux sont fondus. Ce mélange porte le nom d’alliage.

Ce mélange homogène (ou solution) de 2 ou plusieurs métaux diffé-rents possède maintenant des atomes de tailles différentes, qui sont moins facilement ductiles, et produisent un alliage plus dur.


Source: Rothenberger


60


4.10.1 Soudure Quelques alliages appliqués comme soudure. Brasure tendre: étain - plomb Sn - Pb point de fusion: 200 °Cétain - argent Sn - Ag point de fusion: 230 °Cétain - cuivre Sn - Cu point de fusion: 240 °C

Brasure forte: cuivre - argent Cu - Ag point de fusion: 700 °Ccuivre - phosphore Cu - P point de fusion: 720 °C

4.10.2 AcierLe terme acier est le nom collectif des liaisons fer-carbone qui peuvent encore être alliées à d’autres métaux.

• On entend généralement, par acier non allié (acier au carbone), de l’acier qui ne contient pas d’éléments tels que manganèse (Mn), silicium (Si), nickel (Ni), chrome (Cr)... en quantités importantes. Il se compose donc exclusivement de fer (Fe) et de carbone (C), plus de petites quantités inévitables de Mn, Si, Ni, phosphore (P)...

Caractéristiques: – bonne ouvrabilité,– résistance plus faible en traction,– ne peut pas être trempé à une teneur en carbone < 0,35.

• L’acier allié contient, outre le fer et le carbone, un certain nombre d’autres éléments. Quand la proportion de ces autres éléments d’al-liage (p. ex. aluminium, chrome, cuivre, manganèse, nickel...) est suf-fisamment élevée, on parle d’acier allié.

Caractéristiques:– moins bonne ouvrabilité;– résistance plus élevée en traction;– peut être trempé.

• Fonte Lorsque la composition comprend plus de 2 % de carbone (C), sa coulabilité augmente et le mélange prend le nom de fonte.

Caractéristiques:– résistance à l’usure;– résistance à la corrosion;– résistance plus faible en traction;– bonne ouvrabilité (croûte moins dure);– friabilité.


61


4.10.3 Acier inoxydable (inox)L’acier inoxydable a été découvert plus ou moins par hasard, lorsqu’on a constaté, sur un tas de ferraille, que certains éléments en acier res-taient blancs tandis que d’autres étaient partiellement rouillés. Une recherche a démontré que la surface blanche était liée à la teneur en chrome.

L’expression “acier inoxydable” est le nom collectif des alliages de fer contenant au minimum 10,5 % de chrome et au maximum 1,2 % de carbone. Le chrome se répartit uniformément dans l’acier et forme, à la surface, une très mince couche protectrice d’oxyde de chrome L’acier est ainsi protégé contre la corrosion. Plus la teneur en chrome est élevée, plus l’acier résiste à la corrosion.

La désignation de l’acier inoxydable se fait sur la base de sa composi-tion. Comme ces désignations peuvent devenir très longues, on utilise généralement le numéro de matériau.

Exemple:

selon DIN EN 10 008 selon AISI

X5CrNi 18 – 10 inox 304 On peut subdiviser les types d’acier inoxydable en 4 groupes sur la base de leur microstructure:

– acier inoxydable ferritiqueDans ces types, le chrome est le seul élément d’alliage et l’acier est magnétique. Leur résistance à la corrosion est limitée.Ce type d’acier est surtout employé dans le secteur du chauffage.

– acier inoxydable martensitique Ces aciers sont surtout connus pour leur dureté. Leur résistance à la corrosion est très limitée.

– acier inoxydable austénitiqueCe groupe comprend du chrome mais aussi du nickel et n’est pas magnétique (par exemple acier inoxydable 18-8 avec 18 % de chrome et 8 % de nickel). Les types austénitiques sont les aciers inoxydables faciles à souder classiques.

– acier inoxydable ferritique-austénitique (duplex)C’est une combinaison des deux types précédents. L’acier inoxydable duplex se caractérise, entre autres, par une limite d’élasticité élevée et une bonne résistance à l’altération locale.

4.10.4 Alliages de zincZamakLe zamak est un alliage de zinc contenant 4 % d’aluminium (Al), auquel on a ajouté des éléments tels que le cuivre (Cu) et le magnésium (Mg) afin d’en améliorer la coulabilité.


62


Le zamak possède une bonne stabilité dimensionnelle, une bonne ouvrabilité et une bonne coulabilité. Il est utilisé pour diverses pièces d’appareils électroménagers et de chaudières, mais aussi pour les col-liers, p. ex.

Il ne faut pas le confondre avec les alliages d’aluminium utilisés, p. ex., pour l’échangeur de chaleur d’une chaudière.

4.10.5 Alliages de cuivreOn les subdivise en une série d’alliages à deux composants: bronze (Br) et laiton (Ms). Si l’on ajoute un troisième élément ou davantage à ces alliages, on obtient une variante de l’alliage considéré.

La dénomination abrégée de l’alliage est déterminée au moyen des symboles chimiques des principaux éléments ajoutés. Ils sont classés en ordre décroissant de leur teneur.

Chaque symbole est suivi d’un nombre entier qui exprime la teneur en pour cent de l’élément en question.

BronzeLe terme bronze est le nom collectif des alliages de cuivre (Cu) et d’étain (Sn), appelés bronze à l’étain, auxquels on peut aussi ajouter du zinc (Zn), du plomb (Pb), de l’aluminium (Al)...

Le bronze se subdivise en deux grands groupes: – bronze de fonderie, p. ex.: Pb 15 Sn 8,– bronze corroyé, bronze extra-doux, p. ex.: Sn 6.

Le bronze possède une excellente coulabilité et une excellente résis-tance à la corrosion.

LaitonLe laiton est un alliage de cuivre contenant au minimum 10 % de zinc. D’autres éléments d’alliage, tels que l’étain (Sn), le plomb (Pb), l’alumi-nium (Al), le silicium (Si) peuvent être ajoutés pour améliorer les pro-priétés spécifiques du laiton, comme sa résistance à la traction, sa coulabilité, sa résistance à la corrosion...

Le laiton possède une très bonne coulabilité; il peut être soudé, nickelé, chromé et argenté.

On distingue:– le laiton coulé,– le laiton corroyé,– la brasure.

Le laiton dézingué (auquel on a soustrait du zinc) ne peut pas être brasé (max. 410 °C). Lorsque l’alliage de zinc est inférieur à 18 %; on parle de tombac, un alliage flexible.


63

Chapitre 5: Annexes

5 Annexes5.1 Dimensions de tuyaux correspondant aux fixations

Ce tableau indique dans quelle série de tuyaux un collier peut être utilisé.

Tuyau en acierTuyau en

cuivre

Tuyau en matière

synthétique

Tube fileté Tube à fuméeTube d’acier à paroi mince

intérieurpouce

extérieurmm

intérieurmm

extérieurmm

extérieurmm

extérieurmm

extérieurmm

1/8 10,2 6 10,2 - - -

1/4 13,5 8 13,5 12 12 12

- - - 16 16 15 16

3/8 17,2 10 17,2 18 18 20

1/2 21,3 15 20 20 22 -

15 21,3 22 - 25

3/4 26,9 20 25 25 28 -

20 26,9 28 - 32

- - 25 30 30 - -

- - - 31,8 32 - -

1 33,7 25 33,7 35 35 -

1 1/4 42,4 32 38 38 42 40

32 42,4 40 - -

1 1/2 48,3 40 44,5 45 48 -

40 48,3 48 - -

- - - 51 50 54 50

2 60,3 50 57 55 - -


64

Chapitre 5: Annexes

5.2

Com

posi

tion

des

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font

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- 4

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Fonds de Formation professionnelle de la Construction

Manuels ModulairesChauffage Central

• 1.1 Chauffage central: généralités et dessins techniques d’installations

• 1.2 Tuyaux: matériaux, façonnage, joints et fixations

• 2.1 Transport de chaleur: pose des canalisations

• 2.2 Transport de chaleur: principe, protection et entretien de l’installation

• 2.3 Emission thermique: corps de chauffe et accessoires

• 3.1 Production de chaleur: chaudières de chauffage

• 3.2 Production de chaleur: accessoires d’installation et instructions de montage

• Les manuels disponibles

posedescanalisations_for_web.pdf

Documents