pfe bélier hydraulique

Projet de fin d’études : Bélier Hydraulique.

1

II. Présentation du projet :

a- Naissance :

Le bélier hydraulique est une invention de Joseph Michel Montgolfier, celui

qui construisit avec son frère Jacques Étienne le premier ballon à air chaud.

Joseph Michel Montgolfier eut l'idée en 1796, d'utiliser le phénomène du coup de

bélier pour l'appliquer à un mécanisme simple pour le pompage de l'eau à destination

de la papeterie familiale à Voiron. Le coup de bélier est ce phénomène connu :

quand on ferme brusquement un robinet, la canalisation du fait de l'arrêt de

l'écoulement et de l'inertie de la masse d'eau en mouvement, subit un choc qui se

traduit souvent par un bruit. Dans les grosses installations du fait de la quantité d'eau

en mouvement, on doit impérativement éviter ce phénomène qui provoquerait

immanquablement l'éclatement des canalisations.

b- Fonctionnement :

Figure1 : principe du bélier hydraulique.


2

B.1- PRINCIPE :

Le principe utilise l'énergie cinétique d'une colonne d'eau ayant pris une certaine

vitesse puis arrêtée brusquement par un clapet, une surpression se fait, ce qui

permet de faire monter une colonne d'eau réduite à une certaine hauteur. Le résultat

dépend des quantités et des vitesses mises en jeu. Il y a une grande variété de

mises en œuvre de ce principe.

B.2- CONSTITUANTS : (VOIR SCHEMAS CI-DESSOUS)

(1)- Conduite d'arrivée.

(2)- Conduite d’échappement d’eau.

(3)- Conduite de refoulement.

(4)- soupape primaire tenue ouverte par un ressort (ou parfois par un simple poids).

(5)- soupape secondaire.

(6)- cloche remplie d'air.

Schéma 1 schéma 2

Schéma 3

http://s3.e-monsite.com/2011/02/01/04/Belier_hydraulique1.gif




3

B.3- PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT :

Schéma 1 : au début du fonctionnement, la soupape secondaire (5) est fermée et

l'eau arrive par la conduite. L'eau s'échappe à l'extérieur du dispositif en (2) par la

soupape primaire (4), mais celle-ci se ferme brusquement quand l'eau atteint une

vitesse suffisante.

Schéma 2 : Se produit alors le coup de bélier et la soupape secondaire (5) s'ouvre.

L'eau monte alors à la fois dans la cloche (6) – qui sert de tampon pour absorber

une partie du choc du coup de bélier – et dans la conduite de refoulement (3).

Schéma 3 : Quand la pression dans la conduite d'arrivée d'eau (1) redescend en

dessous de la pression du circuit de refoulements (3 & 6), la soupape secondaire (5)

se referme alors que la soupape primaire (4) se rouvre sous l'action de son ressort.

La pression de l'air de la cloche (6), et donc également son niveau d'eau,

redescendent au fur et à mesure que l'eau est refoulée par (3). Le cycle peut alors

recommencer.

Figure 2 : résumé du principe de fonctionnement.


4

B.4- QUANTITE DE L’EAU FOURNIE PAR LE BELIER :

On ne peut pas parler d’une quantité précise parce qu’elle dépend généralement :

Du débit de la source ou du débit dans le réservoir d'emmagasinage.

De la quantité d'eau absorbée par le bélier.

De la hauteur de la chute.

De la hauteur de refoulement.

Des pertes de charge dans les canalisations.

Du rendement du bélier qui dépend des facteurs précédents.

c- Installation :

Le bélier doit être posé sur une petite assise solide en maçonnerie, nivelée avec

beaucoup de soin. Il sera fixé au moyen de quatre boulons de scellement. Il ne faut

pas oublier que le bélier est un appareil soumis à des chocs brusques, il faut donc

qu'il ne puisse pas être ébranlé par son fonctionnement et que de plus le nivellement

soit fait avec précision.

C.1- TUYAU DE LA BATTERIE :

La longueur du tuyau de batterie n'est pas indifférente, elle dépend à la fois de la

hauteur de chute, de celle de l'élévation et du débit du bélier.

Il est possible d'ailleurs que dans des conditions particulières, cette longueur soit

modifiée d'une faible quantité pour augmenter le rendement de l'appareil et

régulariser son fonctionnement. Les tuyaux de batterie doivent être en ligne droite ou

tout au moins ne pas présenter de coudes brusques sur leur parcours. La pente du

tuyau de batterie n'intervient pas dans le fonctionnement, c'est-à-dire que ce tuyau

peut être horizontal, s'il prend à la base d'un réservoir comprenant une certaine

hauteur d'eau. Cette disposition peut faciliter une installation, en permettant

d'enterrer le tuyau sur toute la longueur. Il est toutefois indispensable qu'il n'y ait pas

de contre-pente pour que l'alimentation du bélier soit continue et qu'il n'y ait pas

d'entraînement d'air, il est aussi indispensable que la crépine soit toujours recouverte

d'au moins 0.40 m d'eau.

Enfin, afin d'éviter les entraînements de sable ou de matières étrangères dans le

bélier, il est nécessaire de munir l'extrémité du tuyau de batterie d'une crépine.


5

C.2- PRISE D’EAU :

Il y a lieu de distinguer le cas où la prise d'eau se fait dans une source, dans une

rivière ou dans un ruisseau.

Dans une source : le bassin de captation de la source constitue généralement

un excellent réservoir d'alimentation.

Dans une rivière, comme elle peut être exposée à des crues qui rendent les

eaux vaseuses, il est bon de ne pas faire la prise directement dans la rivière

mais dans un petit puisard ou dans un regard communiquant librement avec la

rivière, mais séparé de celle-ci par une toile métallique.

Dans un ruisseau, il est généralement facile d'y établir un barrage et le bief

d'amont forme alors le bassin d'alimentation.

Comme la longueur à adopter pour le tuyau de batterie n'est pas arbitraire, il peut se

faire qu'elle soit différente de la distance qui sépare la prise d'eau du bélier. Dans ce

cas il y a lieu d'établir à une distance du bélier égale à la longueur du tuyau de

batterie, un petit réservoir d'alimentation dans lequel prend le tuyau de batterie. Ce

réservoir est relié avec la source au moyen d'un tuyau quelconque et l'eau y prend le

même niveau qu'à la prise d'eau. Ce réservoir peut n'être qu'une simple cheminée en

tube placé verticalement d'une capacité au moins égale à la quantité d'eau prise par

le bélier en cinq minutes.

Figure3 : Hauteur de la chute.


6

d- Mode de montage :

D.1- MONTAGE DIRECTE :

Figure4 : montage directe.

D.2- MONTAGE AVEC CHEMINEE D’EQUILIBRE :

Figure5 : montage avec cheminée d’équilibre.


7

Utilisateur

Bélier

Hydraulique

Eau

Pomper l’eau sans avoir besoin d’une

source d’énergie.

III. Etude du projet :

a- Bête à corne :

A qui rend-il service ?

Sur quoi agit-il ?

Dans quel but ?


8

Utilisateur

Eau

Source d’eau Environnement

Conditions

préalables

Maintenance

b- Diagramme pieuvre :

FP1 : Pomper l’eau sans avoir besoin d’énergie.

FC1 : Avoir une source d’eau d’une hauteur minimum d’un mètre.

FC2 : Transférer l’eau de la source vers l’utilisateur par biais du bélier hydraulique.

FC3 : Résister aux conditions de son environnement.

FC4 : Respecte les normes de maintenance.

c- Diagramme SADT :

Bélier

Hydraulique

FP1

FC1

FC2 FC3

FC4


9

d- Diagramme FAST :

Pomper de l’eau sans utiliser

une énergie extérieure

Eau de la source

Energie Hydraulique

Eau fourni par le bélier

Bélier Hydraulique

Pomper l’eau sans fournir

une énergie

Evacuation des eaux dans

les conduites

Contrôle de la quantité du

fluide

Protection contre la

surpression

Contenir l’eau entre la source

et le point de distribution

Arrêt de l’écoulement

Clapet

Reniflard

Soupape de refoulement

Tuyau

Robinet d’arrêt

Réservoir d’air Contenir l’air comprimé


10

e- Schéma cinématique :


11

IV. CALCULS :

a- Calculs :

Figure 6 : positionnement du bélier.

Si Q est la quantité d'eau débitée par la source ou le ruisseau, la quantité q d'eau

remontée vers le Réservoir d'utilisation, est calculé par la formule :

q=

× 0.70 avec 0.70 : le rendement du bélier

La longueur de la conduite motrice doit être comprise entre 3 à 5 fois la hauteur de

chute, donc :

L = 3 à 5 x h

b- Table des chutes :

Le diagramme suivant montre les hauteurs de chutes minimales et maximales qui

correspondent à une hauteur d'élévation donnée ou, inversement, les hauteurs

d'élévation minimales et maximales pour une hauteur de chute donnée.


12

Figure7 : table des chutes.

c- Diagramme des puissances :

Ce diagramme permet d'établir facilement le rapport (en %) entre débit de la source

et débit de sortie du bélier pour des hauteurs de chute h et d'élévation H données.


13

Figure8 : diagramme des puissances.


14

V. Modélisation du système :

pfe bélier hydraulique

Documents