Aéraulique


À quoi sert un ventilateur ? Notion de perte de charge

Un ventilateur fournit à l’air l’énergie nécessaire pour se déplacer d’un point à un autre (le plus souvent au travers de conduits) en lui imprimant une certaine vitesse.

L’énergie contenue dans un petit volume d’air « V » (de masse « m ») comprend :

  • l’énergie potentielle due à la gravité : mgh,
  • l’énergie cinétique due à la vitesse « v » de l’air : mv²/2,
  • l’énergie de pression due à la pression interne « p » de l’air : pV.

On peut également exprimer ces 3 termes sous forme d’une somme de pressions, constituant la pression totale du petit volume d’air :

  • la pression liée au poids de la colonne d’air : ρgh,
  • la pression dynamique liée à la vitesse de l’air : ρv²/2,
  • la pression statique liée à la pression interne de l’air : p.

Le premier terme étant négligé, on peut exprimer que la pression totale d’un petit volume d’air en mouvement est égale à sa pression dynamique plus sa pression statique.

Le ventilateur fournit donc l’énergie nécessaire pour compenser la différence de pression totale de l’air entre la prise extérieur et la bouche de pulsion (ou dans le sens inverse dans le cas d’une extraction) ; c’est-à-dire, pour mettre l’air en vitesse dans le conduit et vaincre les pertes par frottement dans celui-ci. Cette différence de pression totale est appelée « hauteur manométrique » du ventilateur. La perte de pression totale liée à la résistance du réseau de distribution à l’écoulement d’un débit d’air donné est appelée, quant à elle, « perte de charge » du réseau.


Courbe caractéristique du réseau de distribution

La résistance du réseau de distribution dépend d’une part de sa configuration (longueur et forme des conduits, changements de direction, obstacles comme les registres, les batteries, les filtres, …) et d’autre part de la vitesse de l’air qui y circule. En effet, la résistance, ou autrement dit les pertes de charge, représente le frottement de l’air dans les conduits. Ce dernier augmente avec la vitesse de l’air.

Pour chaque type de circuit, on peut ainsi tracer une courbe qui représente la perte de charge en fonction du débit d’air, image de la vitesse.

Schéma perte de charge en fonction du débit d'air


Point de fonctionnement

Si l’on branche un ventilateur sur un circuit de ventilation, il stabilisera son débit à une valeur pour laquelle la pression qu’il fournit équivaut à la résistance du circuit. Ce point est le seul point de fonctionnement possible. Il correspond à l’intersection des courbes caractéristiques du ventilateur et du circuit. Il définit la hauteur manométrique et le débit fournis par le ventilateur lorsque, fonctionnant à une vitesse donnée, il est raccordé au réseau considéré.

Schéma courbes caractéristiques du ventilateur.