Estimation dimensionnelle des mesures en tuyauterie

La société de monsieur Bouchard est au bord de la faillite. Pourtant, il connaît bien son métier ! Il a débuté comme apprenti avec son père.

Tous ses problèmes ont commencé lorsqu'il a décidé d'ajouter, au secteur résidentiel, le secteur "tuyauterie industrielle". Il croyait faire beaucoup d'argent avec ce nouveau marché… Mais ses premiers contrats ont englouti beaucoup d'argent, car son estimation personnelle du coût et de la quantité de matériaux n'était pas bonne. Il a donc déboursé la différence, ce qui veut dire tous les profits et même un peu plus. Il s'était alors dit qu'il ne prendrait plus de risques et qu'il augmenterait ses prix. Toutefois, cette forte augmentation eut pour effet de lui faire perdre presque tous ses contrats. Il se trouva alors dans l'obligation de mettre à pied les employés qu'il venait d'embaucher. C'est à partir de ce moment qu'il a décidé de ne plus faire ses soumissions à l'aveuglette et, pour rester concurrentiel, d'améliorer l'estimation de ses coûts. Il entreprit donc une formation pointue en estimation dimensionnelle de tuyauterie industrielle.

Au cours de cette étude, vous compléterez vous aussi votre formation par l'apprentissage des différents calculs de longueur en tuyauterie. Vous verrez plus particulièrement :

    - les longueurs avec raccords,

    - les longueurs avec courbe,

    - les longueurs avec joint désaxé.

Vous apprendrez également l'influence de la dilatation thermique sur les systèmes de tuyauterie.

Lorsqu'on effectue un montage de tuyaux avec raccords filetés, on doit obligatoirement tenir compte de la longueur des filets et des dimensions des raccords pour calculer la longueur des divers tuyaux. 

Les plans de tuyauterie ne donnent pas directement les renseignements nécessaires. En effet, généralement, les dimensions sont mesurées centre-centre des tuyaux.

La figure suivante donne un exemple de la façon de coter un plan de tuyauterie.

Cotation en tuyauterie :

On ne peut donc pas, à partir du plan, savoir la longueur à laquelle on doit couper chaque bout de tuyau. On doit plutôt se servir de tables, lesquelles nous permettront de calculer les longueurs nécessaires. La figure suivante présente un exemple de mesure avec la terminologie exacte.

Terminologie :

Comme vous pouvez le constater, le plan ne vous donne que la valeur centre-centre entre les raccords ; il faut donc se servir des tables correspondantes pour déterminer la longueur du tuyau. On retrouve, à la figure ci-après, les principales tables de référence des raccords les plus utilisés.

Exemple 1 :

Calculez la longueur à laquelle on doit couper les différents tuyaux pour effectuer le montage de la figure ci-après.

Solution

La longueur du tuyau 1 se calcule depuis la longueur centre-centre de 430 mm et des parties à enlever des raccords à 90 et à 45 degrés que l'on retrouve dans le tableau de la figure 6.7 :

        - centre-centre = 430 mm

        - à enlever 90° = 32 mm

        - à enlever 45° = 19 mm

Le tuyau devra donc avoir une longueur de :

        L₁ = 430 - (32 + 19)

        L₁ = 379 mm

Le calcul des autres tuyaux se fait de la même façon, selon le type de raccord à chaque extrémité du tuyau.

        L₂ = 500 - (32 + 32)

        L₂ = 436 mm

        L₃ = 300 - (32 + 32)

        L₃ = 236 mm

        L₄ = 350 - (32 + 22)

        L₄ = 296 mm

Il arrive parfois que l'on doive remplacer un tuyau déjà en place sur un montage. Dans ce cas, on doit déterminer la longueur réelle du tuyau en mesurant sa partie externe et en additionnant, à cette mesure, la partie à ajouter correspondante à la pénétration des filets à l'intérieur des raccords. On retrouve, à la figure plus bas, un exemple de l'utilisation des tables de la figure 6.7 pour un circuit déjà existant.

Dimensions des raccords :

Exemple de calcul :

Calcul sur montage existant :

A partir des mesures prises sur le montage, il est possible de calculer la longueur réelle à laquelle on devra couper chaque tuyau.

Pour le tuyau 1, la longueur réelle se calcule de la façon suivante :

        L₁ = 600 + (18 + 18)

        L₁ = 566 mm

La longueur du tuyau 2 se calcule de la même façon :

        L₂ = 420 + (18 + 18)

        L₂ = 456 mm

On peut remarquer que, dans ce cas-ci, la valeur à ajouter ne varie pas selon le type de raccord.

Comme pour les montages filetés, on doit pouvoir calculer les dimensions d'un montage effectué à l'aide de tuyaux cintrés.

La longueur de l'arc de cercle créé par le cintrage d'un tuyau dépend de deux facteurs :

- la longueur du rayon de courbure (R) ;

- l'angle de l'arc de cercle en degrés ().

L'équation permettant le calcul de la longueur de l'arc de cercle est donc :

        .

Où :

L = longueur de l'arc de cercle

        .

R = longueur du rayon de courbure.

       

La figure suivante permet de mieux comprendre la façon de calculer l'arc de cercle.

Mesure du cintrage :

Exemple 2 :

Calculez, à partir du diagramme de la figure 6.10, la longueur de tuyau nécessaire pour faire le montage.

Solution

La première étape du calcul consiste à trouver la longueur du rayon de courbure. Dans ce cas-ci, cette dimension est simple à calculer :

        R = 2 700 - 2 000 = 700 mm

ou     R = 1 200 - 500 = 700 mm

On peut alors, à partir de cette valeur, calculer la longueur de l'arc de cercle créé par le cintrage :

       

La longueur totale (L_t) du tuyau sera donc de :

        L_t = 1 100 mm + 2 000 mm + 500 mm

        L_t = 3 600 mm

Cette façon de calculer la longueur du tuyau est aussi la même lorsqu'il y a plusieurs courbes dans le même tuyau.

Exemple 3 :

Déterminez la longueur de tuyau nécessaire pour réaliser le montage de la figure suivante.

Calcul à plusieurs courbes :

Solution

On commence par diviser le tuyau en sections afin de faciliter le calcul. On constate alors que les dimensions des sections 1, 3, 5 et 7 peuvent être lues directement sur le plan. Ainsi :

        L₁ = 250 mm

        L₂ = 150 mm

        L₃ = 350 mm

        L₄ = 300 mm

Quant à la longueur des sections 2, 4 et 6, elle devra être calculée avec l'équation que nous venons de voir. Donc :

La longueur totale du tuyau sera donc de :

        L_t = L₁ + L₂ + L₃ + L₄ + L₅ + L₆ + L₇

        L_t = 250 + 181 + 150 + 181 + 350 + 158 + 300

        L_t = 1 570 mm

Il arrive parfois que le rayon de courbure soit trop grand pour que l'on puisse effectuer le cintrage en une seule étape. Il s'agit alors de diviser le cintrage en petites sections qui, une fois additionnées, donneront le résultat attendu. Par exemple, si on a un tuyau dont la courbure est de 90° et que le rayon de courbure est de 560 mm, on doit faire le cintrage en plusieurs étapes.

Le calcul pour déterminer la façon de procéder est le suivant, c'est le calcul de l'arc de cercle.

       

Si on décide de réaliser le travail en 10 étapes, le résultat sera alors :

       

C'est-à-dire qu'on devra cintrer le tuyau de 10 degrés à tous les 88,2 mm.

La dilatation thermique est un phénomène que l'on rencontre souvent en mécanique, par exemple lors d'un alignement d'arbre ou d'une installation de roulements.

En tuyauterie, on retrouve aussi le même phénomène de dilatation sur des tuyaux où des fluides chauds, comme de la vapeur. Cela signifie que le circuit de tuyauterie subira une expansion ou une contraction, selon la température du tuyau.

La dilatation varie selon l'écart de température et le cœfficient de dilatation thermique du matériau. L'équation qui permet le calcul de l'allongement d'un tuyau est :

       

où

       

Vous trouverez, à la figure suivante, un tableau des cœfficients de dilatation thermique des principaux matériaux.

Cœfficient de dilatation thermique :

Lorsqu'on observe les cœfficients de dilatation thermique, on serait porté à croire que leur influence est négligeable. Cela est vrai pour de petites longueurs de tuyau, mais il en est tout autrement de la tuyauterie industrielle, où il arrive fréquemment que les montages s'étendent sur de longues distances. On devra donc, dans ces cas, tenir compte de la dilatation thermique.

Exemple 4 :

On désire calculer la dilatation thermique que subira un système de tuyauterie d'une longueur de 150 mètres, si la température du tuyau de cuivre peut atteindre 90°.

Solution

       

En observant le tableau de la figure 6.14, on constate que , et en considérant que la température ambiante du bâtiment est de 20° (∆T = 70°C) :

       

Un tel déplacement risquerait d'endommager les joints et de causer des fuites. Une solution possible consiste à utiliser un joint d'expansion, dont quelques types sont présentés à la figure suivante.

Joints d'expansion :

En résumé sur l'estimation dimensionnelle des mesures en tuyauterie :

A la suite de la lecture de cette étude, vous devriez maîtriser plus particulièrement les points suivants :

- Les plans de tuyauterie donnent généralement les distances centre-centre.

- Avec des montages filetés, on doit tenir compte de la longueur des filets et des dimensions des raccords pour évaluer la longueur des tuyaux.

- Des tables contenant les dimensions des raccords suivant le diamètre des tuyaux sont utilisées.

- La longueur de l'arc de cercle d'un tuyau cintré peut être calculée si on connaît l'angle de courbure et la longueur du rayon de courbure .

- La dilatation thermique est un phénomène qui décrit l'allongement ou la contraction des tuyaux selon les variations de la température .

- Les joints de dilatation permettent de réduire l'effet de la dilatation thermique.

Vous avez vu, au cours de cette étude, les divers calculs pour évaluer la longueur des tuyaux.