Introduction
Cet outil permet de calculer le débit d'air comprimé (ou d'un autre gaz) à travers un orifice en fonction de la pression différentielle, du diamètre et des propriétés du gaz. Il propose également un mode inversé pour dimensionner le diamètre d'orifice nécessaire à un débit cible.
Le calcul intègre la détection automatique de l'écoulement sonique (choked flow), un coefficient de décharge (Cd) ajustable par type d'orifice (ISO 5167), et le support de 6 gaz avec coefficient isentropique (γ) spécifique. Idéal pour le dimensionnement pneumatique, la ventilation industrielle et les réseaux d'air comprimé.
Formule de calcul
Le débit d'air à travers un orifice est calculé selon la formule de débit compressible :
Q = Débit volumique (m³/min)
C = Coefficient de décharge (typiquement 0,7)
A = Surface de l'orifice (mm²)
P₁ = Pression primaire absolue (bar)
ΔP = Différence de pression (bar)
T = Température (°C)
Écoulement sonique vs subsonique
Lorsqu'un gaz s'écoule à travers un orifice, le régime d'écoulement dépend du rapport de pression entre l'aval (P₂) et l'amont (P₁). Deux régimes existent :
Écoulement subsonique
Le rapport P₂/P₁ est supérieur au ratio critique (≈ 0,528 pour l'air). Le débit dépend de la pression aval et augmente lorsque la différence de pression augmente.
Écoulement sonique (choked flow)
Le rapport P₂/P₁ est inférieur au ratio critique. En dessous de ce ratio, le débit devient indépendant de la pression aval : réduire davantage la pression aval n'a plus d'effet sur le débit.
Calcul du ratio critique
Le ratio critique est déterminé par le coefficient isentropique (γ) du gaz. Pour l'air, γ = 1,4. La formule est :
Pour l'air (γ = 1,4), cela donne : (2 / 2,4)1,4/0,4 = (0,8333)3,5 ≈ 0,5283.
Concrètement : si la pression aval absolue est inférieure à 52,83 % de la pression amont absolue, l'écoulement est sonique. Par exemple, avec une pression amont de 6 barG (7,013 barA), l'écoulement devient sonique dès que la pression aval descend sous 3,706 barA, soit environ 2,69 barG.
En régime sonique, la formule de débit est modifiée : la pression aval effective est remplacée par P₁ × ratio critique. Le débit devient alors indépendant de la pression aval et ne dépend plus que de la pression amont et de la géométrie de l'orifice.
Méthodologie : calculer un débit d'air par orifice
Identifier les conditions de pression
Relevez la pression amont (P₁) et la pression aval (P₂) en bar gauge (barG). La pression atmosphérique (1,013 bar) est ajoutée automatiquement pour obtenir les pressions absolues.
Choisir le type d'orifice et le Cd
Sélectionnez la géométrie de l'orifice (bord franc, buse convergente, venturi, diaphragme). Le coefficient de décharge est pré-rempli selon les valeurs de référence ISO 5167. Vous pouvez aussi saisir un Cd personnalisé.
Sélectionner le gaz
Par défaut l'outil calcule pour l'air (γ = 1,4). Si vous travaillez avec un autre gaz (azote, CO₂, argon…), sélectionnez-le dans la liste. Le ratio critique est recalculé automatiquement.
Lire le résultat et vérifier le régime
Le débit est affiché en m³/min, L/s et m³/h. Un badge indique si l'écoulement est subsonique ou sonique. En régime sonique, le débit devient indépendant de la pression aval : réduire davantage la pression aval n'a plus d'effet sur le débit.
Mode inversé : dimensionner l'orifice
Basculez en mode « Dimensionner l'orifice » pour saisir un débit cible en m³/h. L'outil calcule alors le diamètre d'orifice minimum nécessaire pour atteindre ce débit dans les conditions de pression et température données.