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Tube de Venturi : débit à partir de la différence de pression

Calculez le débit dans un tube de Venturi à partir des diamètres d'entrée et du col et de la différence de pression mesurée, avec l'équation de Bernoulli et un coefficient de décharge.

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kg/m³

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Résultats

Débit

923,6

Estimation en écoulement idéal corrigée par le coefficient de décharge
Vitesse au col
8
Vitesse dans la conduite
2
Rapport β = d₂ / d₁
0,5

Comment un tube de Venturi mesure un débit

Un tube de Venturi est un tronçon de conduite qui se rétrécit par un cône convergent jusqu’à un col court, puis s’élargit de nouveau par un cône divergent plus long. Nommé d’après le physicien italien Giovanni Battista Venturi et transformé en compteur d’eau par l’ingénieur américain Clemens Herschel en 1887, il sert encore pour l’eau potable, les eaux usées, les gaz et les procédés industriels.

En entrant dans le col, le fluide accélère pour faire passer le même débit dans une section plus petite. D’après le théorème de Bernoulli, sa pression baisse. Deux prises de pression, l’une en amont et l’autre au col, mesurent cette différence Δp, qui croît comme le carré du débit.

L’équation

En combinant la conservation du débit et l’équation de Bernoulli pour un fluide incompressible, on obtient la vitesse au col puis le débit :

v₂ = √(2Δp ÷ (ρ(1 − β⁴)))

Q = Cd × A₂ × v₂

avec :

  • β le rapport des diamètres d₂ ÷ d₁ ;
  • A₂ la section du col, π d₂² ÷ 4 ;
  • ρ la masse volumique du fluide (1 000 kg/m³ pour l’eau) ;
  • Cd le coefficient de décharge.

La vitesse dans la conduite vaut v₁ = v₂ × β².

Exemple

Une conduite de 100 mm avec un col de 50 mm (β = 0,5), parcourue par de l’eau, avec une différence de pression de 30 kPa (0,3 bar) : la vitesse au col est de 8 m/s. Avec un coefficient de décharge de 0,98, le débit atteint environ 924 L/min, soit 55 m³/h. La vitesse dans la conduite est quatre fois plus faible, 2 m/s.

Choisir le coefficient de décharge

Organe déprimogène Cd typique
Venturi classique, convergent usiné environ 0,995
Venturi classique, brut de fonderie ou soudé environ 0,98 à 0,985
tuyère environ 0,95 à 0,99
diaphragme à arête vive environ 0,6

Les valeurs des appareils normalisés figurent dans la norme NF EN ISO 5167, qui fixe aussi la géométrie, le rapport des diamètres (environ 0,3 à 0,75 pour un Venturi) et les longueurs droites nécessaires en amont.

Limites

  • La formule suppose un fluide incompressible. Pour un gaz dont la chute de pression dépasse quelques pourcents de la pression de ligne, il faut ajouter un coefficient de détente.
  • L’écoulement doit être turbulent et bien établi : un coude ou une vanne juste en amont fausse la mesure.
  • Comme Δp varie avec le carré du débit, la précision se dégrade aux faibles débits.

Questions fréquentes

Comment fonctionne un tube de Venturi ?

La conduite se rétrécit progressivement jusqu'à un col, puis s'élargit de nouveau. Le fluide accélère dans le col et sa pression baisse, comme le prévoit l'équation de Bernoulli. La mesure de cette différence de pression donne le débit : Q = Cd × A₂ × √(2Δp ÷ (ρ(1 − β⁴))).

Qu'est-ce que le coefficient de décharge ?

Le rapport entre le débit réel et le débit idéal, qui tient compte des frottements et du profil des vitesses. Un Venturi classique a un coefficient d'environ 0,98 à 0,995 selon la norme NF EN ISO 5167-4, contre environ 0,6 pour un diaphragme à arête vive.

Qu'est-ce que le rapport des diamètres β ?

Le diamètre du col divisé par le diamètre d'entrée. Les Venturi normalisés utilisent un β compris entre environ 0,3 et 0,75. Un β plus petit donne une différence de pression plus grande et plus facile à lire, mais une perte de charge permanente plus forte.

Pourquoi choisir un Venturi plutôt qu'un diaphragme ?

Le divergent qui suit le col récupère l'essentiel de la pression : la perte de charge permanente ne représente souvent que 5 à 20 % de la différence mesurée. Le Venturi supporte aussi mieux les fluides chargés. Il est en revanche plus long et plus cher qu'un diaphragme.

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Résultats indicatifs fournis à titre d'information. Ils ne remplacent pas l'avis d'un professionnel.