Choix du diamètre des tuyauteries

Une étape importante de l'ingénierie d'un procédé est le choix du diamètre des tuyauteries destinées à transférer les fluides. Ce choix est basé sur le débit à transférer tel que défini par le bilan matière de l'opération et le temps consacré au transfert (pour les opérations discontinues), ainsi que la vitesse admissible.
Choisir une tuyauterie trop petite conduira à une perte de charge excessive, entravant l'écoulement du fluide, ou nécessitant une dépense d'énergie de pompage (pour les liquides) ou de compression (pour les gaz) supplémentaire.
Choisir une tuyauterie trop grosse augmentera inutilement le coût de la construction en raison d'un encombrement et un poids excessif.
De nombreux critères sont à prendre en compte souvent liés à un retour d'expérience, ce qui a conduit les ingénieurs à s'accorder sur quelques données usuelles de dimensionnement.

Vitesse des liquides

	vitesse [m/s]
longue distance	1 - 1,5
courte distance (acier carbone)	2 - 2,5
courte distance (acier inox)	3
tuyauterie plastique	1 - 1,5
aspiration de pompe	0,5 - 1

Vitesse des gaz

La vitesse des gaz est souvent limitée à 20 m/s pour limiter les pertes de charge par frottement qui se traduisent souvent par une augmentation d'une énergie de compression.

Vitesse de la vapeur d'eau

La vapeur d'eau est généralement disponible sous différentes pressions standard, et est souvent partiellement détendue avant d'être utilisée. Cette pression disponible peut être en partie dépensée en perte de charge dans les tuyauteries de transfert, sans pénalité économique particulière. On pourra donc généralement adopter des vitesses d'écoulement supérieures à ce qu'on s'autorise pour les gaz.
Par contre, la vapeur peut être sous une forme surchauffée (sans risque de condensation), saturée avec un peu de condensats, ou partiellement condensée véhiculant beaucoup de condensats.
Les condensats, s'ils sont véhiculés à la vitesse de la vapeur peuvent provoquer des érosions importantes de la tuyauterie. Il est donc important d'en tenir compte dans le choix de la vitesse;

	vitesse [m/s]
vapeur haute pression saturée (>30 bars)	5 - 7
Vapeur moyenne pression saturée (10 - 30 bars)	7 - 10
vapeur basse pression saturée (3 - 9 bars)	10 - 15
vapeur surchauffée	10 - 20
vapeur et condensats	4 - 6

Vitesse des suspensions

Le transfert des suspensions de solides par tuyauterie doit concilier deux impératifs:

• ne pas permettre au solide de décanter et s'accumuler au fond de la tuyauterie, ce qui pourrait la boucher
• préserver la tuyauterie en limitant son érosion

En conséquence, la vitesse doit être:

• suffisamment élevée pour empêcher la décantation
• pas trop élevée pour limiter l'abrasion

Le choix de la vitesse dépend largement de la nature de la suspension et en particulier de la taille des particules:

• les particules de taille < 40 µm décantent très lentement, et l'écoulement de ces suspensions est homogène
• les particules jusqu'à 150 µm forment une suspension homogène si le régime d'écoulement est turbulent

	vitesse [m/s]
particules fines (<150 µm)	1 - 1,5
particules moyennes (sable)	1,5 - 2
grosses particules (graviers)	2 - 3

Le risque d'érosion de la tuyauterie peut être levé en adoptant des matériaux résistants, aux points les plus sensibles; par exemple des éléments revêtus de caoutchouc peuvent être installés dans les coudes.

Vitesse des liquides dégazant

Les liquides qui entraînent avec eux des bulles de gaz, peuvent créer des poches gazeuses en points hauts des tuyauteries. Ces poches peuvent grossir en capturant et accumulant les fines bulles apportées par le liquide, jusqu'à former une restriction gênante.
Pour réentraîner ces accumulations de gaz, si elles se sont produites, le liquide doit avoir une vitesse suffisante. Cette vitesse minimum, qualifiée de vitesse critique, dépend du volume de la poche de gaz, du diamètre de la tuyauterie et de l'inclinaison vers le bas de la tuyauterie.

	Vitesse [m/s] pour inclinaison [deg]
Diamètre [mm]	0 deg	20 deg	40 deg
100	0,7	1,0	1,2
500	1,5	2,3	2,6

Source:M. Escarameia - Investigating hydraulic removal of air from water pipelines January 2007 Water Management 160(1):25-34