Compressibilité isotherme des fluides

Fondamental

Contrairement à notre 1ère hypothèse, les fluides hydrauliques soumis à une pression se compriment légèrement.

Pour un volume V soumis à une augmentation de pression ΔP, on peut estimer la variation de volume ΔV avec la relation suivante :

Δ V V = Δ P B {%DELTA V } over {V} = - {%DELTA P} over {B}

B est appelé module de compressibilité élastique (Bulk Modulus). Sa valeur pour un fluide hydraulique est de l'ordre de 10 000 à 15 000 bars.

A titre d'exemple, cela implique, lors d'une augmentation de pression de 150 bars, une diminution du volume de fluide de :

Δ V V = 150 15 000 = 1 % {%DELTA V } over {V} `=` - {150} over {15 000}`=`-1"%"

Ce module de compressibilité varie en fonction de différents paramètres [GUIBLON91]:

  • B diminue légèrement lorsque la température augmente de l'ordre de ≈ 1% par 20°C autour de 100°C.

  • • B augmente légèrement lorsque la pression augmente de l'ordre de ≈ 1% par 20 bars au voisinage de 200 bar.

  • Mais surtout, B diminue très rapidement lorsque l'huile est mélangée avec de l'air. Si un volume de fluide V initialement à la pression P, contient un volume d'air Va = ε.V, le coefficient de compressibilité B est à remplacer par le coefficient B' défini par la relation :

1 B ' = 1 B + ε P {1} over {B'} `= `{1} over {B} `+ `{%varepsilon } over {P}

Exemple

Avec B = 15 000 bars et P = 150 bars,

  • pour ε = 1/1000, B' = 0,9.B

  • pour ε = 1/100, B' = 0,5.B

Cela montre l'intérêt de purger les circuits pour conserver ce module le plus grand possible (donc avoir un fluide le moins compressible possible. En effet, la compressibilité des fluides a pour conséquence de :

  • diminuer le rendement des transmissions,

  • de favoriser l'avance saccadée des vérins et des moteurs (phénomène de stick-slip),

  • de nécessiter des dispositifs de décompression dans le cas de gros volumes pour libérer l'énergie élastique accumulée de façon progressive.

ComplémentCalcul exact de la variation de volume d'un fluide en fonction de la pression