Vanne d’équilibrage TA (Tour & Andersson / IMI Hydronic)

Les vannes d’équilibrage TA (Tour & Andersson / IMI Hydronic Engineering) permettent l’équilibrage hydraulique des circuits CVC pour garantir les débits nominaux et optimiser la performance énergétique des installations.

Cette classe Python calcule les pertes de charge à travers différents modèles de vannes TA en utilisant les données Kv officielles du fabricant IMI TA en fonction du nombre de tours d’ouverture.

Utilisation

Schéma Vanne TA 
from ThermodynamicCycles.Hydraulic import TA_Valve
from ThermodynamicCycles.Source import Source
from ThermodynamicCycles.Sink import Sink
from ThermodynamicCycles.Connect import Fluid_connect

# Configuration de la source d'eau
SOURCE = Source.Object()
SOURCE.Ti_degC = 25           # Température d'entrée : 25°C
SOURCE.Pi_bar = 3.0           # Pression d'entrée : 3 bar
SOURCE.fluid = "Water"        # Fluide : eau
SOURCE.F_m3h = 40             # Débit : 40 m³/h
SOURCE.calculate()

# Configuration de la vanne STAF-DN100
VALVE = TA_Valve.Object()
VALVE.dn = "STAF-DN100"       # Type : STAF-DN100 (bride fonte, PN 16/25)
VALVE.nb_tours = 3.8          # Ouverture : 3.8 tours (interpolation auto)
Fluid_connect(VALVE.Inlet, SOURCE.Outlet)
VALVE.calculate()

# Configuration du puits (sink)
SINK = Sink.Object()
Fluid_connect(VALVE.Outlet, SINK.Inlet)
SINK.Po_bar = 2.0
SINK.calculate()

# Affichage des résultats
print(VALVE.df)
VALVE.Plot()

Note

Le Puits (Sink) impose sa pression de sortie (2.0 bar = 200000 Pa) à la vanne. La pression d’entrée de la vanne est donc recalculée automatiquement en fonction de la perte de charge :

P_entrée = P_sortie + ΔP = 200000 Pa + 52131.53 Pa = 252131.53 Pa

Résultats

Débit (m3/h)                      40.0
Nombre de tours                    3.8
Diamètre nominal (DN)       STAF-DN100
Kv                                55.4
Pression d'entrée (Pa)   252131.527845
Perte de charge (Pa)      52131.527845
Pression de sortie (Pa)       200000.0

Courbe de réseau de la vanne :

Courbe de réseau vanne TA

Paramètres possibles

Types de vannes TA disponibles

La classe TA_Valve supporte plus de 120 références de vannes d’équilibrage IMI TA :

Types de vannes TA et références disponibles

Série

Plage DN

Application typique

STAD

DN10-50

Réseaux secondaires filetés (PN 25)

STAV

DN15-50

Réseaux secondaires Venturi économiques (PN 20)

TBV / TBV-C

DN10-20

Unités terminales : radiateurs, ventilo-convecteurs (PN 20)

STAF

DN20-400

Réseaux primaires fonte à brides (PN 16/25)

STAF-SG

DN65-400

Grands réseaux fonte GS haute résistance (PN 16/25)

STAG

DN65-300

Installation rapide avec raccords rainurés Victaulic (PN 16)

STA

DN15-150

Anciennes installations (maintenance)

STAP / STAM

DN15-100

Régulateurs ΔP pour équilibrage dynamique

MDFO

DN20-900

Orifices fixes de mesure (Kv fixe)

Note

Le paramètre dn peut être spécifié sous forme de chaîne (ex: « DN65 », « STAF-DN100 ») ou d”entier (ex: 65).

Paramètres de configuration

Paramètre

Description

Unité

nb_tours

Nombre de tours d’ouverture de la vanne (0 pour régulateurs/orifices fixes)

tours

dn

Diamètre nominal ou référence de la vanne (chaîne ou entier)

q

Débit volumique calculé à partir du débit massique

m³/h

Kv

Coefficient de débit selon tables IMI TA (interpolé si nécessaire)

m³/h

delta_P

Perte de charge à travers la vanne

Pa

rho

Masse volumique du fluide (calculée via CoolProp)

kg/m³

Ti_degC

Température d’entrée

°C

Pi_bar

Pression d’entrée

bar

F_m3h

Débit volumique

m³/h

F_kgs

Débit massique

kg/s

Inlet

Port d’entrée du fluide

FluidPort

Outlet

Port de sortie du fluide

FluidPort

Note

Les propriétés thermodynamiques du fluide (densité, viscosité) sont calculées automatiquement via CoolProp en fonction de la température et de la pression.

Conseils de sélection :

  1. Réseaux primaires (> DN50) : Préférer STAF, STAF-SG ou STAG

  2. Réseaux secondaires (DN15-50) : Utiliser STAD ou STAV

  3. Unités terminales : Choisir TBV ou TBV-C

  4. Équilibrage automatique : Utiliser STAP ou STAM

  5. Orifices de mesure : MDFO pour mesure TA-Scope

Dimensionnement :

  • Calculer le débit nominal du circuit

  • Sélectionner le DN pour une perte de charge entre 3 et 15 kPa au débit nominal

  • Vérifier la plage de réglage disponible (nombre de tours)

  • Prévoir une marge pour les ajustements futurs

Avertissement

  • Ne pas dépasser les limites de température du fluide (typiquement -20°C à +120°C)

  • Respecter les pressions nominales PN 16/20/25 selon les modèles

  • Vérifier la compatibilité fluide/matériau (eau glycolée, etc.)

  • Pour régulateurs (STAP, STAM, STAZ) et orifices fixes (MDFO), utiliser nb_tours = 0

Explication du modèle

Principe du coefficient Kv

Le coefficient Kv représente le débit d’eau en m³/h traversant la vanne avec une perte de charge de 1 bar à 15-20°C. Plus le Kv est élevé, plus la vanne laisse passer de débit pour une perte de charge donnée.

Équations de calcul

1. Débit volumique à partir du débit massique :

\[Q = \frac{\dot{m} \cdot 3600}{\rho}\]

Où :

  • Q : Débit volumique (m³/h)

  • ṁ : Débit massique (kg/s)

  • ρ : Masse volumique du fluide (kg/m³)

2. Perte de charge en fonction du Kv :

\[\Delta P = \left(\frac{Q}{K_v}\right)^2 \cdot 10^5\]

Où :

  • ΔP : Perte de charge (Pa)

  • Q : Débit volumique (m³/h)

  • Kv : Coefficient de débit pour l’ouverture donnée (m³/h)

  • 10⁵ : Facteur de conversion (1 bar = 10⁵ Pa)

Exemple de calcul :

Pour Q = 70 m³/h et Kv = 81.4 m³/h :

\[\Delta P = \left(\frac{70}{81.4}\right)^2 \cdot 10^5 = (0.860)^2 \cdot 10^5 = 73960 \text{ Pa}\]

3. Interpolation du Kv :

Si le nombre de tours ne correspond pas exactement à une valeur tabulée, une interpolation linéaire est effectuée :

\[K_v = K_{v,inf} + \frac{(K_{v,sup} - K_{v,inf}) \cdot (n_{tours} - n_{inf})}{(n_{sup} - n_{inf})}\]

Exemple d’interpolation :

Pour une vanne STAF-DN100 avec 4.3 tours (entre 4 tours et 4.5 tours) :

  • Kv(4 tours) = 66 m³/h

  • Kv(4.5 tours) = 91.7 m³/h

  • Interpolation : Kv(4.3) = 66 + (91.7-66) × (4.3-4)/(4.5-4) = 66 + 25.7 × 0.6 = 81.4 m³/h

4. Conservation des propriétés thermodynamiques :

À travers la vanne (transformation isenthalpique) :

  • Débit massique conservé : \(\dot{m}_{sortie} = \dot{m}_{entrée}\)

  • Température conservée : \(T_{sortie} = T_{entrée}\)

  • Pression réduite : \(P_{sortie} = P_{entrée} - \Delta P\)

Sources des données et références

Les données Kv utilisées proviennent de la documentation technique officielle IMI TA :

Sources documentaires :

  • STAD_PN25_FR_FR_low.pdf : Tables Kv pour vannes STAD DN10-50

  • STAF_STAF-SG_EN_MAIN.pdf : Tables Kv pour vannes STAF et STAF-SG DN20-400

  • Catalogues techniques IMI Hydronic Engineering

  • Fiches produits TA-Scope (MDFO, STAP, STAM)

Certification et conformité :

  • Valeurs Kv certifiées selon EN 1267 (Robinetterie industrielle)

  • Normes PN 16, PN 20, PN 25 selon les modèles

  • Compatible avec systèmes de mesure TA-Scope et TA-Surveyor

Documentation complémentaire :

  • Site officiel : https://www.imi-hydronic.com

  • Logiciel : TA-Designer (dimensionnement de réseaux hydrauliques)

  • Formation : Équilibrage hydraulique et utilisation du TA-Scope