Systemes de recirculation d'eau chaude fiche de renseignements no 97-02

Prevention des effets de la turbulence corrosion par erosion et cavitation

La CCBDA publie ici quelques renseignements sur les facteurs susceptibles de réduire la durée de service des conduites et raccords servant
à la réalisation des réseaux de recirculation d’eau chaude. Elle espère ainsi répondre aux questions qui lui sont posées sur le phénomène de corrosion attribuable aux effets de la turbulence-

Les systèmes de recirculation d’eau chaude que l’on trouve d’ordinaire dans les immeubles à habitation ou les édifices commerciaux sont constitués d’une boucle de conduites dans lesquelles l’eau chaude fournie par les réservoirs ou chauffe-eau circule grâce à une ou plusieurs pompes. Cette boucle permet l’alimentation de la plupart des points de l’immeuble dans un délai relativement court.

L’examen de divers échantillons de tuyaux et de raccords de cuivre provenant des systèmes de recirculation d’eau chaude révèle que la corrosion est attribuable aux facteurs suivants:

1) vitesse d’écoulement d’eau supérieure à cinq pieds par seconde;
2) canalisations de calibre sous-dimensionné causant une élévation de la vitesse d’écoulement;
3) pompe de circulation surdimensionnée et sans dérivation, provoquant une vitesse d’écoulement trop élevée; (voir la photo 1)
4) changements nombreux et/ou brusques du sens de l’écoulement;
5) bavures laissées par une opération de coupe de tube;
6) choix erroné de soudure tendre ou joints brasés;
7) choix erroné de robinets d’étranglement servant à équilibrer les pressions et les débits du système.


Photo 1: Une vitesse d'écoulement trop élevée et des changements nombreux et brusques
de sens de l'écoulement ont provoqué la corrosion par erosion dans ce système

Vitesse d'ecoulement trop élevée

L’utilisation d’une pompe surdimensionnée ou la pose de canalisations de distribution sous-dimensionnées provoque une élévation de la vitesse d’écoulement de l’eau dans le système de recirculation.

Il existe plusieurs solutions permettant de remédier au problème et d’empêcher la corrosion par érosion. Il s’agit avant tout de réduire la vitesse d’écoulement ou d’empêcher la turbulence aux points de branchements et au niveau des raccords. Parmi les différentes solutions, retenons la pose d’une conduite de dérivation près de la pompe pour réduire le débit de sortie effectif, d’une pompe de moindre capacité ou d’un robinet d’étranglement ou d’équilibre en aval de la pompe pour réduire le débit, et de tubes de calibre supérieur dans les zones touchées.

Effet de la température

Il ne suffit pas de réduire le débit. Il faut aussi limiter à 60° C (140° F) la température de l’eau chaude domestique. Autrement, elle risque de provoquer la corrosion du cuivre et des autres matériaux.

La corrosion par érosion est un phénomène qui s’observe aussi dans les conduites d’eau froide bien qu’il soit peu fréquent. Les
recommandations présentées dans ce document s’appliquent donc autant pour les systèmes de distribution d'eau chaude que pour les
systèmes de distribution d’eau froide.

Corrosion par érosion

La perte de pression causée par la friction est plus ou moins fonction du carré de la vitesse d’écoulement du fluide. Plus la vitesse augmente,
plus l’action abrasive sur la paroi du tube et les risques d’érosion augmentent. L’étendue de l’érosion causée par une vitesse trop élevée
dépend des propriétés physiques du matériau ayant servi à fabriquer le tube ou des obstacles à l’écoulement, bavures aux extrémités du tube, dépots de soudure ou autres accumulations minérales.

La corrosion par érosion est un phénomène qui s’observe aux points où se crée la turbulence. Cette turbulence empêche la formation du film protecteur qui recouvre normalement la paroi interne du tube et provoque l’érosion de la surface du cuivre à ce point. Une vitesse d’écoulement trop élevée, des changements brusques du sens de l’écoulement, des bavures ou des dépôts de soudure sont autant de facteurs pouvant expliquer la turbulence.

 Toute trace de corrosion par érosion se reconnaît facilement par l’aspect de la surface endommagée. D’habitude, celle-ci présente de profondes dépressions ouvertes en forme de fer à cheval en aval (voir la photo 2). Le point où le métal est le plus corrodé se situe généralement juste en aval d’un joint ou d’un obstacle. Comme les zones piquées favorisent de la turbulence, la corrosion progresse davantage en aval. Il arrive parfois que la surface du tube soit rugueuse sur toute sa longueur. Bien que les piqûres en forme de fer à cheval ne soient pas très apparentes, l’amincissement de la paroi du tube en soi est bien visible. Lorsque la vitesse d’écoulement n’est pas élevée en aval de la zone de forte turbulence, l’eau peut se remettre à passer en ligne droite et ce segment de tube peut être exempt de piqûres.
    
 La figure A illustre le passage en ligne droite d’un liquide dans un segment de tube non obstrué ou une canalisation dans laquelle des changements de sens de l’écoulement se produisent à vitesse réduite. La figure B illustre la turbulence causée par des changements brusques de sens de l’écoulement se produisant à un rythme accéléré et par des bavures à l’une des extrémités d’un tube. Les figures C et D illustrent la corrosion par érosion causée par des bavures et par des dépôts de soudure, respectivement.


Cavitation

La cavitation est un phénomène pouvant s’observer dans les réseaux où la vitesse d’écoulement est élevée et où l’on observe des changements brusques de sens de l’écoulement ou des obstacles à l’écoulement, comme des bavures. Dans un raccord, la force centrifuge engendrée autour d’un coude à rayon réduit dans lequel la vitesse d’écoulement est élevée provoque une hausse de la pression dans la partie extérieure du coude, ce qui fait baisser la pression au niveau du col.

Dans la zone de basse pression située à l’intérieur d’un coude, la pression peut être inférieure à la pression atmosphérique et provoquer la formation de bulles d’air. En passant par une zone où le niveau de pression est normal, ces bulles se brisent et l’impact de leur rupture cause l’érosion de minuscules particules métalliques circulant près de la paroi interne du tube. Après un certain temps, la canalisation ou le raccord se perfore.

Figure A: Écoulement en ligne droite.





Figure C: La turbulence causee par des bavures à l'extrémité du tube peut provoquer la corrosion par érosion de la paroi interne du tube en avai de l'obstrucion.



Figure D: La turbulence causée par un depôt de soudure à l’intérieur du tube peut provoquer la corrosion par érosion de la paroi interne du tube en aval de l'obstruction.

Recommendations

Il convient d’observer les règlements du code de plomberie en vigueur dans la région lorsqu’on désire tenir compte des recommandations suivantes:

1) Le système de recirculation d’eau chaude doit être conçu de manière que la vitesse d’écoulement ne dépasse jamais 5 pieds par seconde lorsque la température n’excède pas 60° C (140° F). La vitesse d’écoulement ne devrait jamais excéder 3 ou 4 pieds par seconde lorsque la température est supérieure à 60° C.
2) Des dispositions doivent être prises pour empêcher que des changements brusques de sens de l’écoulement ne se produisent.
3) L'élimination des bavures aux extrémités des tubes est nécessaire avant de réaliser un joint.
4) Tous les joints soudés doivent être réalisés conformément à la norme B828 de l'ASTM intitulée "Making Capillary Joints by Soldering of Copper Alloy Tube and Fittings"