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Dimensionnement de tuyauterie CO2 – acier

Trois collecteurs principaux — aspiration MT, aspiration LT et liquide. Faites glisser les évaporateurs pour les positionner, connectez une ligne à une autre, et cliquez sur une ligne pour définir sa longueur.
R744 · MT -8,0 °C · LT -32,0 °C · 26,50 kW

Données système

Température d'évaporation pour chaque circuit et température de la bouteille de liquide. La température du liquide détermine aussi la part de gaz de flash, donc le débit massique.
Surchauffe utile à la sortie de l'évaporateur. La vapeur réelle est moins dense que la vapeur saturée — les lignes d'aspiration sont dimensionnées selon la densité la plus faible.
Capacité de compression installée, à comparer à la charge des évaporateurs raccordés. Renseignez la puissance du compresseur pour obtenir la puissance thermique totale.
Contrôle directement le dimensionnement — une vitesse plus élevée donne des tuyaux plus fins.
Les tuyaux qui ne supportent pas cette pression sont marqués ⛔ et ne sont jamais choisis automatiquement. Les valeurs par défaut suivent les valeurs de référence EN 378 courantes (ambiance 32 °C) pour un système booster transcritique — la pression à l'arrêt du CO2 est souvent plus déterminante que la température de fonctionnement. Adaptez-les à votre propre système.
Avancé – Marges et matériau de tuyauterie
Augmente la longueur utilisée dans le calcul de perte de charge — visible dans la colonne Δp des tableaux « Collecteurs principaux »/« Raccordements des évaporateurs » ci-dessous, pas dans le diamètre ni dans les cartes en haut.
Ajoute une marge de commande uniquement dans la liste de matériel et le programme d'isolation (chutes, erreurs) — différent de « Longueur supplémentaire pour raccords » ci-dessus, sans effet sur le diamètre ni sur Δp.
Acier basse température pour le CO2 — l’acier carbone ordinaire (P235/P265GH) n’est pas résilient aux températures LT. Résilience garantie jusqu'à −40 °C (EN 10216-4) ; en dessous, vérifiez l'EN 13480-2 annexe B ou utilisez de l'inox. Paroi épaisse et pression admissible élevée. Nécessite une protection anticorrosion extérieure.
La pression que tient chaque diamètre : voir le tableau en bas de page ↓
Les tuyaux plus petits que ce seuil ne seront jamais sélectionnés automatiquement.
Sélectionnez la spécification d'isolation (épaisseur/couleur) par collecteur pour la liste de matériel.

Évaporateurs

Nom Circuit kW
Une dérivation ne comporte qu'UNE seule ligne (liquide, MT ou LT). Une dérivation MT/LT peut être convertie en évaporateur en lui attribuant une charge en kW.
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Options · Unités

Modifie uniquement l'affichage et la saisie des valeurs — tous les calculs continuent de s'exécuter comme avant.

Schéma de principe

Aspiration MT Liquide Aspiration LT Raccordé à un autre tuyau
100% 100%
Faites glisser librement un évaporateur pour le positionner. Cliquez sur un segment de tuyau pour définir sa longueur ou modifier manuellement son diamètre.
Cliquez ici, puis sur un tronçon de tuyauterie, pour placer un capteur de puissance.
— m Dim. :
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Liste de matériel

Les longueurs incluent la marge de chute ci-dessus, mais pas la marge pour raccords (qui n'affecte que Δp).

Plan d'isolation

Le type d'isolation par collecteur se choisit sous « Avancé » dans les données système.

Raccordements par évaporateur

« Puissance propre » est la valeur propre en kW de l'évaporateur. « Puissance dans le tuyau » est le débit cumulé dans ce tuyau précis — plus élevé si d'autres évaporateurs/tuyaux y sont raccordés. Ne jamais additionner les colonnes « Puissance dans le tuyau » pour obtenir un total ; utilisez « Puissance propre ».

Collecteurs principaux

Afficher le calcul

Calcul par tuyauterie

TuyauterieDébit massique [kg/s]Masse volumique [kg/m³]Diamètre intérieur [mm]Vitesse [m/s]RefLongueur (+ surcote) [m]Δp [kPa]Δp par mètre [Pa/m]Type de tuyau, PS
#1 DN15 · Liquide: Groupe frigorifique → Chambre froide 10,1043972,416,10,52771 7000,02786 (+1,8)1,82233P265NL · PS 60 bar
#2 DN15 · Liquide: Chambre froide 1 → Congélateur 10,07272972,416,10,36750 0000,02856 (+1,8)0,906116P265NL · PS 60 bar
#3 DN15 · Liquide: Congélateur 1 → Chambre froide 20,05316972,416,10,26936 6000,02936 (+1,8)0,49863,9P265NL · PS 60 bar
#4 DN15 · Liquide: Chambre froide 2 → Congélateur 20,02948972,416,10,14920 3000,03156 (+1,8)0,16421,1P265NL · PS 60 bar
#5 DN15 · Liquide: Congélateur 2 → Vitrine MT0,01579972,416,10,079710 9000,03486 (+1,8)0,05226,69P265NL · PS 60 bar
#6 DN15 · Aspiration MT: Groupe frigorifique → Chambre froide 10,0710370,2616,14,97406 0000,02616 (+1,8)111 410P265NL · PS 52 bar
#7 DN15 · Aspiration MT: Chambre froide 1 → Chambre froide 20,0394670,2616,12,76226 0000,02656 (+1,8)3,43439P265NL · PS 52 bar
#8 DN15 · Aspiration MT: Chambre froide 2 → Vitrine MT0,0157970,2616,11,190 3000,02746 (+1,8)0,56872,8P265NL · PS 52 bar
#9 DN15 · Aspiration LT: Groupe frigorifique → Congélateur 10,0332632,816,14,98216 0000,02656 (+1,8)5,22669P265NL · PS 30 bar
#10 DN15 · Aspiration LT: Congélateur 1 → Congélateur 20,0136932,816,12,0588 8000,02746 (+1,8)0,917118P265NL · PS 30 bar
#11 DN15 · Ligne vers Chambre froide 1 · Liquide0,03157972,416,10,15921 7000,03125 (+1,5)0,15623,9P265NL · PS 60 bar
#12 DN15 · Ligne vers Chambre froide 1 · Aspiration MT0,0315770,2616,12,21181 0000,02665 (+1,5)1,84283P265NL · PS 52 bar
#13 DN15 · Ligne vers Chambre froide 2 · Liquide0,02368972,416,10,1216 3000,03255 (+1,5)0,091314P265NL · PS 60 bar
#14 DN15 · Ligne vers Chambre froide 2 · Aspiration MT0,0236870,2616,11,66135 0000,02695 (+1,5)1,05161P265NL · PS 52 bar
#15 DN15 · Ligne vers Vitrine MT · Liquide0,01579972,416,10,079710 9000,03485 (+1,5)0,04356,69P265NL · PS 60 bar
#16 DN15 · Ligne vers Vitrine MT · Aspiration MT0,0157970,2616,11,190 3000,02745 (+1,5)0,47372,8P265NL · PS 52 bar
#17 DN15 · Ligne vers Congélateur 1 · Liquide0,01956972,416,10,098813 5000,03355 (+1,5)0,06439,89P265NL · PS 60 bar
#18 DN15 · Ligne vers Congélateur 1 · Aspiration LT0,0195632,816,12,93127 0000,0275 (+1,5)1,53236P265NL · PS 30 bar
#19 DN15 · Ligne vers Congélateur 2 · Liquide0,01369972,416,10,06929 4200,03585 (+1,5)0,03365,17P265NL · PS 60 bar
#20 DN15 · Ligne vers Congélateur 2 · Aspiration LT0,0136932,816,12,0588 8000,02745 (+1,5)0,764118P265NL · PS 30 bar

Base du calcul

Méthode
Chaque tuyauterie est dimensionnée au plus petit diamètre qui maintient la vitesse en dessous ou égale à la cible et qui est homologué pour sa PS ; la chute de pression est calculée selon Darcy-Weisbach.
Équations
  • ṁ = Q / (h″(t₀) − h′(t_liq))
  • v = ṁ / (ρ · π·d²/4)
  • Re = ρ·v·d / μ
  • f = 0.25 / [log₁₀(ε/(3.7·d) + 5.74/Re^0.9)]² (Re ≥ 2300); f = 64/Re (Re < 2300)
  • Δp = f · (L/d) · ρ·v²/2, L = length × (1 + allowance %)
Facteur de frottement
Swamee–Jain (explicit form of Colebrook–White)
Données du fluide
CoolProp, Span–Wagner EOS (R744) 8.0.0
Normes
EN 378-2 (PS) · EN 10220 (outside diameters) · EN 13480-3 (p = 2·f·z·e / (D − e)) · EN 10216-4 (P265NL, f = 170 MPa) · EN 10216-5 / EN 10217-7 (1.4404, f = Rp1.0/1.5 = 150 MPa)
Remarques
  • Débit massique issu de la puissance frigorifique et de la différence d'enthalpie entre la vapeur saturée à la température d'évaporation et le liquide à la température du liquide ; lignes d'aspiration avec la surchauffe indiquée.
  • Les différences de hauteur statique et la perte de charge des vannes et accessoires au-delà de la surcote ne sont pas incluses.

Pression admissible par diamètre

Pression admissible (bar) de chaque diamètre et type de tube, avec l'épaisseur. Vert : suffit pour la pression de calcul des trois collecteurs (aspiration MT 52, aspiration LT 30, liquide 60 bar). Orange : suffit seulement pour les collecteurs indiqués dans la case. Rouge ⛔ : ne suffit pour aucun. – : type de tube non fabriqué dans ce diamètre.
DiamètreP265NL – acier carbone, sans soudure (EN 10216-4)
type de tube choisi		316L (1.4404) – inox, sans soudure (EN 10216-5) 316L (1.4404) – inox, soudé paroi mince (EN 10217-7)
DN10 17,2 mm451 bar
2,30 mm		340 bar
2,00 mm		233 bar
1,60 mm
DN15 21,3 mm407 bar
2,60 mm		269 bar
2,00 mm		185 bar
1,60 mm
DN20 26,9 mm314 bar
2,60 mm		243 bar
2,30 mm		144 bar
1,60 mm
DN25 33,7 mm308 bar
3,20 mm		217 bar
2,60 mm		144 bar
2,00 mm
DN32 42,4 mm273 bar
3,60 mm		170 bar
2,60 mm		113 bar
2,00 mm
DN40 48,3 mm237 bar
3,60 mm		148 bar
2,60 mm		99 bar
2,00 mm
DN50 60,3 mm204 bar
3,90 mm		132 bar
2,90 mm		79 bar
2,00 mm
DN65 76,1 mm207 bar
5,00 mm		104 bar
2,90 mm		62 bar
2,00 mm
DN80 88,9 mm198 bar
5,60 mm		98 bar
3,20 mm		53 bar MT, LT
2,00 mm
DN100 114,3 mm172 bar
6,30 mm		85 bar
3,60 mm		41 bar LT
2,00 mm
DN125 139,7 mm140 bar
6,30 mm		77 bar
4,00 mm		33 bar LT
2,00 mm
DN150 168,3 mm130 bar
7,10 mm		72 bar
4,50 mm		36 bar LT
2,60 mm
DN200 219,1 mm112 bar
8,00 mm		77 bar
6,30 mm		28 bar ⛔
2,60 mm
DN250 273,0 mm99 bar
8,80 mm		62 bar
6,30 mm		26 bar ⛔
3,00 mm
DN300 323,9 mm94 bar
10,00 mm		59 bar MT, LT
7,10 mm		21 bar ⛔
3,00 mm

P265NL – acier carbone, sans soudure (EN 10216-4): Acier basse température pour le CO2 — l’acier carbone ordinaire (P235/P265GH) n’est pas résilient aux températures LT. Résilience garantie jusqu'à −40 °C (EN 10216-4) ; en dessous, vérifiez l'EN 13480-2 annexe B ou utilisez de l'inox. Paroi épaisse et pression admissible élevée. Nécessite une protection anticorrosion extérieure.

316L (1.4404) – inox, sans soudure (EN 10216-5): Inox résistant aux acides, paroi moyenne. Aucune protection anticorrosion extérieure nécessaire et résilient à basse température.

316L (1.4404) – inox, soudé paroi mince (EN 10217-7): Tubes légers à paroi mince, calculés avec un coefficient de soudure de 0,85. Seuls les petits diamètres tiennent la pression du CO2 — voir la marque ⛔ par rapport à votre pression de calcul.

Source et méthode : EN 13480-3, p = 2·f·z·e / (D − e), où e est l'épaisseur de paroi minimale (nominale moins la tolérance : −12,5 % sans soudure, −10 % soudé), f la contrainte admissible (P265NL 170 MPa, 1.4404 150 MPa, Rp1,0/1,5 par sécurité) et z le facteur de joint de soudure (0,85 pour soudé). Les épaisseurs de paroi sont des dimensions courantes en stock – vérifiez auprès de votre fournisseur avant de commander.

Autres pays

Les pressions nominales ci-dessus suivent la pratique européenne (EN 378, EN 13480-3). Sur d'autres marchés, la tuyauterie de fluide frigorigène est dimensionnée et approuvée selon ces codes à la place. Ce calculateur n'a pas été vérifié par rapport à ceux-ci – utilisez le code en vigueur là où l'installation est montée.

États-Unis

  • ASME B31.5 – Refrigeration Piping and Heat Transfer Components: dimensionnement de tuyauterie, pression de calcul et pression d'épreuve
  • ANSI/ASHRAE Standard 15 – Safety Standard for Refrigeration Systems: exigences de sécurité pour les installations frigorifiques

Canada

  • CSA B52:23 – Mechanical refrigeration code: code de réfrigération ; se réfère à ASME B31.5 pour la tuyauterie

Australie et Nouvelle-Zélande

  • AS/NZS 5149 – Refrigerating systems and heat pumps — Safety and environmental requirements: exigences de sécurité pour les installations frigorifiques
  • AS 4041 – Pressure piping: dimensionnement de tuyauterie, pression de calcul et pression d'épreuve

Questions fréquentes sur la tuyauterie acier CO2

Comment dimensionner une tuyauterie acier pour le CO2 (R744) ?

Chaque ligne est dimensionnée selon son débit massique et la vitesse admise : aspiration MT, aspiration LT et ligne liquide. Le calculateur déduit le débit massique de la puissance frigorifique, de la température d’évaporation et de la surchauffe, choisit le plus petit DN qui respecte la vitesse cible et affiche la perte de charge tronçon par tronçon.

Calculer avec l’outil ci-dessus ↑CO2 (R744) : dimensionnement – tubes cuivre →

Quelle est la pression admissible des tubes acier ?

La pression admissible est calculée selon l’EN 13480-3 (p = 2·f·z·e / (D − e)) avec l’épaisseur minimale après tolérance de fabrication : −12,5 % pour les tubes sans soudure et −10 % pour les tubes soudés. Le calculateur affiche la pression admissible de chaque diamètre et avertit par ⛔ quand un tube ne tient pas la pression de calcul saisie.

Calculer avec l’outil ci-dessus ↑

P265NL ou inox 316L : que choisir ?

P265NL (EN 10216-4) est un acier au carbone sans soudure, éprouvé aux chocs pour basses températures, et le choix habituel pour les installations CO2 ; le P235GH/P265GH ordinaire n'est pas prévu pour les températures BT. L'inox 1.4404 (316L) existe sans soudure (EN 10216-5) et soudé longitudinalement (EN 10217-7). Il ne nécessite pas de peinture, mais le tube soudé a une paroi plus fine et une pression admissible inférieure. P265NL est éprouvé aux chocs jusqu'à −40 °C (EN 10216-4) ; en dessous, vérifiez EN 13480-2 Annexe B ou utilisez l'inox.

Calculer avec l’outil ci-dessus ↑

Quels diamètres le calculateur propose-t-il ?

DN10 à DN300, diamètres extérieurs selon l’EN 10220, de 17,2 à 323,9 mm. L’épaisseur dépend du type de tube choisi, et la liste de matériel donne la désignation de commande, par exemple « DN25 · 33,7 × 3,2 ». Vérifiez l’épaisseur auprès de votre fournisseur avant de commander.

Calculer avec l’outil ci-dessus ↑

Quand choisir l’acier plutôt que le cuivre ?

Le tube cuivre K65 existe jusqu’à 2-1/8″ (54 mm). Les grosses lignes, la réfrigération CO2 industrielle et les parties à forte pression de calcul sont donc le plus souvent en acier. Pour les petites installations, il y a le calculateur cuivre, et un fichier projet s’ouvre dans les deux avec le schéma.

Calculer avec l’outil ci-dessus ↑CO2 (R744) : dimensionnement – tubes cuivre →

Hypothèses : Liquide saturé dans la ligne liquide, CO2 (R744) sous-critique entre −50 et +10 °C. Diamètres en DN avec diamètre extérieur selon EN 10220 ; les épaisseurs sont des dimensions courantes en stock. La pression admissible est calculée selon EN 13480-3 avec l’épaisseur minimale. Vérifiez épaisseur, matériau et pression de calcul selon EN 378/DESP et les données du fournisseur avant le montage. Le débit massique repose sur l'effet frigorifique net, h_g à la température d'évaporation moins h_f à la température du liquide ; le gaz de flash de la détente est donc inclus. L'enthalpie de surchauffe et la suralimentation par pompe ne sont pas comptées.

Avertissement : Cet outil ne garantit pas des résultats corrects. Vérifiez toujours manuellement l'épaisseur de paroi, la classe de pression et les autres valeurs avant montage.

Aide – utiliser le calculateur

Le calculateur dimensionne la tuyauterie d'un système frigorifique au CO2 (R744) : aspiration MT, aspiration LT et liquide. Renseignez les données système, construisez l'installation dans le schéma de principe, puis lisez les diamètres de tuyaux, les pertes de charge et la liste de matériel. La puissance de chaque évaporateur détermine le débit dans chaque tronçon, et les tuyaux sont choisis pour que la vitesse ne dépasse pas la vitesse cible.

1. Données système

  • Renseignez la température d'évaporation MT et LT, la température de la ligne liquide et la surchauffe MT et LT (la surchauffe influence le dimensionnement des lignes d'aspiration).
  • Définissez une vitesse cible distincte pour l'aspiration MT, l'aspiration LT et le liquide. Une vitesse cible plus élevée donne des tuyaux plus fins ; une vitesse plus basse donne des tuyaux plus gros et une perte de charge plus faible.
  • La puissance installée du groupe et la puissance du compresseur sont facultatives. Elles servent à comparer avec la charge des évaporateurs et à afficher la puissance thermique totale.
  • Sous « Avancé – Marges et matériau de tuyauterie » : longueur supplémentaire pour raccords (n'influence que la perte de charge, pas le diamètre), type de tuyau, diamètre minimal autorisé et isolation par collecteur (utilisée dans la liste de matériel).
  • Le type de tuyau et la pression de calcul déterminent ensemble les diamètres autorisés — ⛔ dans les tableaux signifie que ce diamètre ne supporte pas la pression saisie.
  • Cochez « Ligne vers le refroidisseur de gaz » pour dimensionner aussi le refoulement : saisissez la haute pression, la température de refoulement, la température de sortie du refroidisseur, la vitesse cible et la PS du côté haute pression. La ligne est tracée au-dessus du groupe frigorifique.

2. Évaporateurs et dérivations

  • Ajoutez un évaporateur avec « + Ajouter un évaporateur » et renseignez son nom, son circuit (MT/LT) et sa puissance. ▲ ▼ change l'ordre et × supprime une ligne.
  • Une dérivation est une ligne unique (liquide, MT ou LT) sur laquelle d'autres évaporateurs peuvent être raccordés. Donnez une puissance à une dérivation MT/LT pour la transformer en évaporateur.

3. Le schéma de principe

  • Faites glisser un évaporateur pour le déplacer. Cliquez sur son nom pour le renommer et sur sa puissance pour la modifier. Cliquez sur [MT]/[LT] pour changer de circuit (possible uniquement si la ligne d'aspiration de l'évaporateur arrive directement au collecteur).
  • Cliquez sur un tuyau pour définir sa longueur, verrouiller la longueur ou choisir le diamètre manuellement. Un ✎ dans les tableaux indique un diamètre choisi manuellement.
  • Dans la même zone, vous choisissez le type de tube pour cette seule ligne, par ex. inox 316L pour les petits tubes et P265NL pour le reste. Chaque diamètre affiche sa pression admissible (bar) dans ce type de tube ; ⛔ signifie qu'il ne tient pas la pression de calcul (PS) du collecteur.
  • Faites un clic droit sur un tuyau pour ajouter un évaporateur ou une dérivation à cet endroit.
  • La poignée ronde de la ligne d'un évaporateur peut être glissée sur la ligne de même type d'un autre évaporateur pour s'y raccorder, ou sur une zone libre pour se raccorder directement au collecteur. Les petits carrés se font glisser le long du bord de l'évaporateur pour changer l'endroit où la ligne y entre.
  • Sélectionnez un évaporateur ou un tuyau puis appuyez sur Suppr (Delete) pour le supprimer. Annulez avec « Annuler » ou Ctrl/Cmd+Z.

4. Naviguer dans le schéma

  • Faites glisser l'arrière-plan pour déplacer la vue. Zoomez avec les boutons, avec Ctrl/Cmd + molette ou en pinçant sur un pavé tactile. A− et A+ modifient la taille du texte du schéma.
  • « Imprimer le schéma » imprime le diagramme d'écoulement ainsi qu'un résumé.
  • Cochez « Forcer des coudes à 90° » pour que tous les tuyaux suivent des angles droits ; décochez-la pour les relier et les déplacer librement.
  • Cochez « Forcer des lignes parallèles » pour que les tuyaux partant directement d’une ligne principale soient piqués en face du raccord de l’évaporateur et forment une ligne droite, sans coude. Le piquage suit alors l’évaporateur ou son raccord lorsque vous les déplacez.

5. Capteur de puissance

  • Cliquez sur « Ajouter un capteur de puissance » puis sur un tuyau. Le capteur affiche combien de kW circulent de chaque côté du point.
  • Faites glisser le point pour mesurer ailleurs, faites glisser le cadre pour déplacer l'affichage et cliquez sur × pour supprimer le capteur.

6. Lire les résultats

  • Les cartes du haut indiquent la puissance frigorifique totale, le débit massique total et le diamètre des trois collecteurs principaux.
  • Les tableaux indiquent, pour chaque évaporateur et tronçon, la puissance, le diamètre choisi, la vitesse et la perte de charge (Δp). Le programme choisit le plus petit diamètre respectant la vitesse cible.
  • ⚠ signifie que le débit nécessite un tuyau plus gros que le plus grand diamètre du tableau. 🚩 signifie que deux tuyaux ou évaporateurs portent le même nom.
  • La liste de matériel et la liste d'isolation additionnent les longueurs de tuyau par diamètre, sans marge pour raccords. Utilisez-les comme base de commande.

7. Enregistrer et ouvrir

  • « Enregistrer » et « Enregistrer sous… » enregistrent toute l'installation dans un fichier, et « Ouvrir un projet » le recharge.
  • Dans Chrome et Edge, « Enregistrer » et l'enregistrement automatique écrivent dans le fichier choisi avec Enregistrer sous ou Ouvrir. Les autres navigateurs téléchargent un nouveau fichier avec « Enregistrer », et l'enregistrement automatique conserve alors le projet dans le navigateur.

8. Unités

  • Sous « Options · Unités », choisissez séparément l'unité de température, de surchauffe, de pression, de vitesse, de longueur, de puissance et de débit massique. Cela ne change que l'affichage et la saisie, pas les calculs.
Avertissement : Cet outil ne garantit pas des résultats corrects. Vérifiez toujours manuellement l'épaisseur de paroi, la classe de pression et les autres valeurs avant montage.