Installations d'aqueducs
Dans la plupart des villes l'eau est distribuée par le système d'aqueduc de deux manières:
1° Par concession libre, chaque habitation ayant son service d'eau d'une certaine capacité, sous pression et à toute heure. Un robinet d'arrêt (stopcock) est placé vis-à-vis chaque immeuble sur le maître-tuyau au point de raccordement du tuyau de distribution intérieure.
Le tuyau d'amenée pour chaque propriété ou lot cadastré est d'ordinaire en plomb, mais de plus en plus on utilise le tube de cuivre mou de grade "K" d'un diamètre de 1/2" d'eau pour une seule maison, de 5/8" de diamètre pour deux logements et de 3/4" pour trois ou quatre logements.
Pour les maisons de rapport de 6 logements et plus l'on prévoit un tuyau d'amenée de 1" si la bâtisse est à trois étages et plus. Pour les grands immeubles de 6 à 10 étages, un tuyau spécial de 1½" et quelquefois 2" sera fourni pour alimenter un réservoir de distribution placé à l'étage supérieur.
2° Au moyen d'un compteur pour les grands établissements et les édifices industriels. Pour ces édifices un tuyau d'amenée de 1" à 1½" sera branché sur la conduite principale passant sous la voie publique.
TUYAUX DE SERVICE ou D'AMENÉE
Autrefois les tuyaux de service d'eau pour les habitations se posaient en plomb, pour les grosseurs allant de 1/2" à 1"', et en fer galvanisé pour les tuyaux de plus de 1" de diamètre. Aujourd'hui on emploie de préférence le tube en cuivre mou de grade "K".
Le plomb offre très peu de résistance à l'écoulement des eaux, se plie facilement et se prête à tous les contours.
Contrairement au tuyau en fer noir, il n'altère pas la qualité de l'eau et n'est pas sujet à s'obstruer. Par ailleurs une forte pression ou un choc peuvent l'aplatir et il est susceptible d'être rongé par les rats qui ont occasionné plus d'une fuite d'eau.
D'assez longue durée sous terre, il résiste plus que le tuyau de fer galvanisé. Le tuyau de plomb pour les services d'eau doit être de grade "A" fort et, s'il est sujet à subir une assez forte pression, de grade "AA".
Diamètre et poids des tuyaux de plomb:
Pour les tuyaux de service de plus de 1" de diamètre par suite de la pesanteur et du coût du plomb au pied, on a recours au tuyaux en fer galvanisé ou au tube en cuivre de grade "K" dont nous avons parlé précédemment.
DIAMÈTRE de la CONDUITE PRINCIPALE
La quantité d'eau requise pour les habitations ou pour l'usage domestique variera avec le nombre de logements et le nombre de personnes qui habitent la maison. On assume à 25 gallons par jour par personne de tout âge la consommation d'eau, mais cette dépense peut quelquefois être doublée et même triplée.
Si la conduite d'eau fournit l'eau au garage, on utilisera de 25 à 30 gallons, pour laver une auto, pour l'arrosage des pelouses, la consommation pourra atteindre des centaines de gallons.
Le diamètre de la conduite principale variera par conséquent avec le nombre et le genre d'appareils qu'elle est appelée à alimenter et le nombre de robinets déversant simultanément l'eau à un moment donné.
Il faut tenir compte de la distance qui sépare les appareils de l'entrée et de la longueur des tuyaux, du nombre des intersections, de la friction et plus encore de la perte de pression.
LA FRICTION DANS LES TUYAUX
On tient très peu compte de la friction dans la tuyauterie d'une résidence ou d'un édifice quelconque, si ce n'est pour les intersections comme les coudes, branchements, robinets, etc.
La friction dans un coude ou toute pièce de raccord peut être ajoutée à celle d'une conduite droite; la résistance offerte au passage de l'eau par un coude est équivalente à celle qu'offre une longueur de tuyau d'environ 40 fois son propre diamètre.
Pour chaque coude ou intersection cette longueur équivalente peut être assumée comme suit:
le nécessaire et d'employer la
qualité de tuyaux voulue, ainsi que le diamètre et l'épaisseur requis.
Dans
les plans d'une bâtisse à plusieurs étages, les appareils de plomberie devront
être placés autant que possible au-dessus les uns des autres.
De même la tuyauterie devrait être disposée dans des endroits accessibles et de manière à ne pas offrir de résistance à la pression de l'eau ni mettre obstacle à sa circulation. (Fig. 150).
PRESSION DE L'EAU
La pression de l'eau des divers aqueducs varie selon les localités. Dans la partie basse d'une ville elle peut varier de 50 à 60 Ibs et dans la partie haute de 40 à 50 Ibs.
Il faudra donc prévoir pour les maisons de plus de 4 ou 5 étages situées sur un site élevé un système de pompage pouvant alimenter un réservoir placé au-dessus de l'étage supérieur, d'où l'eau sera distribuée aux appareils des divers étages inférieurs.
Il n'y a aucune objection à ce que le tuyau de la conduite principale connectée sur le tuyau d'amenée du service municipal ait une jauge d'un numéro plus grand que celle de l'amenée.
On entend par appareil de plomberie tout récipient alimenté d'eau et muni d'un orifice d'évacuation, dans les diverses parties d'une habitation.
PERTE DE PRESSION DE L'EAU
Nous avons vu que la friction produit une diminution de pression lorsque les liquides sont en mouvement dans les tuyaux, surtout aux intersections ou branchements.
Cette perte de pression est plus grande dans une installation d'eau chaude par suite du parcours de l'eau dans le réchaud ou serpentin qui traverse le foyer de la bouilloire. L'eau subit aussi une diminution de pression en passant à travers le réservoir à eau chaude du tuyau d'alimentation et de débit.
La chute de pression se manifeste par une chute de pouvoir attribuable à la friction des liquides contre les parois des tuyaux, contre les raccords et les différents accessoires de plomberie.
Autrement dit cette chute de pression (pressure drop) est représentée par la somme de pression perdue entre deux points d'une conduite ou d'un système de plomberie.
Dans une conduite d'eau, s'il n'y a pas de mouvement, il n'existe aucune friction et la pression est égale en tout point. Du moment que l'eau se met en mouvement la friction commence, et elle s'accentue en proportion directe de la vitesse de son écoulement.
Dans la distribution de l'eau d'une bâtisse on doit tenir compte du nombre de pièces (appartements) qu'elle contient ainsi que du nombre d'étages.
La perte de pression de l'eau peut être assumée à 5 lbs par étage ; mais il faut ajouter une autre chute de pression de 5 lbs si on alimente d'eau simultanément les étages inférieurs sur la même conduite.
Pour une résidence à deux ou trois étages on peut se baser sur une perte de pression de 10 lbs par 100 pieds de longueur de tuyau si la pression du service d'eau est inférieure à 50 livres.
Quant à la grosseur ou diamètre des tuyaux, on peut se baser sur le tableau suivant selon le nombre d'appareils.
DISTRIBUTION DE L'EAU À L'INTÉRIEUR DES BÂTISSES
Que l'eau soi distribuée directement par le service d'aqueduc dans une résidence ou bâtisse à deux ou trois étages, ou dans un édifice de plus de quatre ou cinq étages, il y aura une colonne-montante qui répartira l'eau aux appareils des divers étages par une ramification proportionnée.
Cette colonne montante pourra également être dirigée vers un réservoir situé au-dessus de l'étage supérieur, d'où la distribution devra se faire par une colonne descendante dont le diamètre sera proportionné au nombre d'appareils à alimenter ; ce diamètre ira en diminuant aux étages inférieurs de manière à fournir le volume d'eau nécessaire à la pression voulue.
LES RÉSERVOIRS D'INTÉRIEUR
Le réservoir doit être placé à une hauteur verticale d'au moins 15 à 20 pieds au-dessus des appareils les plus élevés. Il devra tout naturellement avoir une capacité correspondant au nombre d'appareils à alimenter.
S'il alimente des cabinets d'aisance sans réservoir à chasse, avec robinet automatique «flushometer», la' colonne d'eau devra avoir au moins 1½, et 1¼" aux étages supérieurs.
CAPACITÉ DES RÉSERVOIRS
Pour trouver la capacité d'un réservoir rectangulaire, on multiplie sa longueur par sa largeur en pouces, puis par sa profondeur, ce qui nous donnera son volume en pouces cubes que l'on divise par 1728 pour obtenir le contenu en pieds cubes.
Soit un réservoir de 6' x 3' x 2½' ou de 72" x 36" x 30":
Pour avoir sa capacité en gallons impériaux on multiplie le volume en pieds cubes par 6.2321.
Le volume du réservoir sera :
72" x 36" x 30" = 77,760 pouces cubes
Dans un pied cube, il y a:
12" x 12" x 12" = 1,728 pouces cubes.
Réduisons les pouces cubes en pieds cubes: 77,760 / 1,728 = 45 pieds cubes.
La capacité du réservoir sera donc: 45 x 6.2321 = 280.4 gallons impériaux.
Pour obtenir la capacité d'un réservoir cylindrique, il faut d'abord en calculer le volume, en multipliant la surface de la base par la profondeur du réservoir.
La surface de la base s'établit en faisant le produit de la moitié du diamètre (appelée le rayon) par lui-même, puis par 3.1416. On multiplie ensuite cette surface par la profondeur, ce qui nous donne maintenant le volume du réservoir, puis par 6.2321 pour en obtenir la capacité en gallons impériaux.
Il faudrait substituer 7.480 à ce dernier facteur pour obtenir la capacité en gallons américains.
Soit un réservoir cylindrique ayant 24" de diamètre et 72" de profondeur. Il s'agit d'en calculer la capacité en gallons impériaux.
La surface de la base sera:
12" x 12" x 3.1416 = 452.39 pouces carrés.
Le volume du réservoir sera:
452.39 x 72" = 32,572.1 pouces cubes.
Réduisons en pieds cubes:
32,572.1 /1728 = 18.849 pieds cubes.
Capacité en gallons:
18.849 x 6.2321 = 117.47 gallons impériaux.
Pour obtenir la capacité du réservoir en gallons américains, on multiplierait 18.849 pieds cubes par 7.480, ce qui donnerait 141 gallons.
PESANTEUR DES RÉSERVOIRS REMPLIS
Pour obtenir le poids de l'eau contenue dans un réservoir on multiplie son contenu en gallons par 10 lbs, ce qui correspond au poids exact d'un gallon d'eau.
Comme un pied cube d'eau pèse exactement 62.25 lbs à 70 degrés Fahrenheit, on peut aussi multiplier le nombre de pieds cubes du réservoir par 62.25 lbs.
PRESSION DE L'EAU DANS UN RÉSERVOIR
II arrive parfois que des réservoirs s'évasent après un certain temps sous la pression de l'eau et causent des dommages plus ou moins considérables. C'est pourquoi nous allons dire un mot de la pression exercée par les liquides sur les parois de leurs contenants.
La pression exercée par un liquide sur le fond d'un réservoir est égale au poids d'une colonne d'eau de ce liquide qui aurait pour base la surface du fond et pour hauteur la distance verticale qui le sépare du niveau supérieur de l'eau. Le point d'application de cette pression est le centre de gravité du fond.
La pression qui s'exerce sur les côtés d'un réservoir est égale au poids d'une colonne de liquide qui aurait pour base la surface de cette paroi et la hauteur de la distance verticale de son centre de gravité au niveau supérieur.
La pression latérale dépend de la surface de la paroi et du niveau de l'eau dans le réservoir ; elle augmentera donc aux différents points de la paroi avec la profondeur du liquide et variera depuis le niveau de sa surface jusqu'à la partie inférieure du réservoir.
PRESSION DE L'EAU EN LIVRES
La pression de l'eau en livres par pouce carré sur les côtés d'un réservoir (ou d'un tuyau ou autre contenant) est due à la tête d'eau ou hauteur qui sépare le niveau de l'eau de la partie inférieure où la pression se fait sentir.
Cette tête d'eau est équivalente à 0.433 livres par pouce carré de hauteur à une température de 62° F. Ainsi, au fond d'une tête d'eau de 20 pieds, la pression est de:
20 x 12 = 240; 240 x 0.433 = 103.92 lbs au pouce carré.
Pour trouver la pression totale de l'eau au repos contre et perpendiculairement à toute surface — verticale, horizontale, inclinée ou courbe — on multiplie la surface pressée (en pieds carrés) par la hauteur verticale en pieds de son centre de gravité au niveau de l'eau et par la constante 62.4.
Le produit nous donnera la pression en livres, qui peut s'exprimer par la formule suivante:
P = 62.4 x S x D.
P = la pression exercée sur la surface. S = la surface pressée en pieds carrés. D = la distance verticale en pieds.
Exemple:
Soit à trouver la pression qui s'exerce sur le fond d'un réservoir haut de 8 pieds, large de 6 et long de 5. On aura:
Volume du réservoir: 6x5x8 = 240 pi. cubes Pression au fond: 240 x 62.4 = 14,976 lbs.
AGENCEMENT DES RÉSERVOIRS D'EAU
A l'arrivée de la colonne montante au réservoir, on installe un robinet flotteur dont la fonction sera de fermer automatiquement l'eau lorsqu'elle aura atteint le niveau maximum du réservoir.
Au cas où le robinet flotteur ferait défaut, un tuyau de trop-plein (overflow) est placé à l'intérieur ou sur le côté du réservoir à 3" ou 4" du bord supérieur, de manière que l'eau puisse se répandre dans le tuyau de drainage et ne pas renverser à l'extérieur.
Ce tuyau de trop-plein devra avoir un diamètre double de celui de l'alimentation pour suffire à l'écoulement sans pression de l'eau qui arrive par un tuyau moins gros, mais sous pression.
Ce tuyau de trop-plein ne doit pas être relié directement au tuyau de renvoi. Il devra être muni d'un obturateur hydraulique afin d'empêcher les émanations du tuyau de drainage qui devra avoir une conduite d'aération dans le voisinage.
DISTRIBUTION DE L'EAU PAR LE RÉSERVOIR
Une conduite de diamètre approprié sera fixée à la partie inférieure du réservoir, dépassant de quelques pouces à l'intérieur pour retenir les dépôts sédimentaires de l'eau.
Munie d'un robinet d'arrêt, cette conduite descendra jusqu'au rez-de-chaussée de la bâtisse en distribuant, sur son parcours, l'eau à chaque étage, par des branchements de grosseurs appropriées, aux appareils qu'elles doivent alimenter.
Les tuyaux de distribution auront le diamètre et l'épaisseur voulus pour alimenter tous les appareils et assurer le bon fonctionnement du système de plomberie en général.
RENSEIGNEMENTS UTILES
Pour trouver le nombre de pieds de tête d'eau, multipliez la pression en livres par 2.3.
Pour trouver la pression en livres au pouce carré, multipliez la hauteur de tête d'eau par .433.
Pour doubler le diamètre d'un tuyau, multipliez sa capacité par 4.
Pour trouver la surface d'une conduite, faire le carré du diamètre et multiplier par .7854.
Un pied cube d'eau pèse 62½ lbs et contient 1728 pouces cubes.
Chaque pied d'élévation d'une colonne d'eau accroît la pression d'environ 1/2 lb. au pouce carré.
Un tuyau fournira en moyenne un débit de .0408 fois le carré de son diamètre multiplié par la vitesse d'écoulement en pieds par minute.
Pour trouver la capacité d'une conduite ronde ou d'un cylindre en gallons multipliez le carré du diamètre en pouces par la longueur en pouces et par .0034.
Le poids de l'eau que contient une longueur quelconque de tuyau s'obtient en multipliant la longueur en pieds par le carré du diamètre en pouces et par .34.
Pour trouver le débit d'une conduite en pieds cubes à la minute, faites le carré du diamètre en multipliant ce dernier par 3.1416, multipliez par la vitesse du courant en pieds par minute et ensuite par .00545.
Le gallon américain pèse 81 lbs et contient 231 pouces cubes d'eau. Le gallon impérial, utilisé au Canada, pèse 10 lbs et contient 277 pouces cubes.
SERVICE D'EAU CHAUDE
Quoique le service d'eau chaude dans une habitation semble plutôt faire partie du système de chauffage, son installation n'en est pas moins faite par le plombier qui est chargé de tout le système de plomberie, de ses appareils et accessoires.
Le service d'eau chaude est d'ordinaire branché directement sur la conduite d'eau potable de la bâtisse. Il peut être obtenu de trois manières:
1° avec réchaud direct incorporé à la bouilloire du chauffage ;
2° avec réchaud indirect, par immersion dans l'eau ou la vapeur de la bouilloire;
et 3° à l'aide d'un réchauffeur d'eau (jacket heater) au charbon, au gaz ou à l'électricité.
Le réchaud direct (heater) consiste en une couronne en fonte placée au-dessus du brasier de la bouilloire, ou encore en un serpentin (coils) en cuivre ou en tuyau de cuivre de 3/4" assemblé avec des doubles-coudes en cuivre taraudés afin qu'ils ne s'affaissent pas sous l'effet de la chaleur excessive. (Fig. 137).
Fig. 137.— Serpentin en fonte coulée.
Ce genre de réchaud n'est d'ordinaire utilisé que durant la saison froide. Pour les saisons intermédiaires on a recours à un réchauffeur d'eau auxiliaire qui peut être installé à même le réservoir à eau chaude et qui est chauffé à l'aide d'un élément électrique.
Les anciens réchauffeurs au charbon (Fig. 138) ne sont plus guère utilisés.
Fig. 138.—Réchauffeur d'eau (jacket heater).
Les réservoirs à eau chaude sont de forme cylindrique. Ils sont fabriqués en fer ou en cuivre. Soudés ou rivés, ils peuvent résister à une pression de 100 lbs par pouce carré.
Leur capacité varie selon les diamètres, et les plus employés sont: 30 gallons (14" x 60"), 40 gallons (16"x60") et 50 gallons (18"x60"), avec raccords de 1". (Fig. 139).
Fig. 139.— Réservoir à eau chaude, soudé et rivé.
Si l'on veut obtenir des quantités d'eau chaude plus considérables, — pour les maisons de rapport, par exemple, — on utilise des réservoirs en plaques d'acier soudées et rivées, que l'on recouvre d'amiante et magnésie pour éviter une trop grande déperdition de chaleur.
Ces réservoirs peuvent être posés horizontalement au-dessus du réchauffeur d'eau ou verticalement à côté. Leur capacité varie selon leur diamètre et leur hauteur.
Un réservoir à eau chaude de 100 gallons aura 24" x 60" ; ceux de 120 gallons ont 24" x 72" ; ceux de 150 gallons 30"x60" ; et ceux de 180 gallons 30" x 72". Leurs raccordements sont tous de 1½".
Avec les systèmes de chauffage automatiques ces réservoirs, munis d'un réchauffeur de la capacité requise, donneront à l'heure le nombre de gallons voulus pour alimenter de 4 à 8 logements. Le résultat dépend de leur volume et de la consommation moyenne des locataires.
Le réchaud indirect consiste en une série de tuyaux ou serpentins en cuivre que l'on immerge dans l'eau chaude d'une bouilloire. Il y a aussi des réchauds indirects qui se placent à côté de la bouilloire, à laquelle ils sont reliés par un tuyau de circulation qui leur fournit l'eau chaude voulue. (Fig. 140).
Fig. 140.— Réchaud indirect, muni d'un serpentin en cuivre.
Les réchauds indirects ont un certain avantage — spécialement avec les bouilloires chauffées à l'huile. Ils permettent d'utiliser la même bouilloire en toute saison en fournissant l'eau chaude en quantité suffisante et à coût modique ; ils éliminent le tracas de faire un second feu durant la saison d'hiver.
Un petit réchauffeur d'eau muni d'un brûleur automatique fonctionnant indépendamment l'hiver comme l'été paraît encore plus logique et plus pratique du fait, qu'il supprime l'emploi des vannes de contrôle (flow valves) dont l'installation est assez dispendieuse. (Fig. 141).
Fig. 141.— Petit réchauffeur d'eau fonctionnant au gaz.
Enfin, les installations modernes sont presque toutes munies d'un élément électrique avec thermostat et assurent un service absolument automatique.
CONSOMMATION D'EAU CHAUDE
La consommation d'eau chaude pour les habitations, en gallons par heure, peut être assumée par logement comme suit :
Pour un logement comprenant:
1 baignoire, 1 lavabo, 1
évier....................... 15 gallons
1 baignoire avec douche, 2 lavabos, 1
évier.... 20 gallons
2 baignoires, 2 lavabos, 1 évier, 1 cuve......... 30
gallons
Ce qui correspond, pour une maison à 1 ou 2 logements, à une moyenne de 25 gallons à l'heure et nécessite un réservoir de 30 gallons.
La consommation horaire sera:
pour 3 logements, de...... 40
gallons
4 logements................... 50 gallons
5
logements................... 75 gallons
6 logements...................100
gallons
7 logements...................120 gallons
En multipliant ces chiffres par 10, on obtient la consommation quotidienne moyenne.
EXPANSION DES TUYAUX
En faisant une course de tuyau pour un service d'eau chaude il faut tenir compte de l'expansion du métal des tuyaux sous l'effet de la chaleur et obvier à ses effets.
L'expansion des tuyaux peut amener une rupture par le frottement au contact d'une autre pièce de métal ou faute d'espace pour leur dilatation et causer des dégâts assez considérables.
L'expansion se fait d'autant plus sentir que le degré de température est élevé. Le tableau ci-dessous nous donne une idée de l'expansion en pouces des divers tuyaux sur une longueur de 100 pieds.
De toute façon, pour trouver la différence de longueur, en pouces, qui résulte d'un changement de température du métal, on multiplie la longueur du tuyau par la différence de degré et par le coefficient d'expansion, par pied linéaire du métal, qui suit:
MANIÈRE DE REMÉDIER À L'EXPANSION
Dans toutes les grandes bâtisses ainsi que dans les édifices à plusieurs étages la température des tuyaux peut varier de 10° à 50° si ces derniers sont le moindrement exposés aux infiltrations de l'air extérieur, puis à 80°, 100° et même 215° lorsque l'eau du service d'eau chaude est portée à son point d'ébullition.
On remédie à l'expansion des tuyaux de plusieurs manières.
D'abord en localisant l'expansion aux extrémités des tuyaux, à leurs intersections, ou à l'aide de retraits qui permettent aux tuyaux de jouer sur une certaine longueur.
En second lieu, on peut utiliser des joints de dilatation spéciaux. (Fig. 142).
Fig. 142.— Joint de dilatation à coulisse.
Généralement les tuyaux de montée ou de circulation du service d'eau chaude sont supportés au centre à distance égale afin que la dilatation se fasse sentir au bas et au haut ; on prévoit, à leurs intersections, une pente plus forte dans leurs branches, ceci afin que les tuyaux ne puissent sortir de l'horizontale et prendre une inclinaison contraire à la circulation de l'eau.
On évite de la sorte, l'accumulation de l'air qui mettrait une entrave à la circulation de l'eau chaude.
On doit prévoir aux intersections un espace suffisant entre les tuyaux et les pièces de charpente afin de permettre tout le jeu possible.
On doit également laisser un espace autour des tuyaux afin de ne pas causer de frottements sur les pièces de bois ou autres, frottements qui font naître des bruits insolites parfois assez irritants.
En conséquence des douilles métalliques doivent être placées partout où les tuyaux traversent les murs et planchers.
En particulier lorsque les plafonds ou cloisons sont plâtrés, la dilatation des tuyaux cause par ses frottements des fissures dans le plâtre dont les débris qui s'en détachent sont une source d'ennuis pour les ménagères.
On utilise aussi des rondelles (floor plates), afin de masquer les trous par où passent les tuyaux; ces rondelles se posent sur les planchers ou aux plafonds. (Fig. 143).
Fig. 143.— Rondelles servant à masquer les trous par où passent les tuyaux: a) solide; b) à charnière.
