Types de siphons expliqués : principes de fonctionnement et applications

Tous les siphons ne sont pas identiques. Un siphon (également orthographié siphon) est tout appareil qui utilise la gravité pour déplacer un liquide dans un tuyau sans pompe, mais ce principe unique couvre une large famille : un petit tube en forme de U pour vider un réservoir, un siphon en queue de cochon enroulé qui protège un manomètre, un siphon à cloche automatique qui draine un bac hydroponique et le système de drainage du toit d'un grand bâtiment. Choisir le mauvais type peut signifier un instrument endommagé, un drain qui ne démarre jamais ou un système de drainage qui ne fonctionne pas correctement.

Ce guide regroupe les principaux types par principe de fonctionnement et méthode de démarrage et met en évidence les facteurs d'installation et de matériel les plus importants dans les projets réels.

Qu'est-ce qu'un siphon et comment ça marche ?

Un siphon transfère le liquide d'un niveau supérieur à un niveau inférieur à travers une montée intermédiaire, sans pièces mobiles. Une fois que le tuyau est rempli et que l’extrémité de décharge se trouve sous la surface en amont, la gravité entraîne le liquide vers le bas de la branche de sortie. Cela crée une zone de pression plus basse au point le plus élevé et la pression atmosphérique sur la surface libre du réservoir pousse plus de liquide dans le tuyau. Le débit continue tant que le tuyau reste plein et que la sortie reste en dessous de l'entrée.

Une analogie simple est utile : un siphon fonctionne comme une paille, sauf que le débit continue de lui-même après l'amorçage car la gravité continue de tirer le liquide hors de l'extrémité de refoulement.

Il existe deux explications physiques, la théorie classique de la pression atmosphérique et la théorie de la cohésion et de la tension, mais la conclusion technique est la même : un tuyau étanche et amorcé avec suffisamment de dénivelé s'écoule de manière constante.

Classification des siphons par principe de fonctionnement

Les siphons se répartissent en trois groupes pratiques en fonction de la façon dont ils démarrent et de ce pour quoi ils sont conçus. Les siphons de protection des instruments créent une barrière contre la condensation qui protège les manomètres de la chaleur. Les siphons à gravité et à amorçage manuel nécessitent un amorçage une fois, puis transfèrent le fluide en continu. Les siphons automatiques et auto-amorçants démarrent et s'arrêtent automatiquement lorsque le niveau de liquide monte et descend.

Siphons de protection des instruments

Les siphons de protection des instruments existent pour une seule raison : l’isolation thermique. Ils se situent entre une ligne de traitement et un manomètre afin que la vapeur chaude n'atteigne jamais directement l'élément de détection. Le siphon recueille le liquide condensé et ce liquide forme une barrière entre le fluide de traitement et l'instrument. Ces appareils ne transportent pas de fluide ; ils protègent l'instrument.

Siphon en queue de cochon

Le siphon en queue de cochon est le siphon d'instrument le plus utilisé. Son nom décrit sa forme : une spirale étroite de tube qui ressemble à une queue de cochon. Le serpentin se remplit de condensat formé par la conduite de vapeur et ce joint liquide isole la jauge de la vapeur vive. Les siphons à queue de cochon sont normalement installés sur des canalisations verticales et sont fournis en SS 304, SS 316 ou en acier au carbone, en fonction de la température, de la pression et de la corrosivité du fluide.

Siphon de type U

Le siphon de type U est une boucle en forme de U installée devant l'instrument. Le condensat s'accumule au bas de la boucle et forme la même barrière d'étanchéité que la conception en queue de cochon. Sa structure est simple et son coût est faible, ce qui en fait un choix pratique pour les points de montage verticaux avec un espace limité. Les qualités de matériaux doivent tolérer la température et la pression du processus et résister à la corrosion du milieu.

Bobine / Siphon de type Q

Le siphon à bobine, souvent appelé type Q en raison de sa forme compacte, enroule le tube dans une boucle serrée. Cela donne à la vapeur un trajet de refroidissement plus long, de sorte que la vapeur se condense complètement avant d'atteindre la jauge. Le principal avantage est la flexibilité de montage : la boucle compacte s'adapte aussi bien aux conduites verticales qu'horizontales. L'acier inoxydable et l'acier au carbone sont des choix courants, sélectionnés pour correspondre aux conditions du procédé.

Siphons à gravité et à amorçage manuel

Le siphon classique en forme de U

Le siphon classique est un tube en U inversé, avec une branche dans le réservoir d'alimentation et l'autre s'écoulant à un niveau inférieur. Une fois que le tube est complètement rempli de liquide, l'écoulement commence et continue sans aucune pièce mobile. La force motrice est le poids du liquide du côté sortie, et la portance pratique est limitée par la pression atmosphérique ; pour l'eau au niveau de la mer, le plafond théorique est d'environ dix mètres. Les méthodes d'amorçage consistent à remplir le tube avant l'installation, à verser du liquide dans le point le plus élevé ou à aspirer l'air par le haut. Les applications typiques sont la vidange des réservoirs, le transfert d'eau sur une berge basse et les petits canaux d'irrigation.

Siphon inversé

Le siphon inversé a la forme opposée : le tuyau plonge vers le bas au lieu de se courber vers le haut. Il transporte le flux sous un obstacle tel qu'une route, une voie ferrée ou un passage de rivière dans un système de drainage ou d'adduction d'eau. Le liquide se déplace dans le tuyau sous pression positive plutôt que d'être aspiré par le vide, c'est pourquoi les ingénieurs l'appellent parfois un tuyau déprimé ou affaissé. Il apparaît régulièrement dans les canalisations de drainage et les projets de conservation de l'eau. Les principales considérations de conception sont le diamètre du tuyau, la hauteur disponible et le risque de dépôt de solides au point bas.

Les deux siphons à gravité offrent un fonctionnement simple et fiable et ne comportent aucune pièce mobile. Ils conviennent aux travaux de transfert continu où le démarrage/arrêt automatique n'est pas requis. La sélection se concentre sur le diamètre du tuyau, la différence d'élévation et le débit.

Siphons automatiques et auto-amorçants

Siphon cloche

Le siphon cloche comporte trois parties : un réservoir, un couvercle en forme de cloche et une borne-fontaine. À mesure que le niveau d'eau s'élève au-dessus du bord inférieur de la cloche, celle-ci emprisonne l'air et isole la borne-fontaine de l'atmosphère. L'eau se répand alors par-dessus la borne-fontaine et tombe vers le bas, créant un vide sous la cloche. La pression atmosphérique pousse plus d'eau à travers la colonne montante jusqu'à ce que le niveau d'eau descende en dessous du bord de la cloche et que l'air rentre, brisant le vide. Le cycle se répète : l'appareil reste inactif pendant que l'eau s'accumule, s'écoule rapidement et s'arrête tout seul, sans électricité, ni vannes, ni opérateur.

Les siphons à cloche sont largement utilisés dans les systèmes hydroponiques à flux et reflux, les petits réservoirs de stockage et certains processus de traitement des eaux usées. Un écran au-dessus de l'entrée empêche les débris de pénétrer dans la colonne montante et d'interférer avec la formation du vide.

Siphon à boucle

Le siphon à boucle dispose une longueur de tube dans une boucle surélevée à l'extérieur du récipient. Lorsque le liquide montant atteint le sommet de la boucle, la boucle se remplit complètement et l'écoulement commence alors que la gravité tire le liquide vers le côté décharge. La structure est plus simple qu'un siphon en cloche et ne comporte aucune pièce mobile, ce qui permet de réduire les coûts de fabrication et de maintenance. Les siphons en boucle sont courants dans les tables hydroponiques et les petites installations de drainage où un timing précis du cycle n'est pas requis.

La valeur des siphons automatiques réside dans leur fonctionnement sans surveillance. Le choix entre les conceptions en cloche et en boucle dépend de l'espace disponible, du débit requis et du niveau de contrôle requis sur le cycle de vidange.

Systèmes de drainage par siphon dans la construction de bâtiments

Dans les bâtiments modernes, le drainage par siphon est un système complet de drainage de toiture basé sur l’action d’un siphon et non sur un seul raccord. L'eau de pluie pénètre dans les sorties de toit du siphon spécialement conçues et, lorsqu'elle tombe dans le tuyau de descente vertical, elle gagne en vitesse et crée une pression négative. Le tuyau s'étend ensuite sur tout le passage avec un écoulement à grande vitesse, contrairement à l'écoulement à canal ouvert partiellement rempli d'un drain gravitaire conventionnel.

Comparé au drainage par gravité, un système de drainage par siphon peut utiliser moins de tuyaux de descente et des diamètres de tuyaux plus petits, et les tuyaux collecteurs horizontaux n'ont pas besoin d'une pente continue. Cela donne aux architectes une plus grande liberté de routage et réduit souvent l'utilisation de matériaux. Cependant, les sorties de toit et les raccords doivent être soigneusement dimensionnés et testés, car le système dépend du maintien d'un état d'écoulement intégral et étanche à l'air.

Il est préférable d'évaluer le drainage par siphon au début de la phase de conception, car ses avantages dépendent de la disposition coordonnée, de la géométrie du toit et de l'intensité des précipitations. La certification des composants et les données de test doivent être vérifiées auprès du fournisseur avant l'installation.

Comment choisir le bon type de siphon

La sélection commence dès la candidature. Pour protéger un instrument sous pression de la vapeur, choisissez un siphon pour instrument dont l'orientation de montage correspond au parcours de tuyauterie. Pour déplacer du liquide en continu sans contrôle, utilisez un siphon classique en forme de U ou un siphon inversé. Pour vider automatiquement un récipient, utilisez un siphon à cloche ou à boucle. Pour gérer les eaux de pluie sur un grand toit, envisagez un système de drainage complet par siphon.

Une fois le type corrigé, examinez trois conditions :

• Installation : tuyauterie verticale ou horizontale, espace disponible et accès pour la maintenance.
• Milieu : température, pression, corrosivité et s'il transporte des solides.
• Matériau : les siphons à instruments sont généralement fournis en SS 304, SS 316 ou en acier au carbone, tandis que les applications de drainage et de construction utilisent souvent des plastiques tels que le PP, le PE ou le HDPE.

Un siphon échouera en service si l'une de ces conditions est ignorée, quelle que soit la correspondance du principe avec l'application.

Les siphons ne sont pas un appareil unique mais une famille d'appareils partageant un principe physique. Les siphons de protection des instruments protègent les jauges de la chaleur, les siphons à gravité déplacent le liquide de manière fiable, les siphons automatiques drainent les récipients par eux-mêmes et les systèmes de drainage par siphon gèrent l'eau de pluie à l'échelle du bâtiment. Commencez par le principe de fonctionnement, puis vérifiez les conditions d'installation et des matériaux, et le bon choix suit généralement. En tant que fabricant de raccords de tuyauterie avec une production certifiée ISO et plus de vingt ans d'expérience, Zhejiang Fengfeng soutient les projets qui nécessitent des composants de siphon et de drainage fiables.