Étude de perte de charge – Groupe électrogène.

L'importance des groupes électrogènes

Dans un data center, les groupes électrogènes sont la dernière ligne de défense en cas de défaillance de l'alimentation principale. Leur fonctionnement optimal garantit la continuité des opérations même en cas de coupure de courant.

Cependant, la performance de ces groupes peut être compromise par plusieurs facteurs, notamment les pertes de charge dans les locaux où ils sont installés. Une étude approfondie est donc d'une importance capitale pour assurer la disponibilité et la fiabilité des groupes, et par extension, du data center dans son ensemble.

Comment caractériser les pertes de charge

L'énergie d'un volume d'air s'exprime comme une somme de pressions, constituant la pression totale :

• 1

  Pression due au poids de la colonne d'air : ρgh.

• 2

  Pression dynamique liée à la vitesse de l'air : ρv²/2.

• 3

  Pression statique liée à la pression interne de l'air : P.

La perte de charge d'un composant est la différence entre les pressions totales à son entrée et à sa sortie. Elle est due aux résistances rencontrées par l'air à travers les éléments du réseau (gaines, coudes, registres, grilles…). Sur les groupes électrogènes, des pièges à sons installés en amont et en aval limitent les nuisances sonores, mais génèrent d'importantes pertes de charge additionnelles.

Pourquoi réaliser une étude CFD ?

Les études CFD de pertes de charge permettent une modélisation numérique détaillée des écoulements et fournissent des informations cruciales sur les zones de perte de charge, de turbulence et de stagnation. Elles permettent d'identifier les points faibles, d'optimiser la conception et de prédire l'effet de modifications avant leur mise en œuvre physique, une méthode économique.

D'où viennent les pertes de charge ?

La majorité des pertes de charge dans les lignes d'extraction des groupes électrogènes sont des pertes de charge singulières, causées par des changements brusques de géométrie (coudes, rétrécissements, élargissements) :

• A

  Formation de tourbillons et zones de turbulence — les changements brusques perturbent l'écoulement et entraînent des pertes d'énergie.

• B

  Accélération et décélération de l'écoulement — le passage entre sections larges et étroites convertit l'énergie cinétique en pression.

• C

  Frottement aux parois — les irrégularités de surface augmentent la résistance à l'écoulement.

Ces pertes peuvent être réduites par une conception adaptée des gaines : raccords lisses et transitions progressives entre sections.

Simulation numérique des pertes de charge

Le modèle 3D du local technique a été créé à partir des plans et du modèle 3D du process : groupes électrogènes, pièges à sons, cheminées, gaines et plénums ont été représentés fidèlement, en respectant leur emplacement réel.

Les vitesses et pressions issues des simulations sont analysées pour calculer les pertes de charge de chaque local, en évaluant les variations de pression totale le long du chemin d'air.

Impact des pièges à sons

Les pièges à sons réduisent considérablement le niveau de décibels en sortie de gaine. Mais le passage de l'air à travers ces dispositifs augmente les pertes de charge (obstruction, changements brusques de direction, turbulence). Il faut donc trouver le bon équilibre entre réduction acoustique et réduction des pertes de charge.

Optimisation des gaines GE pour limiter les pertes

La configuration des locaux entraînait des pertes de charge excessives. Elles ont été modifiées pour réduire la résistance à l'écoulement, notamment aux pièges à sons et à la gaine de rejet. Des déflecteurs ont été installés pour rendre les changements de direction moins brusques.

Grâce à ces modifications, les pertes de charge ont été réduites de plus de 50 %. Cette réduction assure un fonctionnement efficace des groupes et permet des vitesses d'air plus élevées en sortie de gaine, réduisant les phénomènes de bouclage avec les aérorefroidisseurs en toiture.