Refroidissement moteur

[Lycomede]

Bonjour,

Je vous contacte pour un petit problème, je suis actuellement en stage et j'ai pour mission de refroidir des moteurs de compresseurs car en été leurs bobinages montent trop haut en température (supérieur a 150°C), je dois donc pour cela envoyé un débit d'air extérieur (environ 30-35°C) pour les refroidir. Pour cela il faut donc attacher une gaine a l'entrée de chaque moteur qui seront relié à une grosse gaine (une sorte de collecteur) qui irait prendre l'air de l'extérieur. Cette air qui serait poussé par un ventilateur.

Problème quel débit d'air envoyer ? sachant qu'une entrée pour l'air d'un moteur ne dépasse pas 0.1m², et la forme de la gaine serait une sorte de croissant.

Merci d'avance pour vos réponses, j'espère avoir été assez clair ^^
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[LPFR]

Bonjour et bienvenu au forum.
0,1 m² correspond à un carré de 31 cm x 31 cm. Et non à 10cm x 10 cm.
C’est bien 0,1 m² ?
Au revoir.

[Lycomede]

Merci de votre réponse.

La forme n'est pas un carré mais plutôt une sorte croissant.
Il y a un axe au centre du cercle qui gène le passage de la gaine donc on aimerait mettre la gaine sur une moitié du cercle extérieur.

[f6bes]

Bjr à toi,
Tu n'a PAS répondu à LFPR à propos de la sur face ?
C'est UN dixiéme de m2 ( 0.1 %m2)
OU
une surface équivalente de 10 sur 10cm ?

Une photo serait un plus pour la compréhension.
Bonne soirée

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite07941352]

Re,
Et pour avoir une idée , ce sont des moteurs de quelle puissance unitaire ?

[Lycomede]

La surface est de 0.1 m². Les moteurs ont une puissance de 400kW avec un rendement de 95%.

[phys4]

Bonsoir,
Avec un tel rendement, il suffit d'évacuer quelques 20 000 Watts.

A raison de 1,3 joule par litre d'air et par degré dans les conditions normales, il faut 300 litres d'air s'échauffant de 50° pour évacuer cette chaleur.

Donc un courant d'air de vitesse 3 m/sec dans une ouverture de 0,1 m²
Ce n'est qu'un exemple.

[invite07941352]

Bonsoir phys4 ,
Oui, mais je ne vois pas bien la prise en compte des échanges thermiques au niveau du moteur ...

En clair , les bobinages qui étaient à 150 ° , à quelle température sont ils maintenant ?

[verdifre]

je crois que le problème est un peu plus complexe
le moteur doit déja être refroidi à l'air été comme hiver
le problème en été c'est qu'il recycle vraisemblablement de l'air en provenance du local compresseur qui est déja à température élevée

en mettant une gaine vers l'extérieur on va en effet aller chercher de l'air plus frais (il faudra aussi penser à une évacuation de l'air en sortie moteur) mais on va augmenter les pertes de charges donc diminuer le débit

pour pouvoir aller plus loin il faudrait connaitre les carectéristiques du ventilateur moteur ainsi que la température maxi de constructeur de l'air de refroidissement

c'est à mon avis un problème complexe

[Lycomede]

Le problème est la il faut ramener de l'air "frais" dans une grande conduite puis une plus petite sur la bouche d'entrée du ventilateur des moteurs qui vont refroidir les bobinages.
L'air de la salle des machines est trop élevé en été.

"A raison de 1,3 joule par litre d'air et par degré dans les conditions normales, il faut 300 litres d'air s'échauffant de 50° pour évacuer cette chaleur.

Donc un courant d'air de vitesse 3 m/sec dans une ouverture de 0,1 m2"

D'où sort ces résultats svp ?

[phys4]

Vous utilisez le Cp de l'air, ce qui vous donne le volume d'air par seconde et l'exemple de débit ne tient pas compte de la surface d'échange à l'intérieur du moteur, aussi l'exemple donné n'indique aucune température pour le moteur, simple exemple.

Pour aller plus loin, il faut tenir compte du message de verdifre.

[Gilgamesh]

A savoir que résoudre proprement un problème de refroidissement par convection forcée, ça nécessiterait une modélisation numérique et/ou de l'expérimentation bien instrumentée, et ça serait assez pour constituer un sujet de thèse, parce qu'il n'existe pas de solution analytique des équations différentielles permettant de modéliser les échanges de chaleurs. Par contre le résoudre à la louche en se basant sur la capacité calorifique de l'air, c'est un calcul qu'on peut poser sur coin de table.

[Lycomede]

C'est une résolution à la louche qui m'intéresse pour pouvoir dimensionner le ventilateur.

[Lycomede]

Je comprend pas par ce que vous prenez la formule P = Qm * Cp * Delta (T), je pense mais cela veut dire que si on augmente la différence de température le débit sera moins grand ? Donc plus il prend de chaleur moins il faut de débit ? ^^

[phys4]

Exact, le produit débit par augmentation de température est constant, mais cette augmentation d etempérature sera limitée par la capacité d'échange du circuit de l'air dans le moteur, ce qui vous ramène à la remarque précédente.

[Lycomede]

Et comment prendre en compte donc la température du moteur ?

Merci pour vos réponses.

[Gilgamesh]

Et comment prendre en compte donc la température du moteur ?.

Soit Te la température de l'air extérieur. Fixe toi une température de consigne Tc>Te, celle que tu veux atteindre après refroidissement. Le débit massique d'air dans ton conduit, et donc le dimensionnement de tes ventilo, doit correspondre (avec de la marge) à celui nécessaire pour emporter toute la puissance des pertes thermiques des moteurs (les 20 kW) sur la base de l'écart de température à l'équilibre (Tc-Te).

[Lycomede]

J'aimerais faire la température des bobinages donc du moteur de 20K, ça devrait être suffisant.
Paramètres :
Température d'air "neuf" en entrée : 35°¨C
Température Moteur : 150°C
Puissance dissipée : 20kW

Et j'aimerais donc connaitre le débit d'air à 35°C à avoir pour baisser la température du moteur de 20K si c'est possible.

Merci d'avance.

[Gilgamesh]

Tu as :



avec
Q le débit volumique (m3/s)
P = 20 kW la puissance thermique
rho = 1,2 kg/m3 la masse volumique de l'air
Cp = 1013 J/kg/K la capacité calorifique de l'air
Ti = 150°C la température initiale
dT = 20°C l'abaissement de température désiré
Te = 35°C la température de l'air extérieur

Q = 0,17 m3/s

[Lycomede]

Tu as bien utilisé : P = Qm * Cp * Delta (T) ?
Si c'est cette formule que tu as utilisé pourquoi ton delta (T) est représenté par cette soustraction ? (Ti-dT-Te)
Je ne vois pas pourquoi tu les soustrais comme cela ^^

Cordialement

[verdifre]

je suis persuadé qu'une grande partie de la solution se trouve déja dans la doc constructeur du moteur. il faudrait remettre la main dessus pour connaitre ses préconisations
pour le problème lié à la gaine, une fois les débits connus c'est un peu plus simple

[Lycomede]

Oui c'est sur après que j'aurais le débit nécessaire (approximatif) pour un moteur, je le multiplies par le nombre de moteur et je dimensionne le ventilo et les gaines en fonction de ces débits et des filtres placés après le ventilo.

[Gilgamesh]

Tu as bien utilisé : P = Qm * Cp * Delta (T) ?
Si c'est cette formule que tu as utilisé pourquoi ton delta (T) est représenté par cette soustraction ? (Ti-dT-Te)
Je ne vois pas pourquoi tu les soustrais comme cela ^^

Cordialement

Oui j'ai bien utilisé P = Qm Cp Delta (T)

avec :

Delta (T) = Tc - Te
et Tc = Ti - dT

[Lycomede]

Donc cette formule veut dire que l'air prend 95K ?

[verdifre]

ce qui me gêne dans la demarche proposée c'est que l'on ne connait rien des caractéristiques moteur. si au moins on avait un point de départ avec le debit du ventilateur la température d'entrée et de sortie d'air on pourrait extrapoller un peu. Pour moi le debit et le delta T sont liés, mais la seule chose que l'on puisse piloter directement c'est le débit d'air.
la seule chose que je peux dire à priori, c'est qu'a débit la différence de température entre l'entrée et la sortie va diminuer quand la température d'entrée augmente et, que à un moment, cela pose problème car on ne reussi plus a évacuer la puissance thermique

[Lycomede]

si on envoie plus de débit que le ventilateur en accepte, es ce que c'est complètement inutile ? Il faudrait donc d'abord connaitre le débit du ventilateur du moteur ?

[Gilgamesh]

Donc cette formule veut dire que l'air prend 95K ?

Oui plus exactement ça veut dire que le débit est correct si et seulement si le transfert thermique est suffisement efficace au sein du moteur pour que l'air gagne 95 degrés en le traversant. Et si on veut aller plus loin toute la difficulté de la résolution physique du problème réside dans le calcul de l'efficacité du transfert de chaleur entre les surfaces internes et le fluide.

[verdifre]

Pour moi, face à ce genre de problème, la première démarche est de rassembler la documentation
documentation moteur
documentation turbine de ventilation

il peut aussi être utile de contacter le fabricant du moteur qui a déja surement été confronté à ce problème


De plus, il est toujours utile de regarder autour si il n'y a pas de besoins de chaleur qui pourraient être satisfait par cette energie que tu doit dissiper.
il est toujours dommage de payer pour dissiper de l'energie si il y a une chance de récupèrer cette energie

[invite07941352]

Et si on veut aller plus loin toute la difficulté de la résolution physique du problème réside dans le calcul de l'efficacité du transfert de chaleur entre les surfaces internes et le fluide.

Re,
C'est exactement l'objet de ma remarque du post 8 :

On ne refroidira pas une masse sous forme d'une sphère massive aussi bien que la même masse composée en multiples ailettes .
Et ce n'est qu'un aspect ( celui-là est facile à comprendre ) des conditions de transferts .

[Lycomede]

Merci pour vos réponses,

De retour du weekend j'ai donc recherché de la doc et j'ai trouvé que le volume admissible maximal est de 40m3/min (soit 2400m3/h) et une pression admissible de 50Pa.

Cordialement, le stagiaire