Gradient de T°C dans un volume fermé = gradient de P ou P constante?

[funky888]

Bonjour à tous,

je viens poster mon premier message car je suis curieux de voir si mon avis sera confirmé ou non par les vôtres.

Je place un volume fermé environ 1L dans une enceinte thermique, initialement à Tamb de 23°C.

Ce premier volume est totalement rempli de liquide, et relié par un flexible à un autre volume fermé de type "vase d'expansion", 1L également, situé au-dessus et à l'extérieur de l'enceinte, à température ambiante. Ce deuxième volume reste donc toujours en ambiance à 23°C. Il est rempli de liquide jusqu'à sa moitié, liquide qui communique avec le premier volume, et d'air pour sa moitié haute.

Je raccorde à ce second volume un flexible relié à un banc de pression, qui applique et maintien 2 bars d'air dans la partie haute du vase d'expansion.

Ainsi le banc applique une pression de 2 bars dans tous le circuit. Cette pression, une fois le système stabilisé (la montée en pression est presque instantanée), est constante dans tout le système puisque celui-ci est statique. Je ne me trompe pas? Pas de débit donc pas de perte de charge.

Je lance ensuite un cycle thermique dans l'enceinte, qui va amener le premier volume à une température de 150°C.

Le liquide présent dans le premier volume et dans le flexible qui se trouve dans l'enceinte va s'échauffer, se dilater, et le niveau de liquide dans le vase d'expansion va donc monter.

La banc qui régule la pression laissera donc sortir la quantité d'air nécessaire pour éviter l'augmentation de pression due à la montée en température d'une partie du système.

Une fois la température dans l'enceinte et donc dans le premier volume stabilisée, le système est donc composé d'un premier volume d'1L de liquide à 150°C, d'un flexible rempli de liquide qui traverse l'enceinte pour aller du volume à 150°C au volume à 23°C, d'un second volume rempli à moitié de liquide à environ 23°C (il s'échauffe également légèrement), le tout sous 2 bars de pression régulée par le banc.

Ma question finale, et importante, est de savoir si je peux considérer ou non que la pression de 2 bars est uniformément répartie dans tout mon système, indépendamment du gradient de température qui s'y applique, sachant que celui-ci est fermé et considéré sans fuites (donc aucun débit).

Merci par avance pour vos avis sur ce sujet
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[XK150]

Bonjour,
Avoir un gradient de pression dans un système communicant est ( pour moi ... ) impossible .
Tout le circuit est sous 2 bars ( excepté la pression hydrostatique due à la différence de hauteur ), tant que l'on admet que le liquide inférieur ne réchauffe pas le supérieur ...

[XK150]

Re,
Après , vous ne parlez pas de la nature du liquide ...
Si eau , vous ne pourrez jamais monter à 150° dans le réservoir inférieur avec 2 bars au-dessus ;
à partir de 120° , il va se former des bulles de vapeur qu'il faudra évacuer avec la régulation à 2 bars .

[funky888]

Bonjour,

merci de votre réponse.

Je suis de votre avis, pour moi la pression est uniforme dans l'ensemble du système dès lors que celui-ci est communiquant, fermé et sans débit. A l'exception de la pression hydrostatique que j'avais effectivement négligée. Elle doit être de l'ordre de 40mbar pour 40cm de colonne de liquide.

Le liquide est de type liquide de refroidissement automobile (éthylène glycol et additifs), il ne doit pas bouillir à cette température. On ne voit aucune bulle remonter dans les flexibles.

Même en considérant une élévation de température dans le réservoir haut, qui se trouve à l'extérieur, (ce qui est forcément le cas, même légère) je pense que la pression peut être maintenue uniformément à 2 bars tant qu'il reste de l'air dans le haut du vase d'expansion et que le banc peut ainsi réguler la pression en laissant sortir la quantité d'air nécessaire.

Des remarques m'ont mis le doute à cause de la notion de gradient de température, mais je ne vois pas comment des zones de pressions différentes pourraient se former dans le système sans que celles-ci ne s'équilibrent, le système étant par définition communiquant.

Merci pour cet avis en tous cas.

[A voir en vidéo sur Futura]

[phys4]

Le liquide est de type liquide de refroidissement automobile (éthylène glycol et additifs), il ne doit pas bouillir à cette température. On ne voit aucune bulle remonter dans les flexibles.

Attention, le liquide de refroidissement automobile contient des antioxydants et antigels, ces additifs n'augmentent pas la température d'ébullition.

Les circuits de refroidissement peuvent dépasser 100°C car ils sont maintenus en légère surpression, moins de 2 bars et ne peuvent guère dépasser 110°C
A 2 bars (atteints dès 120°C) les flexibles de votre circuit vont éclater.

[XK150]

Re,
Dans les circuits scellés auto , c'est le bouchon du vase d'expansion qui est taré ( je n'ai plus les valeurs de tête , mais moins que 2 bars )
et fait office de trop plein éventuellement ; on gagne en température de fonctionnement pour les moteurs modernes .
Il y a forcément un gradient de température , mais disons " dynamique " le liquide est au plus chaud en sortie haute de culasse ,
et au plus froid en sortie basse de radiateur = entrée basse bloc moteur , mais le tout à la même pression .

[funky888]

A 2 bars (atteints dès 120°C) les flexibles de votre circuit vont éclater.

Vous avez raison sur le fait que c'est la pression qui empêche l'ébullition et pas les additifs, mais en fait je voulais surtout écarter ce phénomène car il nous éloigne de la fonction première. La pression dans le circuit est pilotée par un banc avec régulateur de pression air/air, tant que le niveau de liquide n'atteint pas le piquage qui relie le vase au banc, celui-ci peut réguler la pression du circuit à 2 bars en relâchant de l'air. La pression ne montera pas plus haut.

[funky888]

Re,
Dans les circuits scellés auto , c'est le bouchon du vase d'expansion qui est taré ( je n'ai plus les valeurs de tête , mais moins que 2 bars )
et fait office de trop plein éventuellement ; on gagne en température de fonctionnement pour les moteurs modernes .
Il y a forcément un gradient de température , mais disons " dynamique " le liquide est au plus chaud en sortie haute de culasse ,
et au plus froid en sortie basse de radiateur = entrée basse bloc moteur , mais le tout à la même pression .

En fait c'est bien ce cas qui m'intéresse.

Pour info les bouchons que nous utilisons sont souvent tarés à 1,6 bars, et les constructeurs définissent la tenue en pression des pièces du circuit de refroidissement à 2300 mbars.

Comme vous le précisez, dans un circuit de refroidissement de moteur thermique, les températures de liquide varient avec des extrêmes à la culasse et au radiateur, pour autant tout le circuit est bien sous une pression uniforme (à la différence prêt peut être de l'effet de la pompe à eau et des quelques pertes de charge internes).

Dans le cas dont je parle ici, il y a la différence de température, mais pas la circulation de fluide, le système est "statique".

Je peux donc bien considérer ma pression de 2 bars répartie uniformément dans mes volumes.

Merci pour vos avis.