Calcul chauffe d'un fil résistif

[invite7e4ce37c]

Bonjour,

Dans le cadre des Projets Pluritechniques Encadrés (PPE) de Terminale, j'ai un projet à mettre en oeuvre.
Mon projet est de créer une tête d'extrudeuse pour une imprimante 3D (genre Reprap).
Mon dernier problème se pose sur la chauffe sur plastique PLA,

J'ai un tube fileté en acier d'une épaisseur de 2mm et d'un rayon de 4mm pour que le fil en résine/plastique puisse passer et devenir liquide/visqueux.
Pour la chauffe je dispose d'un fil résistif de 80 cm d'une résistivité de 5.65 Ohms/m, je compte enrouler le fil résistif(isolé) autour du filetage extérieur et le recouvrir pour limiter les pertes de chaleur. Mon fil résistif : http://www.conrad.fr/fil_resistif_is..._835752_460206
Ma question est alors : "à quel tension dois-je mettre le fil résistif pour qu'il puisse chauffer le plastique sachant que le plastique fond entre 160°C et 200°C et que le matériel me limite à une tension de 24V et de 5A ?"
J'ai déjà fait plusieurs test pour voir, cela fond mais il me faudrait de vrais calculs pour mieux prévoir la chauffe.
La chaleur est lié à la puissance non ? P=U²/R ?
R=0.8*5.65=4.52 Ohms
P=24²/4.52=127.43 W
Je ne sais pas vraiment si ce bout de calcul peut m'aider pour la suite.
J'ai aussi essayé de brancher 2 Alimentations en parallèles et j'ai remarqué une chauffe plus importante pour une tension plus faible.

Une âme charitable saurait me guider pour passer d'une tension à la température voulu (200°C) ?
Merci d'avance,
Ytyse
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[invitee05a3fcc]

Bonjour Ytyse et bienvenue sur FUTURA

J'ai aussi essayé de brancher 2 Alimentations en parallèles

A ne jamais faire !

Une âme charitable saurait me guider pour passer d'une tension à la température voulu (200°C) ?

Aucun calcul possible .... uniquement l'expérimentation.

[invite7e4ce37c]

Sérieusement ?
Bon eh bien je n'ai plus qu'à faire chauffer l'installation, on verra bien !

Merci quand même !
à bientôt !

[invite2313209787891133]

Bonjour

C'est tout à fait possible de le calculer, mais il faut prendre en compte de nombreux paramètres, et utiliser des formules qui n'ont rien à voir avec l’électronique mais plutôt avec la physique.
Il faut dans un 1er temps déterminer le coefficient d'échange superficiel de ton système en fonction de l'isolant utilisé et de la géométrie du "four". Ces données permettront de connaitre la quantité de chaleur dissipée à l'extérieur en fonction de la température interne. Il suffit alors de chercher pour quelle puissance dissipée on a 160 à 200°C.

Comme tu ne veux pas attendre un temps infini pour atteindre cette température il faudra aussi prendre en compte la chaleur massique de la matière plastique, et surtout l'enthalpie de fusion (si il y en a une ) et celle de la transition vitreuse et choisir arbitrairement une durée pour atteindre la mise en chauffe.

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite7e4ce37c]

Bonsoir,

Eh bien, je m'étais déjà renseigné un peu sur ces sujets et j'ai pu voir quelques uns des termes, mais je les connaissais pas il y a 24 heures !
http://fr.wikipedia.org/wiki/Acide_polylactique
D'après wikipédia, le plastique à une transition vitreuse à 60°C et une température de fusion à 160°C (Que signifie "fusion" exactement, que ce passe t'il au dela ?)
Pour la géométrie du "four", c'est tout simplement le fil enroulé dans le filetage d'une tube en acier de 2mm d'épaisseur et de 4mm de rayon.
Je vais certainement isolé mon fil avec un ruban adhésif en polyimide (Thermorésistant et diélétrique) et ensuite le recouvrir de silicone ou autre chose pour contenir la chaleur. Il a un bloc de bakélite au dessus du tube en acier donc peur de perte de chaleur de ce côté.
Le temps de chauffe n'est pas un problème, voila le peu d'information que je peux fournir...
C'est un peu du chinois pour un pauvre élève de Terminale S

[invite2313209787891133]

Est ce qu il serait possible de faire un plan dessiné ?
Autre chose ; le plastique passe à travers le tube en continu ? Si c'est le cas à quel débit ?

[invite7e4ce37c]

Je vous ai fait un rapide schéma sous paint,
Je n'ai pas les chiffres en tête, je pourrais les avoir dès demain.


Le plastique arrive en continu mais à une vitesse très faible.

[invite7e4ce37c]

Je vous tiens au courant !

[invite7e4ce37c]

Désolée du triple post, j'ai pas réussi à éditer le précédent !
Mon fil descend à une vitesse de 5,89e-4 m.s-1 , Donc 0.589 mm/s !

[invite2313209787891133]

Bonjour

L'enthalpie de fusion du PLA est fortement liée à son taux de cristallinité; comme je suppose que tu n'a aucun moyen de connaitre ce taux je vais le cas le plus défavorable (100%), soit une enthalpie de fusion de 93 J/g. Pour la chaleur massique je vais prendre 2J/g, et je ne prend pas le transition vitreuse en compte puisque je fais le calcul sur 100% de cristallinité.
Il faut donc au maximum (200-20) * 2 +93 = 453 J/g de PLA pour passer de 20 à 200°C. En prenant la section du fil et sa vitesse de passage dans le four tu pourra déduire la puissance nécessaire pour faire fondre le PLA. Il faudra ensuite calculer l’énergie dissipée à l'air ambiant, mais essaye déjà de résoudre cette 1ere partie.

[invite3a1051d7]

bonjour,
dans une extrudeuse une partie importante de la temperature est generée par les frottement de la matiere plasqique dans l'extruseuse .
apres demarrage l'energie mecanique peut representer plus de 80°C de l'energie necessaire .
(le debit de certaine extrudeuse est limité en particulier parce que l'autoechauffement ne peut plus etre controlé (extrusion du avec du PVC par exemple )
le profil de la vis est aussi à adapter suivant la matiere .
par experience je pense que l'experimentation est indispensable et que ce sujet est extremement delicat! .
mais ce n'est que mon avis !
je suis curieux de connaitre le resultat final , si tu pouvais nous tenir au courant pour ma culture perso et celle de tous .
cordialement
Alain