Temps de chauffe de deux cylindres creux accolés!

[NOB1]

Bonjour à tous,

Je me heurte à un problème. N'ayant rien trouvé de très convaincant après avoir fait quelques recherches sur le net, je me tourne une nouvelle fois vers vous.
Je tiens à préciser que mes compétences en thermique sont plutôt moyennes.

Donc voilà mon problème :
J'ai deux cylindres creux mis l'un sur l'autre en suspension à l'horizontale avec un même alignement et dans lesquels circulent à débit constant (7.7 m^3/h) à l'intérieur de chaque des cylindres de l'huile à 240°C. Un cylindre a 197 mm de diamètre total pour 40 mm de diamètre intérieur et est fait en acier noir.

Je voudrais savoir après combien de temps et à quelle température des cylindres, une fois le fluide en circulation, l'ensemble atteindra le régime stationnaire.
J'aimerais aussi savoir ce qu'on consomme comme puissance une fois le régime atteint.

Je n'ai rien trouvé en ce qui concerne le temps démarrage, mais j'ai trouvé une formule sur internet donnant une approximation de la température finale d'un cylindre plein sous la forme Tint = Text + Flux/(4*Pi*L*Lambda). Je suppose que ce n'est évidemment pas la même chose pour un cylindre creux dans ce genre de situation.

En ce qui concerne le flux et la puissance consommée, j'ai pensé à la formule : Flux= (Tint-Tinf)/(1/A1*h1+ln(r2/r1)/2*pi*lambda*L+1/A2*h2) avec r1 et r2, A1 et A2 les surfaces latérales intérieur et extérieur.
Pensez-vous que cette formule soit l'idéal pour déterminer la puissance consommée une fois le régime atteint? Vu que c'est la même qu'on utilise pour le calcul des déperditions je pense.

Merci.
-----

[coutal007]

Bonjour à tous,

Je me heurte à un problème. N'ayant rien trouvé de très convaincant après avoir fait quelques recherches sur le net, je me tourne une nouvelle fois vers vous.
Je tiens à préciser que mes compétences en thermique sont plutôt moyennes.

Donc voilà mon problème :
J'ai deux cylindres creux mis l'un sur l'autre en suspension à l'horizontale avec un même alignement et dans lesquels circulent à débit constant (7.7 m^3/h) à l'intérieur de chaque des cylindres de l'huile à 240°C. Un cylindre a 197 mm de diamètre total pour 40 mm de diamètre intérieur et est fait en acier noir.

Je voudrais savoir après combien de temps et à quelle température des cylindres, une fois le fluide en circulation, l'ensemble atteindra le régime stationnaire.
J'aimerais aussi savoir ce qu'on consomme comme puissance une fois le régime atteint.

Je n'ai rien trouvé en ce qui concerne le temps démarrage, mais j'ai trouvé une formule sur internet donnant une approximation de la température finale d'un cylindre plein sous la forme Tint = Text + Flux/(4*Pi*L*Lambda). Je suppose que ce n'est évidemment pas la même chose pour un cylindre creux dans ce genre de situation.

En ce qui concerne le flux et la puissance consommée, j'ai pensé à la formule : Flux= (Tint-Tinf)/(1/A1*h1+ln(r2/r1)/2*pi*lambda*L+1/A2*h2) avec r1 et r2, A1 et A2 les surfaces latérales intérieur et extérieur.
Pensez-vous que cette formule soit l'idéal pour déterminer la puissance consommée une fois le régime atteint? Vu que c'est la même qu'on utilise pour le calcul des déperditions je pense.

Merci.

Bonjour

Faut bosser ses cours au lieu d'aller demander systématiquement la solution sur les forum...

[Goustave]

Bonjour

Faut bosser ses cours au lieu d'aller demander systématiquement la solution sur les forum...

En tout cas aucune réponse de ta part.....

[NOB1]

Bonjour

Faut bosser ses cours au lieu d'aller demander systématiquement la solution sur les forum...

Bonjour coutal007;

Et bah merci de votre intervention.

Malheureusement mes connaissances de cours sont assez limité en ce qui concerne le domaine de la thermique (la spécialisation que j'ai eu à faire est en Mécanique des fluides avec un peu d'énergie), et là, suite à un concours de circonstances je me retrouve face à des thématiques assez éloignées de celles vu en cours et dont je ne maîtrise pas toujours.

Je me suis donc tourné vers un forum de discussions à chaque fois après une à 2 semaines de recherches personnelles car j'ai un cru comprendre que c'était ça aussi un forum de discussions, un espace d'échange "combinant un grand nombre de personnes et leur expérience dans différents domaines".

Mais je tiens tout de même à vous remercier de votre conseil ^^, je compte effectivement allez mieux bosser mes cours (que je n'ai même pas avec moi soit dit en passant), surtout que ça fait toujours plaisir de recevoir une réponse du genre que pas de réponses du tout.

Sur ce, passez une bonne journée ^^.

[A voir en vidéo sur Futura]

[cornychon]

Donc voilà mon problème :
J'ai deux cylindres creux mis l'un sur l'autre en suspension à l'horizontale avec un même alignement et dans lesquels circulent à débit constant (7.7 m^3/h) à l'intérieur de chaque des cylindres de l'huile à 240°C. Un cylindre a 197 mm de diamètre total pour 40 mm de diamètre intérieur et est fait en acier noir.
Je voudrais savoir après combien de temps et à quelle température des cylindres, une fois le fluide en circulation, l'ensemble atteindra le régime stationnaire.
J'aimerais aussi savoir ce qu'on consomme comme puissance une fois le régime atteint.
Merci.

Bonjour,
Tu viens poser un vrai problème théorique de conduction thermique.
Te répondre d’aller bosser tes cours n’est pas très gentil ! !.

J’ai lu ton sujet,
Si j’ai bien compris, tu as deux cylindres creux
Chaque cylindre a un diamètre extérieur de 197 mm et un diamètre intérieur de 40 mm
Ils sont en alignement ! ! Ça veut dire quoi ? Ils sont parallèles ? Ils se touchent ? Ils sont soudés ? Sur quelle longueur ?
Une huile à 240 °C sous un débit de 7.7 m3/h, OK
Cette huile circule dans les deux cylindres, OK
Je ne vois pas d’échange possible entre deux masses qui sont à la même température ! !

Pour répondre concrètement, il faut que ton problème soit bien posé. Il ne faut pas que l’on soit obligé d’interpréter quoi que ce soit.

Conclusion :
Comme pour tous le monde, le plus difficile est de donner tous les éléments nécessaires à la résolution d’un problème !
Si tu reformules correctement et complètement ton énoncé, je pense pouvoir te donner des conseils utiles

[NOB1]

Bonjour cornychon,

Je vous remercie de votre intervention.

Effectivement il semble que je n'ai pas été assez précis dans mes explications. Ces deux cylindres se touchent suivant la longueur et se roulent l'un contre l'autre.
Les deux cylindres étant identiques et donc de même masse, il ne peut effectivement pas avoir de grand échange possible entre ces deux corps.

Ce qui m’intéresse vraiment c'est l'échange entre l'huile à 240°C et les deux cylindres qui au départ sont à température ambiante (voir à un peu moins, vu qu'ils sont en métal).
Comment déterminer le temps après lequel une fois en l'huile en circulation dans les cylindres, l'ensemble atteindra le régime stationnaire?

Je suppose qu'on pourrait résoudre ce problème en considérant les deux cylindres séparément, vu que le fait qu'ils soient tangents n'influe pas vraiment sur le flux de chaleur, mais même dans ce cas je bug pas mal sur une réelle estimation de temps.

Bien cordialement.

[coutal007]

En tout cas aucune réponse de ta part.....

Toi non plus, tu ne réponds jamais en rien en fait comme d'hab quoi...

Par contre pour jouer au plus malin, il y a du monde!

[cornychon]

Ce qui m’intéresse vraiment c'est l'échange entre l'huile à 240°C et les deux cylindres qui au départ sont à température ambiante (voir à un peu moins, vu qu'ils sont en métal).
Comment déterminer le temps après lequel une fois en l'huile en circulation dans les cylindres, l'ensemble atteindra le régime stationnaire?.

Bonjour,
On se trouve face à un problème de conduction thermique en régime variable.
Tu veux connaitre le temps qu’il faut pour atteindre l’équilibre thermique.
Il faut connaitre le temps et la température donnant l’échauffement progressif du tube.

Les approches théoriques de ce genre sont accessibles aux ingénieurs qui sortent de centrale et autres grandes écoles.
Dans l’industrie, pour développer et construire des produits commercialisés. On ne part jamais sur des résultats théoriques de cette complexité.

Dans le cas présent, on passe par des essais réalisés dans des labos de recherche appliquée.
On réalise un échantillon vraie grandeur, on fait passer l’huile en circuit fermé à la température souhaitée, on fait des mesures de montée en température, jusqu’à l’équilibre thermique.

Je suis intimement persuadé que ton sujet ne correspond pas à un besoin réel.

Ton sujet est juste destiné à faire raconter des âneries aux intervenants de ce forum.

Coutal007 ta pris pour un étudiant. Il t’a répondu d’aller bosser tes cours.
Au bout du compte il a bien répondu ! !
Personne n’est tombé dans le piège, bravo ! ! !

Il faut éviter de poser des sujets pompés dans des ouvrages destinés à ceux qui bossent en facultés.

[Fustigator]

Ton sujet est juste destiné à faire raconter des âneries aux intervenants de ce forum.

Coutal007 ta pris pour un étudiant. Il t’a répondu d’aller bosser tes cours.
Au bout du compte il a bien répondu ! !
Personne n’est tombé dans le piège, bravo ! ! !.

Procès d'intention ridicule.
Un simple coup d'oeil à l'histo des messages de NOB1 invalide cette hypothèse.

Les 3 sujets qu'il a ouvert en deux ans concernent des problématiques d'échange thermique.

Ici on a visiblement un espèce de laminoir chauffant dont l'usage m'échappe mais je ne vois pas en quoi le fait de s'interroger sur le temps qu'il va mettre à atteindre sa température nominale est si bizarre.

[coutal007]

Procès d'intention ridicule.
Un simple coup d'oeil à l'histo des messages de NOB1 invalide cette hypothèse.

Les 3 sujets qu'il a ouvert en deux ans concernent des problématiques d'échange thermique.

Ici on a visiblement un espèce de laminoir chauffant dont l'usage m'échappe mais je ne vois pas en quoi le fait de s'interroger sur le temps qu'il va mettre à atteindre sa température nominale est si bizarre.

Ce sont des problématiques théoriques qui n'ont aucune application pratique réelle (un ingenieur ne viendrait pas chercher ses réponses sur des forums ou alors son avenir pro serait fortement compromis) typiques des écoles d'ingénieur ou IUT.
Seul un ingénieur confirmé peut lui répondre en lui balancant tout cuit la formule que l'intervenant est censé trouver tout seul. Ce que NOB1 vient chercher ici, c'est du "bon sens" pratique lui permettant de mieux appréhender la problématique théorique.
C'est de bonne guerre, ce n'est pas grave mais je doute qu'il puisse trouver son bonheur ici.

Il n'y avait rien de méchant dans mon message...

[coutal007]

Bonjour coutal007;

Et bah merci de votre intervention.

Malheureusement mes connaissances de cours sont assez limité en ce qui concerne le domaine de la thermique (la spécialisation que j'ai eu à faire est en Mécanique des fluides avec un peu d'énergie), et là, suite à un concours de circonstances je me retrouve face à des thématiques assez éloignées de celles vu en cours et dont je ne maîtrise pas toujours.

Je me suis donc tourné vers un forum de discussions à chaque fois après une à 2 semaines de recherches personnelles car j'ai un cru comprendre que c'était ça aussi un forum de discussions, un espace d'échange "combinant un grand nombre de personnes et leur expérience dans différents domaines".

Mais je tiens tout de même à vous remercier de votre conseil ^^, je compte effectivement allez mieux bosser mes cours (que je n'ai même pas avec moi soit dit en passant), surtout que ça fait toujours plaisir de recevoir une réponse du genre que pas de réponses du tout.

Sur ce, passez une bonne journée ^^.

Bonjour

Il n'y a rien de méchant dans mon message, ça me fait juste marrer j'ai été aussi étudiant...

Le truc c'est qu'on a l'impression que tu nous recopie tes énoncés de problèmes je trouve ça un peu gros, surtout qu'au vu de la complexité des formules que tu cherches à confirmer, je pense que personne ici ne sera en mesure de te répondre.

[NOB1]

Je suis intimement persuadé que ton sujet ne correspond pas à un besoin réel.

Malheureusement si!

Bonjour,

Mon sujet ne sort d'aucun fascicule, ouvrage, devoir à rendre ou que sais-je. Il est bien issu d'une situation réelle, avec une problématique un peu plus large que celle-ci présenté et dont j'ai juste essayé de formaliser au maximum histoire d'avoir de manière théorique un ordre de grandeur raisonnable pour le cas de figure.

La situation paraît complexe assez avec une approche scolaire peut-être par ce que ma démarche l'est encore tout autant, vu que j'en sors à peine.
Je trouvais bien l'ensemble assez complexe théoriquement et j'ai pensé à en parler dans un forum me disant que certains auraient pu m'aider avec une approche plus simplifiée, me permettant d'avoir un ordre de grandeur réaliste pour ce type de problème en industrie.

On a dans l'ensemble du réseau à fluide thermique du local, une part du réseau en particulier qu'on aimerait supprimer car on pense qu'elle nous fait perdre pas mal en énergie.
En effet, au départ de ce côté du réseau l'on a une pompe qui fait circuler à un débit d'environ 100 m^3/h, un fluide minéral (du SERIOLA 1510) à une température moyenne à l'allée d'environ 240°C. Cette partie du réseau est connectée à plusieurs appareils dont notamment à la machine où se trouve nos deux cylindres (en fait il y en a 4 identiques, collé deux à 2).

Ainsi, une ligne de cette partie du réseau est reliée à une nourrice qui fait passer cette huile chauffée à une pression d'environ 4-5 bars dans ces cylindres et permet d'assurer leur démarrage de chauffe qui met près de 6h voir plus et les maintient à température constante pendant le fonctionnement de l'appareil.

J'essaie de trouver des solutions alternatives et peu couteuses pour chacune des machines alimentées par cette partie du réseau qu'on aimerait supprimer, dont notamment la machine qui contient ces cylindres où je pensais à mettre un thermorégulateur électrique à huile à la place du réseau à fluide thermique; thermorégulateur que j'essaie tant bien que mal de dimensionner.
À quelle puissance de chauffe le thermorégulateur serait à mesure d'assurer les mêmes fonctions que le réseau de fluide actuel? Quel serait le temps de première chauffe avec un débit plus bas (de l'ordre de 7,7 m^3/h relevés sur l'un des thermorégulateurs utilisé dans boîte)? Serait-il vraiment rentable à long terme de supprimer toute cette partie du réseau?

Vous pensez surement que tout ce que je raconte là est long, inutile et ennuyeux? Bah exactement, j'ai pensé pareil et je me suis contenté de parler de 2 cylindres qu'on chauffe à l'huile.
Je me doute bien que ce genre de problème a surement dû déjà être abordé dans les écoles d'ingénieurs, le problème c'est que la démarche je ne les connais pas.

Aucun essai en labo sur les cylindres n'a été nécessaire vu que la machine et déjà en fonctionnement depuis des années, et la recherche appliquée c'est à moi de la mener, le reste n'y connaît strictement rien en thermique.

Comme je l'ai dit précédemment, j'ai pensé à en parler sur un forum car je me suis dit que ma démarche était sûrement très théorique, et qu'avec les expériences de tout un chacun je trouverais peut-être une solution plus simple et adéquate à mon problème vu que là j'avais juste besoin d'un ordre de grandeur réaliste.

Sur le coup je me fais traiter d'étudiant glandeur et je suis obligé de me justifier sur mes intentions ce qui soit dit en passant n'est pas plus mal non plus, j'aurais sûrement fait pareil avec un étudiant qui venait résoudre son DM sur forum (ou pas).

Malheureusement il y avait pas de piège, juste un gars en galère.

Je vous remercie tout de même pour votre intervention.

Bien cordialement.

[NOB1]

Toi non plus, tu ne réponds jamais en rien en fait comme d'hab quoi...

Par contre pour jouer au plus malin, il y a du monde!

J'ai récemment eu quelques soucis avec un échangeur thermique et je n'avais encore jamais, cette fois là aussi, eu à travailler avec des échangeurs de chaleur.
Goustave m'a donné quelques indications pratiques qui m'ont permis au final de trouver une solution à mon problème et les démarches sur cet échangeur sont en cours.

Pourquoi chercher à se chamailler sans que ça ne soit constructif alors que c'est moi qui suis censé être l'étudiant dans l'histoire?

[NOB1]

Procès d'intention ridicule.
Ici on a visiblement un espèce de laminoir chauffant dont l'usage m'échappe mais je ne vois pas en quoi le fait de s'interroger sur le temps qu'il va mettre à atteindre sa température nominale est si bizarre.

Bonjour,

Il ne s'agit pas vraiment de laminoirs mais plutôt de cylindre à billes chauffé qui servent à comprimer des couches de papier dans un processus de fabrication d'emballage à enduction (fabrication de coussinet par exemple).

J'aimerais faire une étude sur un possible changement du système de chauffage des cylindres histoire d'installer quelques choses de moins énergivores et de moins couteux près des post de travail.
Pour ce faire j'ai cherché à savoir si avec les caractéristiques données plus haut et avec une puissance de chauffe raisonnable, ce nouveau système serait à mesure de supplanter aussi bien l'ancien avec par exemple un temps de première chauffe du même ordre de grandeur à savoir 6 à 8 h.

Mes explications ne sont pas très claires peut-être par ce que j'ai essayé de trop tourné le problème en essayant de rentrer le moins dans les détails et que je ne suis pas vraiment totalement du domaine.

[cornychon]

@ NOB1

Bonjour,

Avec les nouvelles explications que tu donnes en #12, je veux bien admettre que tu cherches à moderniser une unité de production.

Des postes de travail plus pratiques, plus performants, plus autonomes, moins gourmands en énergie.
Dans un premier temps, il est souhaitable de dresser la somme des énergies produites, les confronter aux énergies consommées utilement pour estimer les pertes.

En clair, il faut faire l’état des lieux sur le plan technologique, thermique et énergétique.
Partant de ces constats, il faut faire un projet de rénovation global qui prend en compte les performances techniques, économiques, énergétiques.

Les économies d’énergie se font au niveau des outils de production aux générateurs de chaleur, à la transmission de la chaleur.

Sur ces trois postes, seul un spécialiste en transmission de la chaleur, et conversion des énergies, est capable de faire des suggestions et des estimations sérieuses.

Sans estimations basées sur les règles élémentaires de la physique, sur les règles de l’art, pas de rénovations cohérentes.

[toufig]

Bonjour.
Je bosse dans un centre de recherche , je fait dans l'instrumentation / régulation / automatisme.
On a souvent besoin de traçage électrique , de centrale huile , bain thermostatique et autre truc du genre.
Je suis toujours impressionné par la capacité des fournisseurs a calculer les puissance nécessaires.C'est leur métier.Suffit de leur indiquer les besoins et le tour est joué
Dans ton cas , a priori tu connais la température de l'huile et la pression en entrée , il ne te manque que la pression de sortie et le débit.

[toufig]

Bonjour.
Bain thermostaté......pas thermostatique.

[NOB1]

Bonjour.

Je suis toujours impressionné par la capacité des fournisseurs a calculer les puissance nécessaires.C'est leur métier.Suffit de leur indiquer les besoins et le tour est joué

Bonjour toufig,

Effectivement les fournisseurs sont les mieux placés pour calculer les puissances nécessaires une fois le besoin indiqué.

Le schéma théorique que je cherchais au préalable à élaborer était est assez clair et concis : Quelle est la puissance de chauffe nécessaire à la mise en température (atteindre le régime établi) d'un cylindre avec les caractéristiques énoncés (40 mm de Di, 197 mm de Dex, et 1190 mm de longueur, le cylindre étant en acier)) en 6h?

Une fois cette puissance calculée, les 4 cylindres étant identiques on n'aura qu'à l'a multiplier par 4 pour ainsi avoir une valeur approchée de la puissance de chauffe du thermorégulateur électrique à huile qu'il faudrait commander et par la suite contacter un fournisseur pour avoir son point de vue.

Là je cherchais juste à avoir une idée de la puissance de chauffe du thermorégulateur qu’il me faudrait dans le cas actuel avant de contacter le fournisseur en question. Je ne comptais en aucun cas substituer leur rôle au mien.

Ayant contacté le fournisseur en lui explication la situation telle quelle, il m'a fait part du raisonnement suivant :
"Afin d’estimer la puissance nécessaire à votre besoin, j’ai considéré les données suivantes :

- Plage de régulation : 20 à 250°C (uniquement de la chauffe)

- Ø intérieur tuyauteries : 40 mm

- Longueur tuyauteries : 1190 m

-> soit un volume de 1 495,4 litres par tuyauterie (Cp huile = 0,5 kcal/kg.°C)

- Nombre total de tuyauteries : 4

- Temps de chauffe : 6 heures

Ainsi, pour connaitre la puissance de chauffe à installer on fait la somme des M*Cp suivant :

P = ∑M*Cp*∆T*1,2/(860*t) = (1495,4*0,5)*(250-20)*1,2/(860*6) = 39,9 kW (où 1,2 est un facteur de sécurité)

D’après ce calcul, il faudrait donc en théorie 40 kW de puissance de chauffe par tuyauterie, soit 4 x 40 = 160 kW nécessaire pour les 4 tuyauteries."


Après s'être rendu compte d'une erreur au niveau de la longueur de la tuyauterie (elle fait plutôt 1190 mm et pas 1190m), il est arrivé à cette conclusion :
"Effectivement, en revoyant la longueur à 1190 mm, nous tombons bien à une puissance nécessaire d’environ 48 W, soit 4 x 48 = 192 W = 0,192 kW."

Soit en tout, 192 W pour chauffer 4 cylindres acier en 6h avec juste de l'huile minérale allant jusqu'à 250°C passants dans à peine 4 cm de diamètre avec un débit de 2m^3/h environ, ce que je trouve étonnamment petit.

De base J'étais plutôt parti sur un calcul du genre mais avec comme masse de matière M la masse du cylindre, soit P= V*ρ*Cp*∆T*1,2/(860*t), avec V=(Rex^2-Ri^2)*PI*L, ρ=860, cp=0.11, ce qui me donne à peu près 250W pour les 4 cylindres, ce que je trouvais aussi assez faible comme puissance dès le départ.

Si quelqu'un trouve des incohérences à ces raisonnements ou aurait des propositions pour une approche différente, je suis toujours preneur.

Cordialement.