Calculer épaisseur d'isolant d'une étuve

[invite98761611]

Bonjour,
Je souhaiterais déterminer l'épaisseur d'isolant nécessaire à mettre dans les parois d'une étuve, je dispose des données suivante :
- Temp int. : 140°C
- Temps ext. souhaité : 40°C maxi
- Conductivité thermique de l'isolant : 0.037 W/(mK)
- Dimension intérieurs de l'étuve : 1700x1400x1500

Voilà à peu près toutes mes données, je ne vois comment calculer l'épaisseur nécessaire. Si vous pensez qu'il me manque des donnée, faites le moi savoir.

Si vous pourriez m'aiguiller sur la démarche à suivre...
-----

[invite6dffde4c]

Bonjour.
Il vous manque la température de l'air à l'extérieur de la cuve et quelqu'un (pas moi) qui sache calculer les pertes par convection d'un parallélépipède. Il faudra également savoir ce qu'elle est la hauteur parmi les dimensions que vous avez données.
Mais de ces "quelqu'un" il y en a beaucoup dans ce forum.
Au revoir.

[invite8137f16e]

Merci LPFR.
Désolé je n'arrive plus à me connecter à mon autre compte, je viens d'en recréer un.

Donc pour la hauteur c'est 1,50 m la température extérieure de la cuve est la température ambiante 20°C pour référence.
Et je crois aussi que vous auriez besoin de savoir que c'est un système de convection forcé à l'intérieur de la cuve.

Merci par avance pour votre aide.

[invite8137f16e]

Personne ne peux m'aider ?

[A voir en vidéo sur Futura]

[tenocnoc]

bonjour
pour calculer quelque chose,il faut savoir quelle quantité de chaleur tu acceptes de perdre au travers des parois de ton système.

[invite6dffde4c]

bonjour
pour calculer quelque chose,il faut savoir quelle quantité de chaleur tu acceptes de perdre au travers des parois de ton système.

Bonjour.
Dans la mesure où la température et la géométrie externe sont données, la chaleur perdue l'est aussi.
Ce qui manque est la température de l'air à l'extérieur de l'étuve.
Il faut calculer la puissance perdue par convection.
Au revoir.

[invite8137f16e]

Merci pour vos réponses, la température hors étuves est la température ambiante (20°C comme référence).
Je vais essayer de me lancer dans les calculs de la puissance perdue par convection.

[invite2313209787891133]

Bonjour

Quelle est la nature du revêtement externe ?

[invite8137f16e]

Bonjour,
En fait les parois sont en acier de 8 mm d'épaisseur et l'isolant est la laine de roche.

[tenocnoc]

bonjour yuri
c'est pourquoi faire cette étuve?

[invite8137f16e]

Bonjour,
Faire sécher de la colle sur certains produits. Enfin une étuve basique en quelque sort.

[tenocnoc]

bonsoir
je crois qu'il faudrait faire un bilan thermique de votre instalation. il faudrait pour cela connaitre la puissance du système de chauffage, savoir si l'air de l'étuve doit ètre renouvelé pendant la cuisson des objets.
a partir de ces données nous pourrons définir une isolation minimum pour atteindre 140 degrés. ensuite nous pourrons choisir une isolation plus importante par mesure d'ecomomie de l'énergie que je suppose électrique,tout en tenant compte du prix de l'isolent et de l'encombrement qu'il génère.
si l'air est renouvelé dans l'enceinte de l'étuve pendant la cuisson, il serait bien de prevoir un échangeur de chaleur entre le flux entrant et le flux sortant.

[invite8137f16e]

Bonjour,
Merci pour votre réponse.
Donc la puissance du système est de 22kW. C'est effectivement du chauffage électrique et le chauffage se fait en cycle fermé, le sechage ne necessite pas de renouvelé l'air.

[invite8137f16e]

Rectification,
Il u a une puissance du sytème de chauffage de 32,24 kW pour être précis. Je me suis trompé d'une dizaine, désolé.

[tenocnoc]

bonjour
as-tu une idée de comment du dois calculer l'épa

[tenocnoc]

bonjour
avez vous une idée des calculs a effectuer pour déterminer l'épaisseur de l'isolant?

[invite6dffde4c]

Bonjour.
Calcul simplifié:
Le coefficient de transfert pour la convection pour une paroi en acier est de 25.0 W/m2K.
Calculez la surface externe, et multipliez pas le coefficient et par la différence de température (20 K). Vous aurez le nombre de watts transférés à l'air. Avec cette valeur, la conductivité thermique de l'isolant, la différence de température intérieur-extérieur (100 K) et la surface de l'étuve, vous pouvez calculer l'épaisseur de l'isolant.

Ce calcul est simplifié car il ne tient pas compte de la géométrie et on utilise le même coefficient de transfert pour les parois verticales que pour les horizontales.

J'espérais que quelqu'un de plus calé que moi, saurait comment traiter le problème plus exactement.

Au revoir.

[invite8137f16e]

Bonjour,
Merci pour cette aide précieuse mais en faisant ces calculs, je trouve un résultat improbable, je vous les détails :
- 25.0 x 14.06 x 20 = 7030 W
- 0.037 x 14.06 x 1/7030 x 100 = 0.0074 m = 7,4 mm
J'ai fait une erreur quelque part ?
Merci de m'éclairer juste sur ce dernier point.

[invite6dffde4c]

Bonjour.
Je trouve la même chose.
En fait cela vient du fait que 14 m² à 20° d'écart dissipent 7 kW. Ce qui est beaucoup.
Cela veut dire qu'avec un revêtement plus épais, la température de la paroi externe sera plus faible (plus proche de la température ambiante).

Je vous rappelle, que mes connaissances sur le sujet sont purement théoriques. Je suis convaincu que les parois verticales et horizontales n'ont pas le même coefficient de transfert.

D'autre part, les caractéristiques de la laine de verre ne doivent pas être valables pour des faibles épaisseurs (mais c'est du pif (le mien), rien de certain).
Au revoir.

[invite15928b85]

Bonjour.

Je propose l'approche suivante :

A l'équilibre thermique, les déperditions D = puissance de chauffage P.

En supposant la densité de flux thermique homogène à la surface de l'enceinte, P = D = (Ti - Te) / R où Ti est la température intérieure (supposée homogène), Te est la température extérieure (supposé homogène également), R la résistance thermique de la surface de l'enveloppe (supposée identique en tout point). On néglige les résistances thermiques superficielles et les concentrations de flux dans les angles.

R = e / lambda / S, où e est l'épaisseur de l'enveloppe, lambda la conductivité thermique du matériau la constituant et S sa surface totale.

On arrive, après substitution, à e = lamda * S * (Ti - Te) / P. Numériquement, j'arrive à e = 2 mm ( s = 14 m² environ).

Les résistances thermiques superficielles s'ajoutent à la résistance de l'enveloppe et sont difficiles à déterminer (convection !). Les concentrations de flux dans les angles augmentent les déperditions.

Beaucoup d'hypothèses simplificatrices, certes, mais cela donne un ordre de grandeur utile.

Cette valeur peut paraître minime mais le delta T à maintenir est assez faible en regard de la puissance de chauffage.

En pratique, adopter une epaisseur très supérieure et utiliser une régulation de température commutant le circuit de chauffage pour conserver constante la température intérieure. Soigner l'étanchéité et assurer une circulation intérieure de l'air pour homogénéisation.

Cordialement,

F

[invite2313209787891133]

Bonjour

Bonjour.
Calcul simplifié:
Le coefficient de transfert pour la convection pour une paroi en acier est de 25.0 W/m2K.

Cela n'a rien à voir; cette valeur(qui s'exprime d'ailleurs en W/m.K) correspond à la conductivité thermique (la quantité d'énergie que laisse passer 1m² d'acier de 1m d'épaisseur, en négligeant les effets de bords).
On peut effectivement exprimer un coefficient de convection (en W/m².K), mais celui ci intervient dans le calcul pour le fluide, et pas pour la paroi.

Si on considère l'air en contact parfaitement brassé il suffit d'utiliser la loi de Stefan-Boltzmann et faire intervenir l'émissivité du matériau de surface et la température de l'air.

Comme on s'en doute l'air ne sera pas brassé il se produira un effet de double film; on peut à ce moment utiliser la loi de Mac Adams.

[invite8137f16e]

Merci beaucoup pour ces réponses.

Y'a quand même quelque chose que je ne comprends pas tout à fait.
Pourquoi le temps durant lequel sont soumis les parois n'intervient-il pas ?

Et Dudulle, tu peux m'en dire un peu plus sur la loi de Mac Adams ? Après une recherche sur google, je n'ai pas trouvé grand chose (rien même).

[invite6dffde4c]

Y'a quand même quelque chose que je ne comprends pas tout à fait.
Pourquoi le temps durant lequel sont soumis les parois n'intervient-il pas ?

Bonjour.
Le temps n'intervient pas parce que l'on suppose qu'on est à l'équilibre et que la manip est en route depuis des temps immémoriaux.

Si on veut tenir compte de la mise en équilibre, alors le calcul est vraiment très compliqué comparé à celui de la situation stationnaire.
De toute façon vous savez que, pendant la mise en équilibre, la température externe sera plus faible que la température finale.
Au revoir.

[invite8137f16e]

D'accord.
Ben je vous remercie pour votre aide.
Bonne continuation à vous.

[FC05]

LPFR, la valeur que tu donnes est pour une plaque d'acier de 0,1 mm.

Le calcul suppose que de chaque côté il y a de l'air qui a un h = 50 W.m^-2.K^-1. De fait la résistance du matériau est négligeable (on trouve la même chose pour l'alu et le PP a presque la même valeur).
Bien sur le résultat est de 25 ... les résistances thermiques en série s'ajoutant (le résultat ici est une conductance, il est donc divisé par deux).

Sauf que rien ne prouve que la valeur de 50 soit la bonne. Et rien ne justifie d'avoir deux surfaces en contact avec l'air. Ici, la surface interne est en contact avec l'isolant et il est à mon avis plus raisonnable de prendre la résistance de l'interface comme nulle.

Sinon, pour les ordres de grandeurs, j'ai en tête, pour une surface "moyenne" (ni top mate, ni trop brillante, ni trop noire, ni trop blanche etc ...) une valeur de 14 W.m^-2.K^-1.

C'est un ordre de grandeur ...

[invite2313209787891133]

Bonjour

Et Dudulle, tu peux m'en dire un peu plus sur la loi de Mac Adams ? Après une recherche sur google, je n'ai pas trouvé grand chose (rien même).

La loi de Mac Adams donne des coefficients de convections approximatifs en fonction de 4 situations:
1- La surface chaude est horizontale et dirigée vers le haut
2- La surface chaude est horizontale et dirigée vers le bas
3- La surface chaude est verticale et de moins de 30cm de hauteur
4- La surface chaude est verticale et de plus de 30cm de hauteur.

On a les coefficients suivants: 1=14.5; 2=7; 3=9.5; 4=11.75 avec chaque coefficient en W/m².°C.

Tu fixe toi même une limite de température en paroi, ce qui va permettre de calculer le flux cédé à l'air environnant; ce flux étant le même que celui qui traverse l'isolant.
Inutile de prendre le lambda de chaque épaisseur; ils sont négligeables devant la laine de verre.

[invite8137f16e]

Ben merci pour ces précisions.
Je vais donc reprendre mes calcul en intégrant les coefficient de la loi de Mac Adams.
Puis je vais aussi les refaire avec les précisions de FC05.

[invite6dffde4c]

Ben merci pour ces précisions.
Je vais donc reprendre mes calcul en intégrant les coefficient de la loi de Mac Adams.
Puis je vais aussi les refaire avec les précisions de FC05.

Bonjour.
Je pense que les bons calculs sont ceux faits avec les coefficients donnés par Dudulle.
Comme ils sont plus faibles que celui que j'avais utilisé, l'épaisseur d'isolant sera un peu plus grand, mais pas énormément (entre 2 et 3 fois).
Et ce n'est pas nécessaire de tenir compte des autres composants de la paroi.
Au revoir.

[sitalgo]

B'jour,

Dans le calcul d'isolation en bâtiment on prend hi (donc air calme) = 8 et he (avec vent moyen) = 23, pour des surfaces verticales.
A titre de comparaison mon four électrique (220°C) a 3cm de laine de verre.

[invite2313209787891133]

J'ai oublié de préciser que les coefficients que j'ai donné sont pour une convection naturelle sans paroi proche; en convection forcée il faut bien sur faire intervenir la vitesse du vent.