Gel de l'eau et mouvement de l'eau

[cricri78]

Pas de mystère. Je me répète, c'est un bilan de calorie à faire...
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[cricri78]

Et d'ailleurs après, si on calorifuge la conduite, cela retarde la prise mais ne l'empêchera jamais s'il n'y a pas suffisamment de circulation et donc d'apport de calories...

[invite8500810c]

Je te l'ai signalé...promène toi à vitesse d'écoulement et dans le sens opposé à l'écoulement du canal. Tu verras l'eau "immobile".

Bonjour, en se promenant dans le sens d'écoulement tu veux dire.

[invite84e622a7]

Bonjour,

Ne serait ce pas du au phénomène de chaleur latente: dans une eau agitée, l'échange de calories lors de la solidification entre les eaux "chaudes" sous la surface et les eaux "froides" en surface dans cette phase de chaleur latente ne menerait jamais à cet état solide... Du moins lorsque la température n'est pas assez négative...
Et ceci varierait également avec l'agitation plus ou moins forte de cette eau...

Ce qui expliquerait en partie le gel plus fréquent des lacs...

Serait ce un raisonnement trop simpliste?

[obi76]

Bonjour,

non ce n'est pas si simpliste que ça.
Cela s'explique : une température "très" négative entraîne un pompage calorique très élevé, ce qui entraîne une possible solidification de l'eau rapide possible. Dans le cas contraire, un jour ou l'autre ça finira bien par se solidifier, mais cela pourra prendre bien plus de temps... Cela dépend évidement du volume d'eau à solidifier disponible...

[invite4da6154e]

Bonjour à tous,
Je suis en classe de terminale et je dois rendre à la fin de l'année un PPE. Le nôtre porte sur un abreuvoir où on mettrait l'eau en mouvement pour qu'elle gèle moins vite.
De plus, une source d'eau serait enterrée à environ deux mètres de profondeur et alimenterait l'abreuvoir en eau "plus" chaude.
Je me demandai si le fait de faire circuler l'eau dans l'abreuvoir nous permettrait réellement de diminuer la température de gel ou s'il faut qu'on envisage une autre solution??
Merci d'avance

[invite6dffde4c]

Bonjour à tous,
Je suis en classe de terminale et je dois rendre à la fin de l'année un PPE. Le nôtre porte sur un abreuvoir où on mettrait l'eau en mouvement pour qu'elle gèle moins vite.
De plus, une source d'eau serait enterrée à environ deux mètres de profondeur et alimenterait l'abreuvoir en eau "plus" chaude.
Je me demandai si le fait de faire circuler l'eau dans l'abreuvoir nous permettrait réellement de diminuer la température de gel ou s'il faut qu'on envisage une autre solution??
Merci d'avance

Bonjour et bienvenue au forum.
Oui. Si vous remuez l'eau elle mettra plus longtemps à geler. La raison est que la densité de l'eau est maximale à 4° C. Donc, une fois que tout le récipient (ou le lac ou la mare) est descendu à 4°C, l'eau qui se refroidit en surface reste à la surface et finit par geler la première.
Si vous mélangez, il faut que tout l'eau du récipient descende à 0°C avant de geler.
Mais la température de gel de l'eau restera 0°C. (Volontairement, je ne parle pas de l'eau en surfusion).

Si vous mélangez avec de l'eau conservée à 2 m de profondeur, l'eau le gèlera que dans les cas extrêmes. Car la température de l'eau enterrée sera de quelques 10-11°C. Elle se refroidira avec l'eau qui vient de l'abreuvoir, mais elle mettra longtemps à arriver à 0°C.
Au revoir.

[invitecaafce96]

Bonjour LPFR,
A 2m de profondeur, je ne pense pas que l'on puisse annoncer une température constante de 10 - 11°C, il faut être plus profond pour cela , disons vers 10 m de profondeur .
Dans un pays comme le nôtre , il est courant de voir la température à -2m varier de 4 à 17°C , en fonction de la température extérieure, et bien sûr avec une inertie .

[invite6dffde4c]

Bonjour Catmandou.
Je ne pense pas qu'il faille aller si bas. Regardez la profondeur des caves de professionnels du vin et du champagne, les caves des particuliers et surtout la profondeur à laquelle il faut enfuir les canalisations pour les mettre hors gel.
Regardez la carte de ce site.
Cordialement,

[invite4da6154e]

Merci à tous pour vos réponses.
Nous allons les prendre en compte et modifier légèrement notre système.

[invite4da6154e]

J'ai de nouveau plusieurs questions.
Le mouvement de l'eau sera-t-il suffisant pour garder la température au dessus de 0 sachant que l'abreuvoir n'est alimenté en eau chaude que ponctuellement?
Ou vaut-il mieux mettre une résistance chauffante ou un tuyau contenant de l'eau froide et la faire circuler dans la cuve enterrée?
Quel est le matériau le plus adapté pour isoler du froid et garder la chaleur dans l'abreuvoir?

[invite6dffde4c]

Bonjour.
Quelles sont les dimensions de l'abreuvoir et où est-il situé. S'il est situé à Tahiti, vous n'aurez pas des gros problèmes de gel. Par contre, en Antarctique ce sera plus problématique.
Autrement dit: dans quelle région est-il situé et à quelle altitude.
Au revoir.

[invite4da6154e]

Nous sommes dans la région Rhône-Alpes, en Isère.
L'abreuvoir forme un ovale, il mesure 50 cm de haut et 20 cm sont enterrés. Il a un demi grand axe de 80 cm et le petit axe de 30 cm.

[invite6dffde4c]

Re.
Je voulais aussi savoir l'altitude. Si votre abreuvoir est au fond de la vallée ou à 2500 m, le problème ne sera pas le même.
S'il doit rester utilisable pendant des longues périodes de gel il faudra envisager de l'isoler thermiquement et de le chauffer.
Mais votre problème m'étonne. Les animaux sauvages savent se débrouiller sans eau pendant des longues périodes (même les moineaux de Paris mangent de la neige pendant les gels).
Si c'est pour des animaux d'élevage (comme les vaches) je crois qu'on ne les laisse pas longtemps dehors par temps de gel. Donc ce serait pour des périodes occasionnels de gel.

Bref, il faut bien connaitre le problème pour pouvoir se prononcer. Durée des températures négatives et température moyenne pendant cette période, entre autres.
A+

[invite4da6154e]

re
nous sommes en moyenne à 300m d'altitude.
Notre système concerne les animaux d'élevage et il est courant de voir des vaches dehors par -10°C.
Les températures sont négatives surtout la nuit et le matin. En moyenne entre novembre et avril, il fait 3°C.
Cependant il peut faire des températures négatives pendant plusieurs jours.

[invite6dffde4c]

Re.
Dans ce cas il faudrait (si ça vaut le cout) faire un double système.
Des qu'une sonde à l'air libre (et dégagée) arrive à 0°C, on met en route le moteur de pompage d'eau entre le fond de la cuve enterrée et le haut de l'abreuvoir.
Puis, si une sonde dans l'eau de l'abreuvoir atteint 1°C, on arrête le pompage on met une résistance chauffante (au fond de l'abreuvoir) en route pour maintenir l'eau autour de 1-2°C.

Par contre le calcul de la puissance nécessaire, c'est plus dur, car ça dépend d'un tas de choses (dont la vitesse du vent) et de la température extérieure. Vous pouvez faire un calcul approximatif en prenant 15 W par mètre carré de surface et par degré de différence de température entre l'abreuvoir et l'air. Dans votre cas, en prenant les surfaces libres cela vous donne environ 1,5 m². Par -10°C il vous faudrait quelques 200 W, à condition qu'il n'y ait pas du vent.
Avec du vent, je ne sais pas le calculer. Il faut utiliser l'équivalent de la température ressentie au vent.

Vous pouvez essayer d'isoler les côtés de l'abreuvoir avec du polystyrène expansé ou de la mousse de polyuréthane. Ça peut vous faire gagner un rapport 3 ou 4 dans la puissance.
A+

[invite4da6154e]

Merci beaucoup

[invite63603679]

Bonjour bonjour,

Très intéressant sujet de l'abreuvoir. L'isoler servira-t-il vraiment vu l'ouverture pour laisser les vaches boire? (simple question de curiosité pour ressusciter ce topic).

Enfin le vif du sujet, je travaille en alternance (école ingé' indus') dans une entreprise réalisant des obturations cryogéniques. Pour faire simple, on mets un réfrigérant autour d'un tuyau contenant un liquide (immobile) afin de refroidir le fluide jusqu'à le solidifier. Une fois le bouchon de glace formé, on peut ouvrir la tuyauterie pour effectuer une opération de maintenance, sans avoir à vidanger toute la tuyauterie et les équipements reliés. Les centrales nucléaires françaises aiment ça puisque quand elle peuvent ne pas vider le circuit primaire, elles ne s'en privent pas.

Donc voilà, mon sujet d'alternance est d'améliorer cette activité. Nous avons une piste d'amélioration qui serait de quantifier le débit maximal (en fonction des différents paramètres) que nous pouvons geler. En effet, aujourd'hui l'activité est réalisé sur fluide statique car on ne connait pas ces limites. Il paraît logique d'affirmer que si le débit (ou plutôt la vitesse linéaire du fluide) augmente, on diminue nos chances de former un solide. On est dans une configuration différente de la rivière en hiver car la rivière cède des calories sur tout son long puisqu'elle est immergée dans le milieu froid. Dans mon cas, le transfert se fait à un endroit ponctuel.

Informations supplémentaires :
- fluide cryo utilisé : azote liquide -196°C
- fluide à geler : eau (considérée pure même si ce n'est pas du tout le cas)
- pressions max de 200b, je ne pense pas avoir d'influence sur la température de solidification, en regardant le diagramme de phase. Par contre, une haute pression peut décrocher le bouchon de glace à peine formé
- diamètre de tuyauterie variable de 1/4" à 6"
- température de fluide <50°C
- le principe de congélation induit une formation de glace de façon concentrique : à l'intérieur du tube, l'eau au contact de la paroi du tube gèle en premier, et ainsi de suite jusqu'à geler la dernière veine liquide situé au centre du tube. Ce qui nous amène au fait que le diamètre de la tuyauterie diminue progressivement dans le temps, accélérant le fluide dans la zone de contact avec le réfrigérant
- matière des tuyauteries inox nuance 316L et 304L. Plus généralement des métaux (forte conductivité thermique)


J'ai surement dû oublié des données. Je cherche une formule ou une façon de pouvoir déterminer si la particule A d'eau se déplaçant à une vitesse V dans une tube de diamètre D, en contact avec le réfrigérant sur une longueur L, ce qui nous donne une temps de réfrigération T de la particule égal à L/V. Donc ma fameuse particule d'eau avec une capacité calorifique Cv, a-t-elle un contact assez long (T) avec mon réfrigérant pour céder assez de calories à mon azote pour descendre sous 0°C et se solidifier?

J'espère être clair et avoir des indices de votre part! ^^ Je vais aussi rencarder ma prof' de thermodynamique parce que là, je cale...

[invitecaafce96]

Bonjour,
Problème intéressant , s'il en est ...
Mais ma grand'mère laissait couler l'eau dans son installation vétuste en Savoie pour éviter que ça gèle l'hiver ...
Franchement , 200 bars sur une tuyauterie de 6 pouces sur le primaire, il faut avoir sacrément confiance dans ses calculs : dites moi le jour de l'intervention, je prendrai un jour de congé !
N'y voyez qu'une mauvaise plaisanterie sans arrière pensée .

[Fred-ql]

Bonjour

Geler de l'eau, même avec de l'azote liquide, en mouvement avec une pression de 200 bars; idem je demande à voir.

Au fur et a mesure que l'eau va geler, que le diamètre de "passage" va diminuer, il va y avoir accélération de la veine liquide pour à la fin arriver à un "karcher" (ou autre marque). A ce moment, il pourrait y avoir abrasion de la glace par l'eau et ne jamais y avoir de bouchon de glace.

Sinon, j'ai vu ce jour une "centrifugeuse" qui mélangeait de l'eau et de la glace pour obtenir de l'eau très froide. Faut que je trouve la documentation de la machine ...

[Boumako]

Bonjour

Je suppose que l'azote est stockée à 200b, mais elle est détendue à pression atmosphérique pour refroidir la conduite. Il n'y aurait absolument aucun sens à la garder sous pression.

Au fur et a mesure que l'eau va geler, que le diamètre de "passage" va diminuer, il va y avoir accélération de la veine liquide pour à la fin arriver à un "karcher" (ou autre marque). A ce moment, il pourrait y avoir abrasion de la glace par l'eau et ne jamais y avoir de bouchon de glace.

Ce n'est pas le mouvement qui évite à l'eau de geler, mais le fait d'amener un liquide un peu plus chaud. Essayes donc de touiller un creuset rempli de métal en fusion, tu verra si tu arrives à l’empêcher de devenir solide.

[obi76]

Re-

Ce n'est pas le mouvement qui évite à l'eau de geler, mais le fait d'amener un liquide un peu plus chaud. Essayes donc de touiller un creuset rempli de métal en fusion, tu verra si tu arrives à l’empêcher de devenir solide.

on n'a pas dit que ça empêchait la solidification, mais que ça la retardait. Donc oui, l'agiter la retardera, mais ne l'empêchera pas (sauf si on agite vraiment tellement que l'énergie dissipée dans le fluide arrive à le maintenir à une température au delà de celle de fusion).

[Boumako]

Ça ne retarde rien non plus, le cas d'un robinet qu'on laisse couler est spécifique, car on amène en continu de l'eau à la température du sous sol (environ 10°C), mais si on fait tourner des pales dans un récipient contenant de l'eau celle ci gèlera aussi rapidement que si elle n'était pas agitée.

[obi76]

Ça ne retarde rien non plus, le cas d'un robinet qu'on laisse couler est spécifique, car on amène en continu de l'eau à la température du sous sol (environ 10°C),

Oui

mais si on fait tourner des pales dans un récipient contenant de l'eau celle ci gèlera aussi rapidement que si elle n'était pas agitée.

Non. Où part le travail nécessaire pour faire tourner les pales dans ce cas ? (Je vous attends même au tournant : ce travail n'est jamais nul si on maintient une vitesse de rotation constante).

[Boumako]

Tu as bien précisé:

(sauf si on agite vraiment tellement que l'énergie dissipée dans le fluide arrive à le maintenir à une température au delà de celle de fusion).

Donc tu te contredit toi même.

Soit on considère que les pales tournent à vitesse constante quel que soit l'effort, et le couple va augmenter lorsque l'eau va prendre en glace. Des morceaux de glace vont frotter les uns sur les autres, et on arrivera à conserver un peu d'eau liquide parmi les glaçons grâce à la chaleur des frottements, soit on a un couple constant, et lorsque l'eau va totalement geler les pales vont se bloquer.

J'en revient au même point : Ce n'est pas le mouvement qui empêche l'eau de geler.

[Boumako]

Je viens de comprendre ta remarque, j'ai lu un peu trop rapidement... En effet si l'eau est en mouvement il y a un peu de chaleur qui retarde la solidification, mais je ne suis pas sur que l'effet soit significatif dans le cadre du sujet (de l'eau qui circule dans une conduite).

[invitecaafce96]

Je suppose que l'azote est stockée à 200b, mais elle est détendue à pression atmosphérique pour refroidir la conduite. Il n'y aurait absolument aucun sens à la garder sous pression.

Bonjour,
J'ai cru comprendre que ce n'est pas l'azote qui est à 200 bars , mais la pression de l'eau à geler dans la tuyauterie ( en fait, un peu moins , vers 150 bars , intervention sur circuit primaire réacteur REP ) .
Ce sera de l'azote liquide qui serait utilisée .

Et il n'y a pas forcément un débit : il faut faire un bouchon de glace sur une tuyauterie pleine d'eau , sans débit mais à 200 bars pour ensuite travailler en aval .

[ShiroB7]

Bonjour,

Je suis tombé sur votre fil car je me posais la question (erronée apparemment si je vous ai bien suivi) de la température à laquelle une eau en mouvement gèle. Je possède un bassin de 25 m3 que je protège chaque hiver par un bulleur pour assurer une fenêtre d'évacuation des gaz toxiques mortels de décomposition. Cela suffit généralement. Une seule année j'ai du rouvrir une fenêtre dans la glace avec de l'eau chaude. Cette année malheureusement j'ai été pris de court. Ma pompe à air est en panne si bien que j'ai laissé fonctionner mon filtre (hors sol), ce qui constitue une prise de risque non négligeable. Malgré que le bassin aille jusque 1m60 de profondeur, la pompe d'aspiration est pour l'instant à -50 cm pour laisser une zone à 4° dans le fond pour le confort de mes chères carpes koi. Le bulleur était aussi toujours remonté à -50 cm pour la même raison. C'est une pratique courante chez les professionnels et les amateurs également.

La température extérieure était de -5° la nuit passée et tout a bien continué à fonctionner, seule une surface des 4/5e du bassin est gelée. Cette nuit la température descendra à -6°, je croise les doigts ... à défaut de savoir jusqu'à quelle température cela peut fonctionner ainsi.

[f6bes]

Bjr à toi, Depuis ...2010 (et oui...12 ans déjà) ça a gelé et...dégelé !!
Faut penser à regarder la date de disicussion initiale !! Bonne journée

[trebor]

Bonjour à tous,
A mon avis il serait plus performant de placer le bulleur au fond (1,60 m) du bassin s'il est enterré, l'eau y est moins froide, cela pourra réchauffer les bulles d'airs qui sont à la températures de l'air extérieur, -6°C la nuit.