Arc de découpe à fil chaud

[djidane96]

Bonjour a tous,

je suis entrain de concevoir un poste de decoupe de polypropyléne à fil chaud, j'ai choisi le fil (tungstène) et j'ai fais les calcul necessaires pour connaitre sa resistance.
Mon probleme et que j'arrive pas a connaitre la tension du courant que je dois appliqué pour avoir 200°C au niveau du fil. la seule formule que j'ai trouvé est U=RI, mais j'ai que la R et y'a meme pas de temperature dedans.. je suis tré confu..

Si quelqu'un pourrait m'aider ca serait trés gentil (meme une idée peut m'etre utile)
Merci d'avance.
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[LPFR]

Bonjour et bienvenu au forum.
Le choix du tungstène est un choix de riche. Ce métal coute cher et une fois chauffé il devient très cassant.
Choisissez plutôt du fil de fer ou du fil inox. Ou du nichrome si vous voulez faire sérieux (il est plus cher que l'inox).

Vous pourriez, avec beaucoup d'hypothèses, calculer le courant à faire passer pour que la température avec le fil en l'air soit de 200°. Mais des que vous le mettrez en contact avec la matière à couper, la température s'effondrera.
Je pense qu'il faut faire des essais pour trouver le compromis entre un fil qui chauffe assez pour couper vite et un fil assez froid pour qu'il ne brûle pas la matière quand vous commencez à couper.
Au revoir.

[djidane96]

la ca devient un probleme, parce que j'ai fais le choix du tungstene aprés plusieurs et plusieurs recherche, et parce que selon ces recherche j'ai trouvé que le tungsténe a beaucoup d'avantage;
1- Très solide à chaud, donc il peut être fortement tendu et éviter les "flottements"
2- Fin et permet donc des découpes précises sans trop de pertes
3- Forte résistance électrique ce qui stabilise très bien (et sur toute son étendue) sa température par passage de courant régulier
4- Courant est très facile a appliquer sous une tension suffsamment élevée pour rester très stable

bref, je me pencherai sur la question une nouvelle fois...

est ce que vous pouvez m'eclaircir sur une methode pour calculer le courant pour que je puisse avancer ?
merci.

[obi76]

Bonjour,

je pense comme LPFR, le tungstène est inadapté. Des métaux qui tiennent cette température, il y en a beaucoup, et des beaucoup moins chers aussi. Si vous voulez couper avec un fil à 2000°C, le tungstène sera justifié, mais je doute que vous ayez besoin d'une température pareille...

[A voir en vidéo sur Futura]

[djidane96]

de ce coté la, c'est totalement vrai, du fait je suis en train de tout revoir avec l'inox et le nichrome pour savoir lequel est plus adapter comme m'a conseillé LPFR.

[LPFR]

Re.
Je ferme la boutique pour ce soir.
Je vous répondrai demain.
A+

[LPFR]

Bonjour.
On peut évaluer la température de façon très approximative et calculant les pertes thermiques du fil dues à la convection en fonction de la température du fil.
On peut prendre comme coefficient 10 W/(m².°C).
Pour un fil de diamètre D et de longueur L à une température de 200°C, les pertes seront d'environ:
P = 10. 2.pi.(D/2).L.(200 - 20) watts.
Il faut donc que R.I² ait cette valeur. Et R vaut:
rhô.L/(pi.(D/2)²) où rhô est la résistivité du matériau.
Mais comme je vous ai dit, cette température (à supposer qu'elle soit exacte) ne vaut qu'avec le fil en l'air et sans vent. S'il y a du vent ou si le fil est en contact avec des matières froides, sa température diminuera (même de beaucoup).
Au revoir.

[djidane96]

Bounjour,
merci pour votre aide trés présieuse

bon, aprés tout calcul fait, j'ai trouvé que P=0.62W et I=74mA ce qui m'a paru trés faible comme alimentation, non ?
pour savoir, j'ai pris D et L en m

si je peux me permettre, ce coefficient que nous avons pris 10, c'est quoi en fait ?

[LPFR]

Bonjour.
Vous avez bien fait de prendre de mètres pour les dimensions. Je ne l'avais pas précisé, mais toutes les formules des physiciens sont en S.I. Ce sont surtout les ingénieurs qui ont des formules avec des unités mélangés. Tant pis pour eux.

Les 10 W/(m².°C) sont la puissance que perd par convection (en chauffant l'air) une surface d'un mètre carré, pour chaque degré de différence entre la surface et l'air.

Quelles valeurs avez-vous pris pour le fil: longueur, diamètre et résistivité ?
Au revoir.

[djidane96]

hhhh, ca c vrai
alors je peux prendre autre valeur que 10 ou bien ca doit etre 10 pour mon cas ?

pour le fil, j'ai pris L=0.22m D=0.5mm=0.0005m et Rv=112ohm (nichrome)

[LPFR]

Re.
Non. La valeur approximative de 10 W/(m².°C) ne changera que si vous ajoutez des courants d'air ou vous remplacez l'air par un autre gaz.

Vos calculs sont corrects. Mais si vous coupez un plastique de 1,2 cm d'épaisseur, vous n'aurez que 0,62W.(1,2/22) watts pour fondre le plastique. Avec cette puissance, combien de temps mettrez-vous pour fondre le plastique contenu dans une fente (que vous voulez faire) de 1 cm de long par 0,5 mm de large ?

Il faut avoir la capacité thermique du plastique et sa température de fusion. Mais je parie un café, que vous aller avancer à une vitesse d'escargot.

C'est pour cela que je vous avais dit dans le post #2 que ce calcul était inutile. Et qu'il fallait faire des essais pour trouver un compromis sur la température du fil. Et aussi pour le diamètre du fil. Un fil fin coupera moins vite qu'un gros fil.
A+

[djidane96]

alors là, vous etes vraiment impeccable le fait que vous avez deviné que l'epaisseur de plastique à decouper est de 1.2 cm... c trop fort

je pige pas trop la, pour 1.2 cm d'epaissseur (j'ai besoin d'une seule passe; decoupe simple) 0.62W n'est pas suffisant ??

et a propos du temps, si je prends un fil plus gros, cela accelerera la decoupe, et ca augmentera aussi la puissance nessaissaire si j'ai bien compris, nn ?

alors pour mon matériau, il s'agit du polypropylène, T fusion= 170°C, Chaleur spécifique=1900 J.K-1.kg-1, Conductivité thermique à 23C = 0,22 W.m-1.K-1
mais je vois pas a quoi peuvent me servir ces valeurs.. :/

Et pour le calcul, c'est que celui qui m'a proposé son aide pour la fabrication veut les caractéristiques que je demande ( une sorte de fiche )pour le poste pour que sa soit réglé une fois pour toute

je vous remercie vraiment beaucoup pour votre aide trés trés précieuse, c vraiment trés gentil

[LPFR]

Bonjour.
Calculons la vitesse de coupe de votre fil.
Pour avancer de 1 cm, il faut faire fondre un volume de 1 cm. 1,2 cm . 0,5 mm= 6. 10^(-8) m3 de plastique. Je prends une densité de 855 kg/m3 et cela me donne une énergie de:
E = C. V. rhô. ΔT = 1900. 6. 10^(-8). 855. 150 = 14,6 J.
Le fil dissipe 0,62 W sur 22 cm. Pour 1,2 cm il dissipera 0,62. 1,2 / 22 = 0,024 W.
Avec cette puissance, pour fournir les 14,6 J nécessaires pour avancer de 1 cm le fil aura besoin de 14,6/0,034 = 431 secondes ! (Vérifiez mes calculs !).
Comme vous voyez, c'est inacceptable.
Il faut presque 1000 fois plus de vitesse et de puissance.
Le problème est que quand le fil n'est pas en contact avec le plastique sa température montera bien au delà de 1000 °C.
De plus, le calcul est optimiste. Il faut faire fondre le plastique et le rendre assez liquide pour que la pression du fil le fasse sortir de la fente ou faire le tour du fil.
Vous êtes donc, dans un impasse. La méthode ne semble pas viable pour couper du plastique épais.
Il faudrait que la longueur du fil fasse presque exactement l'épaisseur du plastique et qui ait un système pour maintenir le fil à la bonne température dans toutes les situations. Par exemple, une gâchette pour brancher le courant, ou un interrupteur qui sente la pression du plastique sur le fil ou un asservissement électronique qui mesure la température du fil (à partir de la résistance).
Au revoir.

[djidane96]

Vos calcul sont exact (aprés vérification )

sauf qu'il y'a quelque chose qui m'intrigue, le calcul d'energie est exacte, il est logique que si j'augmente la temperature du fil a 300°C par exemple, l'energie augmentera, en contre partie sa me semble qu'en augmentans la temperature du fil, le temps de coupe doit diminué, car la fusion du plastique prendra moins de temps car chaleur plus forte.. ce qui m'a sembler perturbant (corrige moi si je me trempe )

bon, pour remedier a ce temps fou, je n'aurai qu'a augmenter la puissance fournie par le courant (d'ou l'augmentation de la temperature), ce qui accélérera les chose, non ??

[LPFR]

Re.
Oui. C'est bien ça.
Le problème est qu'il faut augmenter la vitesse (et la puissance) d'un rapport 100 ou 1000. Mais alors la partie du fil qui n'est pas refroidie par le plastique risque de chauffer de trop. Peut-être même de fondre.
En augmentant la température à 300°, le temps pour 1 cm passera de 431 à 231 s. encore beaucoup trop lent.
A+

[djidane96]

mais comment vous avez trouver ce 231 s ???
car j'ai calculé avec 300°, dT sera egale a 300-20=280°, en appliquant la formule d'energie E = C. V. rhô. ΔT j'aurai E=1900. 6. 10^(-8). 900. 280 = 28,72 W, ce qui donne 28,72/0,034 = 844 s ??!!!
comment vous avez trouvez 231s ???

et puis ca me derange pas si le plastique fond, ce qui me permet de prendre meme 500°C voir plus si necaissaire pour augmenter la vitesse de coupe

[LPFR]

Re.
Vous avez confondu la température de fusion du plastique avec la température du filament.
Et il faut bien que le plastique fonde. Mais pas le fil.
A+

[djidane96]

alors si j'ai bien compris, le ΔT de l'energie c'est la temperature de fusion du polypropylene (170°)- sa temperature intial (20°)

alors je vais refaire tout le calcul depuis le debut en variant la temperature du fil et voir ce que ca change

encore un trés grand merci pour l'aide et le temps que vous me consacrez

[djidane96]

j'ai une question si vous me permettez, est ce que je peux utiliser la loi d'OHM (U=RI) dans mon cas pour determiner la tension de mon courant ? parce que vue que la resistance de mon fil est relativement faible (1.12 ohm), en fesant le calcul;
pour 200°C => P= 0.622 W => I=0.74 A => U=0.83 V
pour 1000°C => P= 3.38 W => I=1.73 A => U=1.93 V

vous voyez, la tension et l'intensité sont trés proche, ce qui m'a semblé un peu bizarre, alors je me suis demandé que cette loi ne s'applique pas dans mon cas... que dites vous ?

PS: en fait je suis entrain de faire diverse calcul en variant la temperature et le diametre du fil afin d'optimiser au maximum le temps de coupe, et tout ca grace a votre aide que je vous remercie encore une fois

[LPFR]

Bonjour.
Si ce que vous voulez est déterminer la température du fil à partir de sa résistance alors le nichrome n'est pas le meilleur choix, car son coefficient de température est de 0,0004, alors que le fer, par exemple, a un coefficient de 0,005.
Au revoir.

[djidane96]

Bonjour,
il y a quelque chose qui me tracasse, on a dit que pour avancer de 1 cm, il faut faire fondre un volume de 1 cm. 1,2 cm . 0,5 mm= 6. 10^(-8) m3 de plastique, ce qui m'a paru pas exacte, car ce que je veux c'est couper une longeur de 22 cm et une epaisseur de 1.2 cm, comme montre l'image ;

alors je pense que le volume pour une avance de 1 cm est de 1 cm. 22 cm. 0.05 cm = 1.1 cm3 = 1,1. 10^(-6) m3 ce qui entraine une energie de 282.15 J... ce qui parait trés fort comme energie...
qu'est ce que vous en dites ??

[LPFR]

Bonjour.
Oui. Pour couper 22 cm il faut 22 fois plus d'énergie que pour couper 1 cm. Donc quelques 300 J.
Cela vous parait beaucoup ? C'est ce que votre cerveau dépense comme énergie pendant 15 secondes d'inactivité totale (métabolisme basal).
Ou votre corps pendant 2 secondes d'inactivité.
Avec 300 J vous pouvez chauffer 1 cm3 d'eau de 70°C.
Au revoir.

[djidane96]

oui c'est vrai, mais ce que je veux dire, c'est que pour ce cas, pour calculer le temps nécessaire, au lieu de prendre la puissance dissipé pour 1.2 cm ; 0,62 . (1,2/22) = 0.033 W je prend directement la puissance dissipé sur 22 cm (0.62 W), ce qui donne 338,58 J / 0.62 W = 546 s (la valeur de 546 ne m'interesse pas car je peux augmenter la temperature et ca diminuera, mais je veux savoir si mon raisonnement est vrai )

[LPFR]

Re.
Oui, le raisonnement est bon (sauf que 1,2 cm est l'épaisseur de la coupe et non la longueur).
A+

[djidane96]

oui, 1,2 cm est l'epaisseur et la longeur c'est 22 cm, et puisque mon raisonnement est bon, alors tout devient clair et ca me rapproche de la conclusion finale que je vous présenterai une fois aboutie.

Merci pour tout

[djidane96]

bonjour,
et voila, j'ai enfin tout terminé, j'ai augmenté la temperature a 1200° et diminiuer le diametre du fil 0.2 mm et ca m'a donné 25s ce qui est acceptable

Merci pour tout LPFR

PS: maintenant je me penche sur la conception d'un convoyeur droit a bandes, j'ai posté mon probleme dans la section Technologies, si vous pourrai m'aider ca serait extra

[LPFR]

Bonjour.
Je ne trouve pas que vous valeurs soient raisonnables.
0,2 mm c'est plus fin qu'un cheveu. Mais il faut qu'il résiste mécaniquement pour chasser le plastique fondu. Avez-vous calculé, quelle force latérale le fil peut supporter sans casser.
Le les 1200°C vous demandent d'utiliser du platine (je ne sais pas si le nichrome tient 1200°C sans s'oxyder).
Ou utiliser un système qui ne chauffe le fil (et la portion du fil) qui est en contact avec le plastique. En fait il faut un système qui asservisse la température à 200 ou 300 °C, mais qui ne la laisse pas monter au delà.
Au revoir.

[djidane96]

baa, je sais plus quoi dire... peut etre que je vais attendre que la realisation soit finie pour changer si ca doit etre changer, parce que la j'ai fait tout ce que j'ai pu... a moins qu'il existe d'autre façon d'aborder le sujet (d'autres methodes, d'autres formules, d'autres resultats..)..