Enceinte thermique pour tube, chauffe par intèrieur ou extèrieur?

[invite8db3b764]

Bonjour Futura Science!
Après de nombreuses lectures de posts sur ce forum m'ayant été d'un grand secours, je me lance dans ma première discussion.
Voila mon problème :
Je dois concevoir une enceinte thermique vertical, pour des tubes de 2 m de long, d'épaisseur 2mm et de diamètre pouvant aller de 50 à 200mm.
Mon tube dois pouvoir atteindre la température de 180 degrés.
Je sais déjà que pour chauffer mon tube à cette température et un temps donné (10 min), j'ai besoin de 516W. Je projette également de placer autour du tube (sans contact) un "cylindre" de laine de verre pour limiter les pertes thermiques.

Ma question est la suivante, dois-je placer une résistance thermique à l’intérieur du tube, et placer l'isolant autour du tube à chauffer, ou plutôt bobiner ma résistance thermique autour du tube à chauffer, contre un cylindre en alu pour la conduction de la chaleur?
N'hésitez pas si vous voulez plus de précision, merci d'avance
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[invitecaafce96]

Bonjour,
Dans tous les cas, il me semble que vous devez assurer au mieux le transfert de chaleur par conduction et en minimisant toutes les résistances thermiques .
Sinon, au début, seule la résistance va chauffer - quitte à fondre !- et la manip va durer ... un certain temps , sinon des heures .
500 W ne me paraît pas beaucoup . Mais tout dépend du temps de chauffe prévu et des fuites de l'enceinte .

[invite6dffde4c]

Bonjour.
Si c'est possible, il vaut mieux placer les résistances chauffantes à l'intérieur du tube. Mais j'imagine que techniquement c'est plus compliqué et moins pratique (par exemple, s'il faut les remplacer).
Au revoir.

[invite8db3b764]

Merci de vos réponses.
Il me semble aussi que positionné la résistance à l’intérieur du tube me semble le plus intéressant pour le rayonnement thermique qui sera alors optimal. Cependant, mais compétences en thermiques sont limitées et je tourne un peu en rond dans mes calculs à ce niveau là. J'ai du mal à comprendre le principe de l'émission, réception des radiations thermiques..
Arrêtez moi si je me trompe mais par exemple, si une résistance bobinée sur un tube en alu est placée à l’intérieur de mon tube, et que ce même tube est noir. Puis-je en déduire que la totalité de la puissance émise par radiation , soit, pour un tube d'aluminium anodisé de 40 mm de diamètre et longueur 1.9m environ 433 W sera transmise à mon tube à chauffer? ( j'ai pris 0.77 pour l'émissivité, source wikipédia)
Et cette puissance s'ajoute t-elle à celle transmise par conduction?
Auquel cas, je transmettrai plus de puissance que je n'en produit et c'est le prix nobel assuré!


Pour la question de l'isolation, je multiplierai par deux les valeurs de puissance résistives pour la conception finale, afin de pouvoir mieux piloter la température dans mon enceinte.

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite6dffde4c]

Re.
Oui, rassurez-vous. Pas de risque de Nobel.
Et ne vous prenez pas trop la tête avec les rayonnements. Car, par exemple, vous-même rayonnez pas mal de puissance, mais en recevez presque autant des objets qui vous entourent. Même chose, par exemple, entre le tube et la laine de verre.
Pour des températures et des différences de température faibles, c'est surtout la conduction et la convection qui vont jouer. Vous n'êtes pas dans le vide.
A+

[invite8db3b764]

Merci pour cette répons claire et précise, bonne continuation.

[invite8db3b764]

Bonjour ou re bonjour tout le monde,
Je me permet de relancer ce topic car depuis que je l'ai ouvert, j'ai pas mal travaillé sur le sujet et j'en suis arrivé à la conclusion qu'au vu de mon application, le chauffage par l’extérieur du tube semblait être la solution la plus approprié, malgré un temps de chauffe plus long.

La question aujourd'hui n'est plus là, mais plutôt dans le positionnement de l'enceinte lui même!
Je m'explique, le fait d'avoir une enceinte de deux mètres de hauteur ne va t-elle pas occasionné un fort phénomène de convection naturel à l’intérieur , et ainsi créer un gradient de température important au niveau du tube à chauffer?
Je me suis alors dis qu'en mettant l'enceinte thermique horizontalement, le mouvement convectif serait trop faible pour venir perturber la température du tube à chauffer, mais ce n'es qu'une hypothèse.

Pourriez vous me donner votre opinion sur la question?
Merci

[invite8db3b764]

Up!
J'ai besoin de votre avis s'il vous plaît

[invitecaafce96]

Re,
De toute façon, sans aucun calcul , si vous chauffez sur toute la longueur , mieux vaut mettre votre dispositif horizontal , vous êtes sûr de minimiser une éventuelle convection.

[obi76]

Bonjour,

De toute façon, sans aucun calcul , si vous chauffez sur toute la longueur , mieux vaut mettre votre dispositif horizontal , vous êtes sûr de minimiser une éventuelle convection.

là je ne vois pas bien pourquoi

[invite6dffde4c]

Bonjour Obi.
Le coefficient de convection pour une surface verticale de moins de 30 cm est 9,5 W/m².°C et elle fait plus de 30 cm c'est 11,75 W/m².°C.
Ce sont des valeurs approximatives.
Vous pouvez consulter ces pages:
Courbe de Macadams:
http://www.ivaldi.fr/calcultherm.html
http://www.radiateur-electrique.org/...-radiation.php
Cordialement,

[obi76]

Re,

vous venez de réveiller un vieux souvenir : les courbes de Macadams...

Merci

[invitecaafce96]

Bonjour,



là je ne vois pas bien pourquoi

Simplement parce que l'air chaud monte , ce sera toujours plus chaud en haut qu'en bas, dans le cas du tube vertical .

[obi76]

Justement, plus la température de l'air est élevée moins la convection est importante. Tandis qu'horizontal, l'air frais est disponible continuellement...

[invitecaafce96]

Si j'ai bien compris, il n'y a pas d'air "frais" , on chauffe dans une enceinte fermée . J'en reste à penser qu'il y aura forcément un gradient haut bas qui n'existe pas si le tube est horizontal .

[invite2313209787891133]

Bonjour

En effet la température dans l'enceinte ne sera pas homogène.
Pour répondre au problème initial il faudrait en savoir un peu plus:
La température doit être de 180°C avec quelle tolérance (+/- 0.01°C, ou 20°C) ?
Cette température doit être elle être identique en tout point du tube ?
L'enceinte est elle ventilée ?
Ces tubes sont fait en quelle matière ? Quelle est leur épaisseur ?
Peut on modifier l'enceinte pour rendre le transfert plus efficace ?

[invite8db3b764]

Effectivement, l'enceinte est fermée et chauffée par l'intermédiaire d'une tube en aluminium placé autour du tube à mettre en température.
Le point essentiel de ma question est de savoir si la température du tube à chauffer sera bien homogène sur toute sa longueur, et il me semble qu'en positionnement le tube horizontalement, et donc l'enceinte horizontalement, les mouvements convectifs influeront moins..

Pour répondre à Dudulle, la tolérance pour la température est de + ou - 1°C, l'enceinte est modifiable et pour l'instant, je n'ai pas prévu de ventilation.
Les tubes à chauffer sont en carbone, d'une épaisseur < 1.5mm.

Merci à vous

[obi76]

Si j'ai bien compris, il n'y a pas d'air "frais" , on chauffe dans une enceinte fermée . J'en reste à penser qu'il y aura forcément un gradient haut bas qui n'existe pas si le tube est horizontal .

On ne s'imagine sans doute pas le système de la même manière, c'est vrai qu'un petit schéma aurait été préférable, au moins pour éviter de genre de confusion entre nous

[invite8db3b764]

Je vous fait ca dans l'heure

[invite8db3b764]

Voici un schéma simplifié du montage. Le tube de carbone fait 1900 mm de long. J'ai regardé les droites de de macadams et dans mon cas, en vertical, j'aurai une puissance dissipée par convection d'environ 500W/m². Mais est-ce que je peux considérer cette énergie comme disponible pour chauffer le tube?
De plus, ma surface étant cylindrique, comment savoir si la surface chauffante est orientée vers le haut ou le bas puisque cela dépend de sa position par rapport au tube de carbone? (à l'horizontal)

[invite6dffde4c]

Re.

Voici un schéma simplifié du montage. Le tube de carbone fait 1900 mm de long. J'ai regardé les droites de de macadams et dans mon cas, en vertical, j'aurai une puissance dissipée par convection d'environ 500W/m². Mais est-ce que je peux considérer cette énergie comme disponible pour chauffer le tube?

Toute l'énergie que dissipée la résistance sert à chauffer le tube (moins l'énergie perdue vers l'extérieur à travers l'isolant).

De plus, ma surface étant cylindrique, comment savoir si la surface chauffante est orientée vers le haut ou le bas puisque cela dépend de sa position par rapport au tube de carbone? (à l'horizontal)

Il faut faire une moyenne raisonnable: Je prendrai un quart pour le bas, 2 quarts pour les côtés et un quart pour le haut
A+

[invitecaafce96]

Re,
Horizontal avec les extrémités fermées , c'est ce que vous pouvez faire de mieux en l'état ... Mais c'est juste mon avis ! C'est de cette façon que l'on utilsait les fours Adamel dans mon jeune temps ...
Pour être "plus" homogène, il aurait fallu les extrémités du four plus longues par rapport au tube à chauffer .

[invite8db3b764]

Re.

Toute l'énergie que dissipée la résistance sert à chauffer le tube (moins l'énergie perdue vers l'extérieur à travers l'isolant).

A+

Oui, tu as raison je suis bête! La question n'est pas de savoir combien je dissipe mais si cette dissipation se fait bien de manière homogène tout au long du tube.
Finalement, si l'enceinte est hermétiquement fermée, est ce que la convection est réellement un problème?

[invite2313209787891133]

Bonjour

Avec ce système tu ne pourra pas savoir si ton tube en carbone est à la bonne température, de plus il ne faut pas espérer avoir une température homogène sur toute la longueur.

Il serait préférable de chauffer à l'aide d'un courant d'air forcé. Une régulation permettant d'ajuster la puissance de la résistance en fonction de la température en sortie.
Une sonde de température en entrée sera utilisée pour limiter la température en entrée (pour le cas où il ne faudrait pas dépasser une certaine température) et pour connaitre l'instant où on a une température homogène (t° entrée = t° de sortie).

[invitecaafce96]

Re,
Je rejoins Dudulle sur ce point : vous ne saurez jamais si la température est au degré près sur toute la longueur du tube , le problème étant sûrement aux extrémités , donc, il faut installer plusieurs thermocouples pour le savoir . Ensuite , s'il y a trop de gradient , il faut scinder la résistance de chauffe en plusieurs sections , et les chauffer et les réguler de façon indépendante et vous avez fabriqué ou réinventé un bon four du commerce. Il suffit de reprendre leur technologie et d'essayer de l'adapter à la longueur peu habituelle .Par contre, je ne crois pas trop au courant d'air chaud , mais c'est juste à l'intuition ...

[invite2313209787891133]

L’intérêt du courant d'air chaud est de gagner du temps et de s'assurer que la température est homogène. Le problème avec un système de chauffe à convection libre c'est qu'il faudrait chauffer les parois du tube d'alu à la température finale voulue, puis attendre très longtemps que ça s'équilibre (si le tube est à 180°C et que le carbone doit monter à 180°C il faut en théorie un temps infini pour y parvenir, si le tube d'alu est plus chaud on risque un dépassement).

[invitecaafce96]

Justement, ce qui n'est pas bon, c'est cette convection libre : aux jeux de montage près , il ne faut pas d'espace blanc , le tube carbone doit être au mieux au contact du tube chauffant , même s'il ne porte en théorie que sur une seule génératrice , ça me paraîtait meilleur que le laisser "en l'air" . De toute façon, il ne va pas léviter là, au centre, et les supports vont créér des points chauds .

[invite2313209787891133]

Si le tube en carbone est simplement posé dans un autre tube (en alu, ou autre peut importe), et qu'il est chauffé avec de l'air chaud la surface de contact importera peu.
En mesurant le delta T entre l'entrée et la sortie on sait où on en est du cycle de chauffe, ce n'est pas pour rien que les tunnels de séchage ou de chauffe sont conçus de cette façon.

Si le tube est emmanché dans un autre tube en alu il faudra des cotes assez sévères, et ça n'apportera pas grand chose car il y aura toujours le problème d’homogénéité des températures.

[invitecaafce96]

Oui, oui, je suis ta solution, tout en faisant progresser la mienne ..;
Quel débit d'air chaud , quelle puissance et quel gradient entre le début et la fin du tube ? Je ne demande pas des réponses, juste des interrogations .

Pour moi, si je mets une chemise intermédiaire , dans l'idéal, je la mets en Cuivre, évidemment .

[invite8db3b764]

Re bonjour à tous,

Le tube de carbone va subir de la torsion du à l'orientation de ses fibres lors de la montée en température, et l'objectif final de cette enceinte et de permettre la mesure de l'angle de torsion au bout du tube ( 1/100 °). Je ne peux donc pas me permettre de contact linéique sur le carbone afin de perturber le moins possible cette mesure. J'avais effectivement prévu de chauffer le cylindre en aluminium et d'attendre la mise en équilibre du système, pour un temps que j'ai estimé à 45 min avec une puissance avec une puissance de chauffe d'environ de 1200W (et un coeff de sécurité de 2)

Je ne comprend pas bien pourquoi diviser ma source de chaleur me permettra d'être plus homogène, diminuer les effets de bords?