Temps de refroidissement

[inviteddaf7645]

Bonjour à tous,
D'un niveau scolaire trés bas(j'avais le choix entre arreter l'alcool,la drogue et les etudes,j'ai pas fait le bon ), je n'arrive pas à trouver une réponse à mon problème de chiffrage pour une affaire.
Les faits:
Je dois refroidir une résine dont la température maximum sera occasionnellement de 25°C à 15°C.Ceci via un circuit "d'eau glacée" qui débitera à environ 33 l/mn une eau à 5°C.
Le refroidissement se fera dans un ballon trés isolé de 5000L via un échangeur serpentin en inox 304 Lde 12m² diamètre ext 25mm et épaisseur 1mm.(Lambda 25 W/m/°C)
Pour l'instant, l'échange se ferait un statique mais je force un peu le truc pour le faire en dynamique soit en bouclage soit par simple agitation (mais bof avec les serpentins....).

Les données:
Résine CP 3.488kJ/kG/°C
Densité 1,2
Viscosité à 20°C 0.8 Poise
Critallisation à -10°C

Puissance dispo en eau glacée à 5°C 14kW/h.

Pour les puissances froid et les débits j'arrive à suivre et à faire mais là je sèche.....

Ma question est donc la suivante:
Combien de temps me faut-il pour refroidir cette masse de résine?
Si en plus je pouvais comprendre la démarche et l'approche ce serait génial.

D'avance merci
dpgc
-----

[invite6dffde4c]

Bonjour et bienvenu au forum.
Je n'ai pas compris la température de départ et finale de la résine. J'imagine que c'est 25°C et 15 °C.
Il faut que vous calculiez la quantité d'énergie (joules) qu'il faut enlever à la résine.
Vous avez la capacité thermique (en J par kg et °C).
Calculez-le.
En imaginant pour le moment un échangeur parfait, on prend la température moyenne de la résine (20°C) comme température finale de l'eau (il faudra affiner le calcul par la suite). Et on calcule combien de Joules il faut fournir à l'eau froide qui arrive par seconde pour la chauffer de 5° à 20°C.
Ce sont ces joules qui vont refroidir la résine. Il suffit de diviser le nombre total de joules à enlever par ce que l'eau enlève par seconde et vous aurez une première estimation du temps.
Faites ce calcul.
C'est avec ce résultat que l'on pourra voir le rôle joué par le serpentin. Est qu'il conduit assez ou non ?
Au revoir.

[inviteddaf7645]

Merci de cette reponse rapide,

En fait j'ai ces données:
Q résine=58.1kWh
Q eau glacée=34.9kWh pour 2m cube/h

Soit 1.66H dans ce cas....

Le serpentin est peu conducteur (Lambda 25)

Merci en tout cas

[invite6dffde4c]

Re.
Moi aussi j'ai trouvé 1,66 heures.
Maintenant calculez combien de watts traversent pa paroi du serpentin sous une différence de température de 20°-5°= 15°C. Cela vous indiquera s'il est mauvais conducteur (et il faudra l'inclure dans las calculs) ou si, au contraire, sa résistance thermique est négligeable.
A+

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite2313209787891133]

Bonjour

Dans un cas comme celui ci l'échange par convection entre le serpentin et la résine est prépondérant.
Pour calculer cet échange il manque 2 paramètres importants : La conductivité thermique (sous forme liquide) et le coefficient de dilatation de cette résine ; c'est ce qui va permettre de calculer la vitesse à laquelle elle descend au fond de la cuve après avoir été refroidie au contact du tube.

[inviteddaf7645]

Merci à vous de prendre le temps,

Dudulle,
Voilà bien mon problème,je pense etre obligé de boucler le ballon pour compenser la faible convection de cette résine qui néanmoins sous trouve sous forme liquide à 20°C.
Le fabricant n'a pas de données pour le transfert thermique de la résine.
Quant à sa dilatation, je la crois trés faible sur un Delta T si faible.
La viscosité, pour moi, aurait tendance a augmenté modérement puisque j'ai un point de cristallisation à -10°C.

LPFR,
Dans ces conditions, je calcule un échange thermique possible d'environ 4.5 W/h pour l'ensemble de mon serpentin.
J'ai déjà approché cette valeur par des calculs "intuitifs" mais je n'ai pas les connaissances me permettant de gérer la variation d'échange et de Dt durant la phase de refroidissement complète.
J'arrive,toujours d'aprés la méthode pifomètrique, à un temps de de cycle d'environ 13h avec une circulation résine à 2000 Litre/h.
Reste trop d'incertitude pour moi au niveau du comportement de l'echange avec la resine.
Avec de l'eau à chauffer ou à refroidir, je n'ai pas de soucis pour etre plutot precis.
Ayant stopper l'ecole en seconde, je ne dispose pas d'assez d'outils mathematiques pour approcher des calculs comme celui-là avec precision.

Merci à vous deux.

[invite2313209787891133]

Si tu n'as pas de données sur la dilatation il faut considérer que le refroidissement se fera sous agitation. Dans ce cas il faudrait donner la vitesse de rotation de la turbine, son type et sa taille et avoir un plan grossier de la cuve pour estimer les mouvements du liquide. Sans la donnée de conduction le calcul restera tout de même approximatif.

[invite6dffde4c]

...
LPFR,
Dans ces conditions, je calcule un échange thermique possible d'environ 4.5 W/h pour l'ensemble de mon serpentin.
J'ai déjà approché cette valeur par des calculs "intuitifs" mais je n'ai pas les connaissances me permettant de gérer la variation d'échange et de Dt durant la phase de refroidissement complète.
J'arrive,toujours d'aprés la méthode pifomètrique, à un temps de de cycle d'environ 13h avec une circulation résine à 2000 Litre/h.
Reste trop d'incertitude pour moi au niveau du comportement de l'echange avec la resine.
Avec de l'eau à chauffer ou à refroidir, je n'ai pas de soucis pour etre plutot precis.
Ayant stopper l'ecole en seconde, je ne dispose pas d'assez d'outils mathematiques pour approcher des calculs comme celui-là avec precision.
...

Bonjour.
Il est évident qu'avec des résines visqueuses, on ne peut pas compter sur la convection.
Il faudra agiter. Mais ce n'est pas si simple que ça. Je reviendrai plus tard.

Je commence par la conductivité thermique du serpentin. Il fait une surface de 1 m² (0,94 pour être exact). Pour conduire les 34,5 watts calculés plu tôt, cela fait une chute de température de W/(S.lambda)= 1,5°C
Donc, le serpentin influe un peu (10%) sur le temps de refroidissement). Il n'est pas critique.

Le gros problème est l'agitation. Car si vous installez un agitateur qui consomme 34 W vous compenserez complètement le refroidissement par l'eau froide. Car la puissance de l'agitateur se transforme en chaleur.

C'est là le point critique. En agitant, vous gagnez en convection mais vous perdez lourd (très lourd) en refroidissement.

Cela change complètement le problème. Si vous installez un agitateur avec un moteur de 1 kW il vous faudra refroidir ce kW en plus de la résine.

Vous n'avez pas beaucoup de choix. Il ne suffira pas d'augmenter le débit d'eau froide car la résistance thermique du serpentin limitera son efficacité. Il faudrait changer aussi de serpentin pour augmenter sa surface de beaucoup (50 fois, peut-être).

Arrêtez d'écrire W/h. C'est une grosse erreur. Ce sont peut-être des W-h (de watts-heure), c'est à dire des watts pendant une heure, ce qui correspond à une énergie: 1 W-h = 1 W * 3600 s = 3600 joules

Au revoir.

[inviteddaf7645]

En fait,je pensais compenser pour une circulation de la résine non pas une agitation qui me semble moins consommatrice de froid.
L'idée de base est d'utiliser on dira un piquage bas à gauche pour aspirer du ballon et réinjecter dans un piquage haut droite pour travailler sur l'ensemble de la masse.Le tout avec un débit de 2000 Litre/h.
Le ratio avec les 5000 Litres de résine me semble assimilable à une convection dans le ballon.

Une pompe en ligne de type circulateur en boucle fermée ne fournit pas autant de puissance qu'un agitateur enfin pour créer je pense le meme résultat de circulation interne.
Je me trompe peut etre mais cela me parait juste et logique

Le serpentin fait 12 m² et si je reprends les calculs précédents, je ne vois pas dans quelle mesure je dois évacuer les 35 watts que sur 1 m².Soit 0.11°C.

J'aurai les données complètes pour la résine ca serait plus facile mais elles n'existent pas .J'en posterais les résultats une fois les essais faits.A titre indicatif si cela peut aider quelqu un par la suite.....

A+

[invite2313209787891133]

Je commence par la conductivité thermique du serpentin. Il fait une surface de 1 m² (0,94 pour être exact). Pour conduire les 34,5 watts calculés plu tôt, cela fait une chute de température de W/(S.lambda)= 1,5°C
Donc, le serpentin influe un peu (10%) sur le temps de refroidissement). Il n'est pas critique.

Il est moins que critique, il n'a pas d'influence sur le problème ; ce n'est pas 1.5°C qu'il faut pour passer 34.5W entre chaque paroi, mais 0.0015°C.
Dans ce type de problème le transfert à travers le métal est toujours négligeable.

[invite2313209787891133]

J'aurai les données complètes pour la résine ca serait plus facile mais elles n'existent pas .

Je peux peut être trouver ça, de quel genre de résine il s'agit ?

[inviteddaf7645]

Je ne sais pas si je peux diffuser ces données dsl.....

[invite2313209787891133]

Est ce que tu peux me les communiquer par message privé ? Je n'en parlerai à personne bien évidement ...