Force centrifuge : cône et disque de même diamètre.

[pom2ter789]

Bonjour à tous,

Je viens vers vous car même après de nombreuses recherches et notamment sur votre site je ne trouve pas mon bonheur. Voilà mon problème :
Je micronise un liquide par la force centrifuge. Au départ j'utilisais un disque de diamètre 24.5 mm, le liquide arrive au centre et le disque tourne à 19 500 tr/min. Pour différentes raisons j'ai dû changer la forme et j'utilise maintenant un cône. Pensant que la force tangentielle en sortie du liquide ne dépend que du rayon j'ai gardé un diamètre de sortie de cône de 24.5 mm. Mais voilà le problème : après quelques mesures expérimentales je me rends compte que le liquide sort du cône avec une vitesse plus importante qu'avec le disque.

Quelqu'un aurait-il une explication? Je me suis dit que ce n'est pas le rayon qui est important mais la distance parcourue par le liquide, ainsi plus le cône sera grand, mais avec toujours le même diamètre de sortie, plus le liquide aura une force de sortie importante. Cependants je n'arrive pas à trouver de formule pour calculer la force centrifuge dans le cas d'un cône. Est-ce parce que seul le rayon compte et que c'est un tout autre phénomène où est-ce que c'est tout simplement trop compliqué?

J’espère avoir été clair. Merci d'avance pour vos réponses.
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[phys4]

Bonjour,
La vitesse de sortie des gouttes ne devrait pas dépasser la vitesse tangentielle en bord du cône.

une cône creux est surement plus efficace que le disque car le frottement du liquide sera plus important pour monter sur le bord du cône que pour s'échapper sur le disque.
Une forme en coupelle sphérique serait encore plus efficace.
Au revoir.

[Resartus]

Bonjour,
PS =Gratté par phys4...
Je ne suis pas sûr de bien comprendre la géométrie, mais je vais supposer que le disque tourne horizontalement, et les gouttes arrivent au voisinage du centre?
S'il n'y avait aucun force d'adhésion avec le disque, elles ne seraient pas entraînées (par exemple sur du teflon...)
Si elles finissent par être entraînées en rotation, c'est parce qu'il existe une force de frottement tangentiel, qui dépend (sans doute proportionnelle?) à la force verticale. Cette force doit avoir une partie liée au poids, et un autre due aux forces capillaires. Comme elle sont faibles, il est vraisemblable qu'à la fin du disque, elles sont encore loin de la vitesse tangentielle du disque...

Par contre, sur un cone inversé (en supposant que c'est cela le montage), à la force d'adhésion va s'ajouter une force centrifuge, qui plaque la goutte contre le cone, et va être d'autant plus grande qu'on va s'éloigner du milieu. Cela va augmenter la force tangentielle, et rendre beaucoup plus rapide l'acquisition de vitesse

Calculer les vitesses obtenues dans chacun des cas me semble très ardu, car cela va dépendre de la nature du liquide, mais aussi du disque et de son état de surface.
Idealement, l'accroissement des forces dans le cas du cône pourrait être suffisant pour que les gouttes aient acquis à la sortie du cone la vitesse tangentielle maximum possible soit 25 m/s (2.pi.(19500/60)*(0,0254/2),

[pom2ter789]

Re-bonjour et merci pour vos réponses aussi rapide.

En effet j'ai oublié de préciser, le disque tourne verticalement, lui et le cône on leur axe de rotation horizontale. Ci-joint un petit schéma.
Donc si j'ai bien compris : dans cette configuration et avec le même matériau, l'eau devrait sortir avec la même "vitesse" à 24,5 mm, c'est bien ça ? la longueur L n'aura donc aucune influence.
Du coup seul un changement de matériaux pourrait m'aider à modifier ma micronisation.
Êtes vous d'accord avec moi?

Pièce jointe supprimée

[A voir en vidéo sur Futura]

[JPL]

Les schémas, comme toutes les illustrations doivent être postés dans un format graphique (gif, png, jpg). Merci.

[pom2ter789]

Et la pièce jointe en JPG

[pom2ter789]

Je précise que lors de mes expériences les matériaux n'étaient pas les mêmes : pour le disque j'utilisais un métal avec un état de surface assez propre et pour le cône un plastique réalisé à l'impression 3D donc avec un état de surface plutôt médiocre.

[phys4]

Assez original votre montage,
avec un tel cône, l'effet d'entrainement du liquide est nettement plus important que sur un disque lisse.

Je me demande comment vous faites pour éviter l'axe d'entrainement avec ce montage ?

[pom2ter789]

D'accord merci beaucoup, c'est donc bien l'état de surface le problème. On est bien d'accord que si j'avais utilisé le même matériau avec le même état de surface j'aurais eu la même micronisation (vitesse de fluide en sortie de cône/disque). Je suis quand même impressionné que si on a une longueur d'un mètre ou d'un centimètre ça ne change rien et c'est seul le diamètre de sortie qui rentre en compte.

La coupole est tenue par quatre ailettes situées sur un plot relié à l'axe, le tout à l'intérieur du cône (cf pièce jointe).

[trebor]

Bonsoir à tous,

si L ou D sont modifié, la distance de projection du liquide sera plus ou moins grande.

La viscosité ainsi que l'adhérence du liquide sur la paroi du cône plus ou moins rugueuse fera maintenir plus ou moins longtemps la goutte de liquide à l'intérieur du cône et de ce faite lui permettre d'atteindre la vitesse de rotation du cône juste avant l'expulsion de la goutte.

Si il y a une formule, celle-ci devra prendre en compte tous les paramètres.
Bonne suite et soirée à tous

[pom2ter789]

D'accord je te remercie pour ces infos supplémentaires, elle sont très utile.
Donc à matériau, liquide et état de surface identique c'est la distance parcouru par le liquide qui importe. Donc si L=R comme indiqué sur le schéma, la distance de projection du liquide sera la même.

Merci à tous pour m'avoir aidé.

[trebor]

C'est la distance de projection que tu mesures ?

L'expérimentation pourra le démontrer car je ne suis pas certain de mes affirmations.

Un liquide qui accroche plus au paroi devrait atteindre une vitesse de libération plus grande à la périphérie du cône.

L et D pourrait avoir une moindre influence ?

[pom2ter789]

Pas exactement mais c'est tout comme.
A mon avis oui pour L et D, du moins à ces échelles là.