Calcul pression "normale" dans un circuit de refroidissement

[capflamme]

Bonjour à tous,

Voila je souhaiterai évaluer la pression de service dans un circuit de refroidissement de moteur.
Pour cela je souhaite simplifier les hypothèses pour ce donner un ordre d'idée car j’imagine bien qu'un calcul prenant en compte trop de paramètres va être compliqué...
Je propose de prendre l’hypothèse qu'il n'y a pas de dilatation du circuit lui même (le moteur ou les durits sont à volume constant).
De même je propose de considérer le liquide de refroidissement comme de l'eau pure.
Donc on a un volume de 11 litres d'eau qui va chauffer dans un circuit d'un volume de 12 litres (il y a environ un litre d'aire dans le réservoir de liquide).
Cette eau va passer de la température ambiante (disons20 °c) à une température de service de 90°C.
Je suppose que dans ces hypothèse, l'eau se dilate suivant des coefficients que je ne connait pas et va conduire à une augmentation de pression dans le vase d'expansion. Mais de combien ???

J'imagine que ce calcul simplifié est abordable non ?

Merci d'avance !

Ps pour ceux qui souhaitent savoir pourquoi ce calcul : circuit de refroidissement Range Rover V8 dont les moteurs sont réputés pour être parfois poreux.... et donc pouvant conduire à une montée en pression du circuit par passage des compressions dans le circuit de refroidissement.
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[SK69202]

Si la compression passe dans le circuit de refroidissement, le bouchon du radiateur crache et sa finit toujours par le liquide de refroidissement gagnant les cylindres lors des arrêts prolongés, généralement le démarreur n'aime plus après un certain temps.

l'eau se dilate suivant des coefficients que je ne connait pas et va conduire à une augmentation de pression dans le vase d'expansion. Mais de combien ???

Ça peut aider.

[capflamme]

merci pour le retour,

J arrive donc à une pression d environ 0.5 bar (3.5% de volume d eau en plus).
Le bouchon est taré a 1.4 bar en cas de soucis.
pas de problème de démarrage pour le moment....

[capflamme]

merci pour le retour,

J arrive donc à une pression d environ 0.5 bar (3.5% de volume d eau en plus).
Le bouchon est taré a 1.4 bar en cas de soucis.
pas de problème de démarrage pour le moment....

[A voir en vidéo sur Futura]

[phys4]

Pour faire ce calcul, il faut tenir compte de 2 pressions :
1- celle de l'air du vase d'expansion qui change de température, elle est plus importante que le changement de volume de l'eau.
2- l'augmentation de pression de vapeur saturante de l'eau à 90°C
Le résultat sera nettement supérieur au 0,5 bar que vous avez obtenu et plus proche de 0,9 bar.

[capflamme]

Re bonjour

Merci beaucoup de ce complément !
Oui j'ai totalement zapé l'effet de l'augmentation de la température de l'air....
Ce calcul à 0, Bar tient compte de la dilatation du liquide (3,5 %) compensé par la dilatation du contenant (que j'ai évalué sur la base d'une sphere et en utiliser 3 x le lambda de dilatation linéaire de l'alu).
La tu me dis 0,4 bars de plus du fait de l'augmentation de la température de l'air dans le bocal. Peux tu me dire comment tu l'estimes ?

[phys4]

Il faut considérer les deux composantes séparément :
l'air qui suit approximativement la loi des gaz parfaits
et la vapeur d'eau en équilibre avec le liquide dont la pression partielle est la pression de vapeur à la température du liquide.
A 20°C, la pression partielle de l'eau est de 2,3kPa et le volume massique du liquide 1,002 l/kg
Il faut prendre les tables car ces fonctions sont non linéaires, la pression partielle de l'air est alors de 101,3 -2,3 = 99 kPa
A 90°C , la pression partielle de l'eau sera de 70,1 kPa, le volume massique de l'eau liquide 1,036 l/kg
Le volume liquide deviendra 11*1,036/1,002 = 11,373
Le nouveau volume de gaz sera réduit à 0,627 l
La nouvelle pression partielle de l'air vaut alors 99*(273+90)/((273+20)*0,627) = 195,6 kPa

La pression totale dans le vase d'expansion devient 195,6 + 70,1 = 265,7 kPa soit 2,6 bars
Mon estimation rapide était trop basse, car j'avais sous estimé la dilatation du liquide.

[capflamme]

re bonjour,

La on a un soucis... si la pression "normale" est de 2.6 bars alors que le bouchon est taré à 1.4 bars il y a quelque chose qui cloche. Cela signifierai qu a chaque cycle chauffe/refroidissement on évacue de l air ou de l eau et donc qu in fine on perd de l eau ou que le circuit passe en dépression à froid (bonjour les durites !)...
Il y a quelque chose qui cloche mais quoi ?

[phys4]

re bonjour,

La on a un soucis... si la pression "normale" est de 2.6 bars alors que le bouchon est taré à 1.4 bars il y a quelque chose qui cloche. Cela signifierai qu a chaque cycle chauffe/refroidissement on évacue de l air ou de l eau et donc qu in fine on perd de l eau ou que le circuit passe en dépression à froid (bonjour les durites !)...
Il y a quelque chose qui cloche mais quoi ?

Cela ne cloche pas tant que cela :
1- la pression de tarage est une pression relative, donc la pression totale correspondante est de 2,4 bars
2- c'est encore insuffisant pour 2,6, mais cette pression comprend 1,9 bars d'air, la soupape laissera donc échapper un peu d'air pour limiter à 2,4
3- le tarage à 2,4 absolu permet une montée en surchauffe jusque 120°C en laissant échapper l'air, il suffit que le tarage soit au dessus de la pression de vapeur.

[SK69202]

Il y a quelque chose qui cloche mais quoi ?

C'est dans l'hypothèse initiale:

Je propose de prendre l’hypothèse qu'il n'y a pas de dilatation du circuit lui même (le moteur ou les durits sont à volume constant).

Le moteur se dilate, les durites se dilatent, le radiateur se dilate (celui de chauffage également), ce n'est pas de l'eau pure et autres lièvres.

[phys4]

Le moteur se dilate, les durites se dilatent, le radiateur se dilate (celui de chauffage également), ce n'est pas de l'eau pure et autres lièvres.

Vous pouvez tenir compte de la dilatation du circuit en prenant le coefficient de l'aluminium, par exemple.
Comme la dilatation des métaux est environ dix fois moindre que celle de l'eau, le résultat ne changera pas beaucoup.

[capflamme]

bonjour à tous,

dans mon calcul approchant j ai finalement pris en compte la dilatation de l alu en utilisant un coef volumique de 3 fois la dilatation linéaire de l alu.
Ca corrige d environ 0.5% la dilatation de l eau. C est ce qui conduit aux 0.5 bars calcules.
Je n avais pas pris en compte la dilatation de l air et j ai ete un peu perdu par les notions de pression de vapeur saturantes...
La je coince....

[phys4]

Ces notions de mélange où chaque gaz se comporte séparément ne sont pas évidentes.
Il faut assimiler que dans l'ensemble des molécules, chaque gaz occupe tout le volume disponible avec une pression partielle, et que la pression totale sur les parois est la somme des pressions partielles.
Pour trouver comment varie la pression partielle de chaque gaz, il faut raisonner comme si le gaz était seul.