calcul résistance chauffante

[invite2313209787891133]

Bonjour

Bsr à toi,
Tu devrais COMMENCER par te poser la question: qu'est ce qui se passe SI je chauffe un cylindre de cuivre que je REFROIDIS sans cesse à l'aide d'eau qui circule à température ambiante.
C'est le BA BA de la réflexion.
TOUTE calorie qui se retrouve sur la face extérieure du cylindre est IMMEDIATEMENT évacuée par l'eau .

En fait non, il est possible de plonger du cuivre à 50°C dans de l'eau à 10°C; seule une fine interface d'eau chauffe véritablement.

En demandant le débit je voulais calculer le nombre de Nusselt pour calculer un coefficient d'échange convectif, mais grossièrement d'après le dessin nous devrions être aux alentours de 100 à 400W/m².°C.

Pour garder la surface du cuivre à 50°C avec une eau à 10°C et avec la surface en contact il faudrait chauffer avec une puissance d'environ 1500 à 5000W (en considérant le débit suffisamment grand pour que l'élévation de température soit presque nulle ; en pratique il faudrait un peu moins)

Il serait très difficile de transférer ce flux par rayonnement et convection dans l'air, raison pour laquelle j'avais proposé d'utiliser de l'eau comme fluide calo-porteur au centre du cylindre, cette eau étant chauffée avec un thermoplongeur.

Si l'auteur de la question cesse de faire de la rétention d'informations je pourrais donner des chiffres plus précis.
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[invitef7884487]

Bonsoir laurec
Suite et fin !
Avec ton schéma… ? Oui peut-être, mais il lui faut un aménagement.

Le cuivre à +30° sur l’eau pourquoi pas (voir à la fin) si tu ne veux pas que l’eau chauffe de façon significative. Mais c’est sûrement possible, ça dépend de ce que tu entends par ‘’significative’’ ! (Encore une de ces merveilleuses unités pifométriques ! Que deviendrions-nous sans elles !!!)
Petit calcul :
La résistance thermique de ton tube de cuivre de ~0,6m2, sur de l’eau va se situer au maxi à 0.1°/W (probablement moins) ! (même système d’unité ! Je n’ai pas d’expérience de radiateur de cette taille dans un usage similaire.)
A +30° par rapport à l’eau ton tube va, vu par l’eau, avoir une puissance de 30/0,1 = 300W
Toutes les secondes ça fait 300J qui vont passer à l’eau. Soit : 300 / 4.18 = 72 calories/s
72 cal font monter de 1°, 72g d’eau par seconde.
Si tu acceptes dans ta condition : « l’eau ne doit pas chauffer de façon significative… » que 1° d’élévation de température E/S satisfait ta condition, il te faut ‘’ toujours un peu au pif’’ un débit d’eau de 0,072 l/s. Un débit d’eau moindre augmentera la T° de l’eau, un débit supérieur refroidira ton tube.
Si ta condition est à 0,5° près, le débit est double et si c’est 2° près, le débit sera de moitié.

Donc on fait le bilan : Ton tube dissipe dans l’eau ~~300W, ta résistance qui le chauffe (supposée sans pertes !!!) en fait 370 je crois. C’est ‘’limite’’ jouable ! Ca suppose tout de même un rendement de 90% ! Je trouve que c’est bien optimiste !

Dans ces conditions, ton tube sera très proche de 50° et ton eau ne chauffera ‘’pas trop’’

Cela suppose tout de même que l’eau soit à une température homogène sur toute la surface du tube. Cette condition ne sera remplie qu’avec un brassage intensif de l’eau.
Ton petit dessin du montage me laisse penser que le tube d’arrivée, qui sera fixe, doit plonger au fond du bac. La rotation de l’ensemble provoquera bien un brassage ‘’musclé’’ du liquide.

Tes manips : Tu mesures
la T° d’entrée d’eau, sa T° de sortie et son débit.
La T° du tube.
La puissance électrique.

Ce n’est pas sot du tout.

Cette fois c’est fini ! Bonne chance.

[invite2313209787891133]

La ce n'est plus de la pifométrie, c'est du hasard. La dissipation sera bien plus grande que 0.1°C/W. Je pense que tu compares avec un radiateur qui échange avec de l'air, ce qui n'a rien à voir.

La puissance nécessaire sera proche de ce que j'ai calculé.

[f6bes]

Bjr à tous,
Tant que l'on ne connaitra pas le DEBIT de l'eau , AUTOUR du cylindre (eau à température "ambiante"= donc RENOUVELLEE en PERMANENCE) on restera dans du pifométrique !
Mais là Laurec13 n'a encore RIEN indiquée de concret !
A+
A+

[invitef7884487]

Bonjour f6bes
Non je ne le pense pas, d'après ce qu'elle indique le débit d'eau ne serait pas une donnée, mais une conséquence de la constance de la température du cylindre.
Elle mesurera le débit et la température de sortie pour que...
Ca correspond assez bien à ses explications et à son schéma.

[f6bes]

Bonjour f6bes
Non je ne le pense pas, d'après ce qu'elle indique le débit d'eau ne serait pas une donnée, mais une conséquence de la constance de la température du cylindre.
Elle mesurera le débit et la température de sortie pour que...
Ca correspond assez bien à ses explications et à son schéma.

Bjr à toi,
Si c'est une "conséquence" c'est qu'il y a donc régulation du débit d'eau (non dit dans le projet) ou comme d'habitude j'ai du mal lire et en "travers" ...!!
Qui s'exprime clairement et compris facilement !

A+

[invite8a81af6d]

Je suis complétement dépassée par le projet.

Avec tout ce que vous me dites, la seule chose que je conclu c'est que tel qu'on ma fait la demande c'est impossible à réaliser.

Je n'ai pas pu obtenir d'information sur le débit, de toute façon, j'ai refait les calculs avec un régulateur (0-24 volt en sortie est le plus puissant que j'ai pu trouver), ma résistivité serait de 0,05 ohm par mètre. Impossible!

[f6bes]

Je suis complétement dépassée par le projet.

Avec tout ce que vous me dites, la seule chose que je conclu c'est que tel qu'on ma fait la demande c'est impossible à réaliser.

Je n'ai pas pu obtenir d'information sur le débit, de toute façon, j'ai refait les calculs avec un régulateur (0-24 volt en sortie est le plus puissant que j'ai pu trouver), ma résistivité serait de 0,05 ohm par mètre. Impossible!

Bjr à toi,
Hum un régulateur est fait pour réguler.
Pour réguler il faut COMPARER 2 valeurs.
Tu comptes comparer QUOI à QUOI ??
Ton "régulateur" doit agir sur QUOI ??



C'est pas en changeant la tension de ton régulateur (peu importe sa tension de fonctionnement) que cela y change qq chose !
Tu dis , je dois fabriquer (message #1..)
Il serait bon de donner EXPLICITEMENT la CONTENU exact du projet...demandé! (sans oublier les virgules !!)
A+

[invitef7884487]

Bonjour laurec
Ne te laisse pas dépasser. Ici on est là pour t’aider (en principe) et pas pour te déstabiliser.
Ce que l’on t’a demandé est tout a fait réalisable. Je suppose que c’est un de tes profs qui a mis ce sujet en étude, il a réfléchi à la question et la faisabilité d’une telle manip est bonne. Les résultats ne seront peut-être pas exactement ceux espérés, mais ça ne remet pas en cause la manip.

Toute ta première partie est très bonne : Calculer une résistance pour obtenir une T° visée de ton tube de cuivre. Tu ne touches pas à ça, c’est acquis et le résultat est réaliste.

Je vais te dire précisément ce qui va se passer quand tu vas mettre en marche ton système : En chauffant ton tube de cuivre avec une résistance, ne te fais aucun soucis, sa T° va monter ! Si tu ne t’es pas trompée dans tes calculs, sa température sera très proche de celle calculée, à l’erreur près des pertes, que peu de gens sont capables de quantifier avec certitude. Mais personne ne te demande de faire un four étalon !
La seule donnée qui ne sera pas respectée c’est le temps de chauffe. En effet pour atteindre exactement son point d’équilibre de T°, il lui faudrait théoriquement un temps infini. Mais c’est complètement stupide de vouloir faire mieux que tes instruments de mesure te le permettent ! Ta température tu ne pourras pas la mesurer à mieux que 0,1° près, alors que ce soit 29,9° au-dessus de ta température d’eau ou 30,1°, pour toi ce résultat sera parfait.
Et que ton tube mette 10mn ou 17mn pour atteindre sa température c’est sans importance ! Personne ne te demande de compenser le dernier millième de °C et comme apparemment on ne t’a pas imposé un temps de chauffe précis et bien il sera ce qu’il sera !

On t’a donné une source d’énergie : 220V 5A. Ca fait 1100 Watts. Tu ne peux pas dépasser cette valeur.
Ton calcul de résistance te donne une puissance nécessaire pour chauffer ton tube de cuivre de 375 W( ?). Ca ne dépasse pas ta puissance disponible, donc c’est bon à priori.
Tu t’es fixé 15mn pour chauffer ton tube, mais comme personne ne t’a indiqué une quelconque résistance thermique, tu n’as pas à t’en soucier. On ne peut pas te demander de mettre en application quelque chose que tu ne connais pas.

Comme tous les systèmes physiques stables, ton système atteindra forcément un point d’équilibre, peu importe lequel, il y en aura obligatoirement un ! Cet équilibre sera atteint quand toute la puissance qui chauffe ton tube, sera évacuée vers l’extérieur. Il n’y a aucun autre point d’équilibre possible. Que l’extérieur soit de l’air de l’eau du sable ou de la pâte de guimauve, que tout ça circule (ou non) autour de ton tube, ça n’a aucune importance, tu auras un point d’équilibre.

Lequel et sera-t-il conforme à ce que l’on t’a demandé ? Le seul moyen de le savoir est de faire un calcul d’erreur sur toutes tes données et toutes tes variables ! (Si tu n’es pas dans l’enseignement supérieur, ça m’étonnerait fort que l’on ait appris la méthode, même simplifiée !)

D’après ce que tu nous as indiqué et ce que j’en ai compris, on ne te demande pas une T° précise, c’est 50° à +/- ??? De toute façon tu ne peux pas faire un calcul rigoureux, si on ne te donne pas la température de l’eau (ni la résistance thermique de ton tube), et si c’est celle du robinet (comme tu nous l’indiques) elle peut très bien être de 17° ou 23°.
Je ne vois aucune nécessité de la réguler ta source de chaleur puisque dans tous les cas la régulation de T° se fera naturellement par les calories évacuées par l’eau autour de ton tube.

Ne te trompe pas de méthode ! Si tu veux réguler la température de ton tube, tu ne peux plus calculer une résistance de chauffe, mais une plage de puissance qui sera une fonction du débit, de la température de l’eau et de la résistance thermique de la jonction cuivre / eau. Les limites étant la valeur que tu as calculée de puissance nécessaire (au minimum) et la puissance maxi de ton générateur ! C’est un non sens, on ne te demande pas de chauffer de l’eau !
En plus l’énoncé du problème devient sans objet puisque qu’il ne consisterait qu’à l’utilisation d’une résistance de 1.100 Watts pour chauffer une ‘’certaine’’ quantité de l’eau.

Mesure la T° de ton tube, c’est nécessaire, mais ne change pas la puissance de chauffe. Si ton tube est trop froid, tu diminues le débit d’eau et s’il est trop chaud, tu l’augmentes. C’est tout simple. Je te garanti que cela fonctionne.

Surtout ne confonds pas puissance thermique et résistance thermique, comme ça a été fait sur ce post. Tu as tout ce qu’il faut pour réaliser ton projet et ne te pose pas de question qui n’ont plus de raison d’être.

Tu vas réussir.
(passe en MP s'il reste des points obscurs)

[invite2313209787891133]

En fait la résistance thermique du cuivre ne va pas véritablement avoir d'influence. 1cm de cuivre fait "passer" environ 40 000W par degré de différence et par m². Le transfert d'énergie ne sera en pratique limité que par les interfaces internes et externes, qui présentent des coefficients de transfert bien plus bas.

[invite8a81af6d]

Merci Fantome, ça me redonne un peu confiance.

Je dois présenter le pré-projet cet après midi je vais essayer de mettre tout ça au propre et j'y verrai plus clair.

Merci beaucoup en tout cas.

[f6bes]

Bjr Laurec 13,
Tant que tu ne diras pas quel est le CONTENU de ce que l'on t'as demandé, tu ne pourras avançer.
Chacun de nous peut y aller de sa petite hypothése, sans que cela soit vrai.

Donc pour l'instant ce que l'on sait:
C'est que tu chauffes un cylindre de cuivre avec une PT100 positionnée à l'extérieur du cylindre. (tu l'as dit)
Ce cylindre est REFROIDI par de l'eau qui est CONSTAMMENT renouvellée (tu ne dis nulle part que cette eau est "stagnante") .
Donc ta PT100 EST au contact de la température de l'eau AMBIANTE et tu veux obtenir une consigne à 50° à l'aide de cette PT100.

En clair tu veux créer un chauffe eau électrique dont on soutirerait de l'eau en PERMANENCE pendant la phase de chauffage.
Bien sur on ne connait pas le volume d'eau entourant le cylindre et si le volume d'eau est isolée calorifiquement....ou pas.

C'est pas avec un cahier des charges comme cela qu'on peu avancer des chiffres.

Je me pose la question d'un collecteur tournant ? Quelle est sa finalité ??

Avant d'aller plus loin il serait bon de connaitre le niveau de tes connaissances (collégue, lycée , autres ?)

A partir de là on pourra (peu etre) envisager l'avenir.

Si tu pouvais nous communiquer l'ENONCE de ton exercice (déjà demandé, ....mais sans succés !!) , ce ne serait pas plus mal !
Je suppose que "l'exercice" est tout de meme à ta portée,si on t'as demandé de le résoudre......mais faut TOUT dire.

Et ne pas dire : "..je n'en ai pas parlé parce que etc...etc.."
TOUTES les données sont utiles à connaitre.
Bonne journée