calcul de refroidissement par convection forcée

[invited9dc06d4]

Bonjour tout le monde,

Cela fait longtemps que je vous lis mais aujourd'hui j'ai besoin de vos lumières :

J'ai besoin de calculer la puissance, le débit d'air, et la vitesse d'air d'un tunnel de refroidissement à détente directe.

Les données:

- un convoyeur déplace des pièces en aluminium à 25 M/min.
- les pièces en aluminium sont des disques formés de 340 mm de diamètre, 80 mm de hauteur et de 6.5 mm d’épaisseur. (poids 1,7 Kg)
- Cadence : 30 P/min
- Température d'entrée : 55°C
- Température de sortie demandée: 30 à 35°C
- Le tunnel peut avoir jusqu’à 10 M de long.

J'ai calculé la puissance à dissiper suivant la formule:
P=MxCxDt/(3600*t)
M= 1,7Kg
C= 897 J/Kg.K°
Dt = 55-30 = 25°
t= temps de refroidissement : 24 sec (0,0067 h)
Puissance à dissiper: P= 1588 W

Comment puis je calculer la vitesse, le débit et la température d'air pour dissiper les 1588 W par pièce en 24sec (10 M de tunnel) ??

Merci par avance
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[invite2313209787891133]

Bonjour

En pincipe on essayes en premier lieu de fixer certains paramètres, dans ton cas je dirais la température de l'air (la température ambiante par exemple, afin de ne pas avoir à utiliser de groupe froid).

Une fois cette température connue on détermine un coefficient d'échange entre la pièce et l'air; ce coefficient est fonction de la géométrie de la pièce et de la vitesse de l'air.

Avant de te répondre il faudrait toutefois préciser un point; tu parles de disques (le terme est plutôt cylindres) et donne 3 dimensions, or un cylindre n'a qu'une hauteur et un diamètre.
Comment ces cylindres sont ils disposés par rapport au sens de défilement ?

[Zozo_MP]

Bonjour

Pour que les spécialistes puissent vous aider à avancer, il faudrait également indiquer la surface de l'évaporateur en contact direct avec le flux d'air.

Egalement le type de circulation d'air (turbulente ou non) envisagé par exemple flux continu entrée et sortie et avec recyclage partiel ou non. Au passage si vous connaissez la température d'entrée de l'air (température atelier ou extérieur).

Indiquer si le tapis est à maille ou non ainsi que la matière aussi.

Cordialement.

PS :
Est-ce que le condenseur fait parti du tunnel.

[Zozo_MP]

Bonjour

ce coefficient est fonction de la géométrie de la pièce et de la vitesse de l'air.

Dans l'énoncé il est indiqué

- Le tunnel peut avoir jusqu’à 10 M de long.

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite2313209787891133]

Non, je veux dire de la pièce en aluminium; l'écoulement est différent autour d'un rond ou d'un carré par exemple.

[invited9dc06d4]

Les pièces sont des carters que l'ont peut comparer à des poêles déposées sur leur fond.

Le tapis est un tapis à mailles plastiques qui je pense peut être ignoré a ce stade de calcul.

La température de l'air d'atelier est en moyenne de 20° mais peut monter à 35° l'été.
Je pensais partir avec une température d'air pulsé de 10°C produite par un groupe froid.
Des ventilateurs souffleraient l'air froid en circuit fermé par le dessus des pièces.
Les évaporateurs seraient disposés directement dans le flux d'air au dessus des pièces avec un Delta entrée / sortie très faible.

Merci par avance.

[invite2313209787891133]

La puissance dissipée est fonction du delta entre la pièce et l'air. Cette puissance est maximale au début de cycle (delta de 45°C) et minimale en fin (Dt = 20°C). La puissance que tu as calculé est une puissance moyenne, qui se dissipe en instantané pour un delta de (45 + 20) / 2 = 32,5°C

Pour résoudre ce problème il faut chercher le coefficient h à atteindre avec les valeurs imposées: Dt = 32,5°C ; 1588W et la surface de la pièce (que j'estime à 0.35m²).
On trouve un coefficient h = 140W/m².°C

Cette valeur commence à être importante pour une convection forcée avec de l'air. En appliquant une corrélation spécifique pour une plaque je trouve une vitesse de flux d'environ 60m/s; il faudrait certainement une vitesse encore supérieure car la forme particulière de la pièce va produire un écoulement différent du modèle.

[invited9dc06d4]

La puissance dissipée est fonction du delta entre la pièce et l'air. Cette puissance est maximale au début de cycle (delta de 45°C) et minimale en fin (Dt = 20°C). La puissance que tu as calculé est une puissance moyenne, qui se dissipe en instantané pour un delta de (45 + 20) / 2 = 32,5°C

Pour résoudre ce problème il faut chercher le coefficient h à atteindre avec les valeurs imposées: Dt = 32,5°C ; 1588W et la surface de la pièce (que j'estime à 0.35m²).
On trouve un coefficient h = 140W/m².°C

Cette valeur commence à être importante pour une convection forcée avec de l'air. En appliquant une corrélation spécifique pour une plaque je trouve une vitesse de flux d'environ 60m/s; il faudrait certainement une vitesse encore supérieure car la forme particulière de la pièce va produire un écoulement différent du modèle.

Merci pour t'occuper de mon problème à des heures aussi tardives !!

Quelles formules as tu utilisé pour le calcul de h et la corrélation sur la plaque ?

En effet les valeurs sont difficiles à mettre techniquement en œuvre. d'autant plus qu'avec un jet à 60m/s, j'ai peur qu'on fasse "voler la pièce" ...

Tu souffles dans quel sens sur la plaque ?

Peut être qu'en passant sur une température négative de l'air, on pourrait réduire la vitesse. Mais viennent alors se pointer les problèmes de prise en glace des évaporateurs.

Merci !

[invite2313209787891133]

J'ai utilisé une corrélation pour obtenir un Nusselt pour une plaque (corrélations que l'on peut trouver dans un handbook sur le transfert thermique).
Une solution peut consister à utiliser de l'air encore plus froid, mais le plus efficace serait d'utiliser de l'eau, qui a typiquement un h 10 à 100 fois plus important que l'air, puis de l'air pour sécher la pièce.

[invited9dc06d4]

J'ai utilisé une corrélation pour obtenir un Nusselt pour une plaque (corrélations que l'on peut trouver dans un handbook sur le transfert thermique).
Une solution peut consister à utiliser de l'air encore plus froid, mais le plus efficace serait d'utiliser de l'eau, qui a typiquement un h 10 à 100 fois plus important que l'air, puis de l'air pour sécher la pièce.

Et à ton avis, est ce qu'on pourrait ventiler de l'air très chargé en humidité (à la limite de la saturation) afin d’améliorer le h ?

Suivant d'une ou plusieurs rampes de séchage.

tout en restant sur des températures positives bien sur..

[invite2313209787891133]

Non ça ne changera rien, l'air humide a un comportement semblable à l'air sec (viscosité, Cp, conductivité thermique très proches), donc le h restera identique.

[invited9dc06d4]

Merci pour tout Dudulle.

Il faut que je trouve les formules sur la plaque pour construire un modèle de calcul sur excel..

j'ai une solution en refroidissement forcé à l'eau suivi d'un séchage HP mais je ne suis pas sur que le client soit prêt à mettre ce niveau de budget pour 25° petits degrés à gratter ..

[invite2313209787891133]

Merci pour tout Dudulle.

Il faut que je trouve les formules sur la plaque pour construire un modèle de calcul sur excel.

Voici la corrélation en question: http://www.egr.msu.edu/~somerton/Nus..._%28ii%29.html

[invited9dc06d4]

merci !

sais tu à quoi correspondent C et m ?

[invited9dc06d4]

merci !

sais tu à quoi correspondent C et m ?

J'ai trouvé : ce sont les constantes en fonction du Re.

[invited9dc06d4]

donc apparemment, la ou une des solutions serait :

1 lame d'air de 500mmx10mm tous les 100mm, ce qui nous donne 0,5M².
On souffle au total 18000 M3 à 10 M/s au dessus des pièces.
L'air pulsé serait à 8°C.

Je ne comprend pas comment on peut obtenir ces résultats...

[invite2313209787891133]

Moi non plus, ça ne me semble pas très réaliste. Tu peux avoir un corrigé ?