Déperdition thermique

[Nemybgur]

Bonjour à tous,

J'espère être dans la bonne rubrique.

Je vous expose mon problème en essayant de donner le maximum d'information.

Je suis actuellement en stage en entreprise et j'ai plusieurs missions qui sont plus ou moins intéressantes.
J'ai une mission en particulier qui me gène, malgré pas mal d'heure passé dessus

L'idée de cette mission est, grossièrement, du calorifusage de tuyauterie (vapeur, eau chaude, condensat etc). Je dois estimer les pertes au niveau des tuyauteries et savoir si c'est rentables ou non de calorifugé le tuyau.
Dans mon cas, suffit de passer sa main pour savoir que c'est rentable

Bref, j'ai réussi, à partir de tableurs récupérés et du travail maison, à "faire" un tableur qui me dira de combien est le gain en cas de mise en place de protection.

Dans un premier temps, je rentre :
Température du réseau
Température du local
Diamètre extérieur du tuyau
Longueur verticale
Longueur horizontale
et j'obtiens les pertes (sans calorifusage)

Et dans un second temps(pour le même tuyau), je rentre
Température du réseau
Température du local
Diamètre extérieur de l'isolant (diamètre intérieur + épaisseur de l'isolant)
Diamètre intérieur de l'isolant (dans mon cas on va dire = diamètre extérieur du tuyau)
Longueur verticale
Longueur horizontale

Ensuite par rapport a mes recherches sur internet j'ai trouvé des formules
(je vous passe le lien) http://www.enertech.fr/pdf/50/deperditions-tube.pdf

Donc là dans mon cas.
La première partie, cas des tubes nus, est ok (d'après moi)
Mais la seconde partie me pose soucis
J'ai beau essayer, réessayer ... mon tableur me dit que quand j'augmente l'épaisseur de l'isolant j'ai plus de pertes .......

Voici un passage de calcul du tableur
forum.PNG

Donc première ligne intéressante "Diamètre extérieur de l'isolant" = diamètre intérieur + épaisseur isolant. Si on se fit au document le calcul exact est diamètre intérieur + 2*épaisseur isolant. Disons que dans mon cas, j'ai fait 2*0.05 et pas 1*1. Ça change pas grand chose pour la suite.

Ensuite "Coefficient d'échange vertical" (ve) et "horizontale" (ho). Ils sont juste si on se fit au document

Le "coefficient de convection" je ne suis vraiment pas sur.( Pas indiqué sur le document)
Dans le tableur le calcul est

=(Métre linéaire vertical/ (Métre linéaire vertical+Métre linéaire horizontale))*Coefficient d'échange superficiel ve + (Métre linéaire horizontal/ (Métre linéaire vertical+Métre linéaire horizontale))*Coefficient d'échange superficiel ho

On obtient une sorte de moyenne des coef d’échange par rapport au mètre vertical et horizontale de tuyauterie. Ce qui ne me parait pas faux (voilà pourquoi je l'ai laissé sur le tableur)

"Conductivité de l'isolant" est une valeur défini par rapport à l'isolant (par défaut j'ai mis celle-ci)
"Résistance totale" est la formule de la "résistance thermique" sur le document (donc la formule en elle même est juste)

Voilà ou je bug (enfin)
"Coefficient de transmission linéïque " le "k" du document. 1 / k = R’ / 2π + 1 / (π . De . h)
Sur le tableur j'ai (2*PI()+1)*PI()*Diamètre extérieur *coefficient de convection/Résistance totale
Pour que ça soit plus clair pour comparer j'ai k= (2π + 1)*(π . De . h)/R'
D'après moi c'est mathématique juste.

Dernière ligne du tableur
Pertes = somme totale de la longueur de la tuyauterie * Coefficient de transmission linéïque* (T°Créseau - T°Clocal)
Sur le document p = k*(T-Ta)

Les résultats me semblait cohérent, jusqu'au jour ou j'ai voulu augmenter l'épaisseur de l'isolant (car 0.1 c'est vraiment léger). Dès que j'augmente cette valeur, les pertes augmentent ce qui est illogique.

voila une photo avec une épaisseur de 0.5
forum.PNG
Je voulais savoir si vous voyez une erreur, sinon je vais devoir tout reprendre :/ mais je ne sais pas par où commencer.
merci

PS: j'ai essayé d'etre le plus clair possible
-----

[RomVi]

Bonjour

La puissance dissipée par une conduite vaux surface exposée x coefficient de dissipation x delta de température.
- Si la conduite est nue on prend la surface extérieure, le coefficient étant généralement proche de 10 en intérieur et 25 en extérieur (à ajuster éventuellement).
- Si la conduite est isolée il faut par contre prendre en compte une surface équivalente, qui correspondra à la moyenne des diamètres de la conduite et de l'isolant. Le coefficient à prendre en compte étant la somme des résistances thermiques, ou l'inverse de la somme des inverses des 2 coefficients (convection + conduction à travers toute la couche d'isolant).

Je vais prendre un exemple chiffré :
On a une conduite qui transporte de l'eau à 80°C dans une pièce à 20°C, de 10m de longueur et 50mm de diamètre, soit une surface totale de 10 * 0.05pi = 1.57m². Le coefficient d'échange vaut 10W/m²K (R=0.1)
On a une dissipation de (80-20) * 10 * 1.57 = 942W

On ajoute 50mm de laine de verre qui possède une conductivité de 0.04 W/mK, on ajoute donc une couche avec un coefficient d'échange par conduction de 0.04 / 0.05 = 0.8W/m²K (R=1.25)

La surface à prendre en compte doit être corrigée par une transformée en coordonnées cylindriques, elle correspond à la moyenne des surfaces (en réalité la moyenne logarithmique, mais ça ne change pas grand chose):
La surface du tube a été calculée plus haut et vaux 1.57m²
La surface avec l'isolant est de 10 x (0.05 + (2 x 0.05)) * pi = 4.71m²
La surface "équivalente" vaux donc 3.14m²

La résistance thermique totale vaux 0.1 + 1.25 = 1.3, soit un coefficient d'échange global de 1 / 1.3 = 0.77W/m²K

La dissipation de la conduite isolée vaux 3.14 x 0.77 x (80-20) = 145W

[f6bes]

Bonjour à tous,

J'espère être dans la bonne rubrique.

Je vous expose mon problème en essayant de donner le maximum d'information.

Je suis actuellement en stage en entreprise et j'ai plusieurs missions qui sont plus ou moins intéressantes.
J'ai une mission en particulier qui me gène, malgré pas mal d'heure passé dessus

L'idée de cette mission est, grossièrement, du calorifusage de tuyauterie (vapeur, eau chaude, condensat etc). Je dois estimer les pertes au niveau des tuyauteries et savoir si c'est rentables ou non de calorifugé le tuyau.
Dans mon cas, suffit de passer sa main pour savoir que c'est rentable

Bref, j'ai réussi, à partir de tableurs récupérés et du travail maison, à "faire" un tableur qui me dira de combien est le gain en cas de mise en place de protection.

Dans un premier temps, je rentre :
Température du réseau
Température du local
Diamètre extérieur du tuyau
Longueur verticale
Longueur horizontale
et j'obtiens les pertes (sans calorifusage)

Et dans un second temps(pour le même tuyau), je rentre
Température du réseau
Température du local
Diamètre extérieur de l'isolant (diamètre intérieur + épaisseur de l'isolant)
Diamètre intérieur de l'isolant (dans mon cas on va dire = diamètre extérieur du tuyau)
Longueur verticale
Longueur horizontale

Ensuite par rapport a mes recherches sur internet j'ai trouvé des formules
(je vous passe le lien) http://www.enertech.fr/pdf/50/deperditions-tube.pdf

Donc là dans mon cas.
La première partie, cas des tubes nus, est ok (d'après moi)
Mais la seconde partie me pose soucis
J'ai beau essayer, réessayer ... mon tableur me dit que quand j'augmente l'épaisseur de l'isolant j'ai plus de pertes .......

Voici un passage de calcul du tableur
Pièce jointe 314595

Donc première ligne intéressante "Diamètre extérieur de l'isolant" = diamètre intérieur + épaisseur isolant. Si on se fit au document le calcul exact est diamètre intérieur + 2*épaisseur isolant. Disons que dans mon cas, j'ai fait 2*0.05 et pas 1*1. Ça change pas grand chose pour la suite.

Ensuite "Coefficient d'échange vertical" (ve) et "horizontale" (ho). Ils sont juste si on se fit au document

Le "coefficient de convection" je ne suis vraiment pas sur.( Pas indiqué sur le document)
Dans le tableur le calcul est

=(Métre linéaire vertical/ (Métre linéaire vertical+Métre linéaire horizontale))*Coefficient d'échange superficiel ve + (Métre linéaire horizontal/ (Métre linéaire vertical+Métre linéaire horizontale))*Coefficient d'échange superficiel ho

On obtient une sorte de moyenne des coef d’échange par rapport au mètre vertical et horizontale de tuyauterie. Ce qui ne me parait pas faux (voilà pourquoi je l'ai laissé sur le tableur)

"Conductivité de l'isolant" est une valeur défini par rapport à l'isolant (par défaut j'ai mis celle-ci)
"Résistance totale" est la formule de la "résistance thermique" sur le document (donc la formule en elle même est juste)

Voilà ou je bug (enfin)
"Coefficient de transmission linéïque " le "k" du document. 1 / k = R’ / 2π + 1 / (π . De . h)
Sur le tableur j'ai (2*PI()+1)*PI()*Diamètre extérieur *coefficient de convection/Résistance totale
Pour que ça soit plus clair pour comparer j'ai k= (2π + 1)*(π . De . h)/R'
D'après moi c'est mathématique juste.

Dernière ligne du tableur
Pertes = somme totale de la longueur de la tuyauterie * Coefficient de transmission linéïque* (T°Créseau - T°Clocal)
Sur le document p = k*(T-Ta)

Les résultats me semblait cohérent, jusqu'au jour ou j'ai voulu augmenter l'épaisseur de l'isolant (car 0.1 c'est vraiment léger). Dès que j'augmente cette valeur, les pertes augmentent ce qui est illogique.

voila une photo avec une épaisseur de 0.5
Pièce jointe 314596
Je voulais savoir si vous voyez une erreur, sinon je vais devoir tout reprendre :/ mais je ne sais pas par où commencer.
merci

PS: j'ai essayé d'etre le plus clair possible

Bjr à toi,
De quelle rentabilité parles tu ?
si ta production d'eau chaude est "gratuite" (et SUFFISANTE ) alors au point de vue financier c'est PAS rentable !
Si la production n'est pas gratuite (coute donc )....ce sera "rentable" lorsque tu auras amorti les frais d'installation.
Ce qui prendra un temps plus ou moins long....suivant les déperditions.

Bonne journée

[antek]

si ta production d'eau chaude est "gratuite" (et SUFFISANTE ) alors au point de vue financier c'est PAS rentable !

Une production d'énergie n'est jamais gratuite.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Nemybgur]

Bonjour

La puissance dissipée par une conduite vaux surface exposée x coefficient de dissipation x delta de température.
- Si la conduite est nue on prend la surface extérieure, le coefficient étant généralement proche de 10 en intérieur et 25 en extérieur (à ajuster éventuellement).
- Si la conduite est isolée il faut par contre prendre en compte une surface équivalente, qui correspondra à la moyenne des diamètres de la conduite et de l'isolant. Le coefficient à prendre en compte étant la somme des résistances thermiques, ou l'inverse de la somme des inverses des 2 coefficients (convection + conduction à travers toute la couche d'isolant).

Je vais prendre un exemple chiffré :
On a une conduite qui transporte de l'eau à 80°C dans une pièce à 20°C, de 10m de longueur et 50mm de diamètre, soit une surface totale de 10 * 0.05pi = 1.57m². Le coefficient d'échange vaut 10W/m²K (R=0.1)
On a une dissipation de (80-20) * 10 * 1.57 = 942W

On ajoute 50mm de laine de verre qui possède une conductivité de 0.04 W/mK, on ajoute donc une couche avec un coefficient d'échange par conduction de 0.04 / 0.05 = 0.8W/m²K (R=1.25)

La surface à prendre en compte doit être corrigée par une transformée en coordonnées cylindriques, elle correspond à la moyenne des surfaces (en réalité la moyenne logarithmique, mais ça ne change pas grand chose):
La surface du tube a été calculée plus haut et vaux 1.57m²
La surface avec l'isolant est de 10 x (0.05 + (2 x 0.05)) * pi = 4.71m²
La surface "équivalente" vaux donc 3.14m²

La résistance thermique totale vaux 0.1 + 1.25 = 1.3, soit un coefficient d'échange global de 1 / 1.3 = 0.77W/m²K

La dissipation de la conduite isolée vaux 3.14 x 0.77 x (80-20) = 145W

Bonjour,

Déjà, merci à toi
Je vais appliquer tes explications et je te tiens au jus. J'avais vu des explications équivalentes aux tiennes sur internet mais je n'avais pas vraiment compris :/ merci d'être aussi clair (merci l'exemple)

Bjr à toi,
De quelle rentabilité parles tu ?
si ta production d'eau chaude est "gratuite" (et SUFFISANTE ) alors au point de vue financier c'est PAS rentable !
Si la production n'est pas gratuite (coute donc )....ce sera "rentable" lorsque tu auras amorti les frais d'installation.
Ce qui prendra un temps plus ou moins long....suivant les déperditions.

Bonne journée

Ce n'est pas réellement gratuit pour moi, dès que tu produit quelque chose tu payes. Après je ne connais pas tout.
Et étant donné que tu as des pertes au niveau des tuyauteries(pour mon cas), tu vas être obligé de "produire plus" pour avoir le résultat attendu à la fin.

Sinon merci à tous, je vous tiens au jus dans la semaine.

[Nemybgur]

Bjr à toi,

Si la production n'est pas gratuite (coute donc )....ce sera "rentable" lorsque tu auras amorti les frais d'installation.
Ce qui prendra un temps plus ou moins long....suivant les déperditions.

Bonne journée

Oui bien sur, la rentabilité se ferra à partir du moment ou j'aurai amorti les frais d'installation. Ça peut aller de 5 à 15 ans (voir plus) dans mon cas. Maintenant au niveau industrielle même 10 ans c'est "rentable".
C'est aussi pour ça que j'ai besoin de toutes les valeurs et d'effectuer tous les calculs pour connaître la rentabilité.

[flodrows]

Bonjour, en effet lorsque tu mets un isolant lorsque l'épaisseur est très faible, tu va augmenter tes pertes thermiques au lieu de les réduire. Tu va passer par un minimum appelé rayon critique et c'est après ce rayon critique que l'augmentation de l'épaisseur de ton calorifuge commence à réduire tes pertes. Essaye de trouver sur internet des documents t'expliquant rigoureusement la notion de "rayon critique".

[Nemybgur]

Bonjour, en effet lorsque tu mets un isolant lorsque l'épaisseur est très faible, tu va augmenter tes pertes thermiques au lieu de les réduire. Tu va passer par un minimum appelé rayon critique et c'est après ce rayon critique que l'augmentation de l'épaisseur de ton calorifuge commence à réduire tes pertes. Essaye de trouver sur internet des documents t'expliquant rigoureusement la notion de "rayon critique".

Bonjour,

Je vais regarder ca, même si je pense que c'est plus une erreur dans mon tableur que une histoire de rayon critique.
Mais je vais faire attention a ce phénomène très intriguant pour la suite
merci

[Nemybgur]

Les valeurs sont vraiment différentes de ce que j'avais avant.(ancien tableur)

Sur la tuyauterie non-isolée la dissipation reste équivalente.

Sur la tuyauterie isolée (je met une épaisseur de laine de roche 30mm (0.03mètres)) les valeurs sont vraiment différentes.
Je sais pas si des gens ici, ont des notions de valeur mais je met un exemple et dites moi

Sur l'ancien tableur, sur une tuyauterie isolée de 7.6 mètres à 55°C (local 20°C) de diamètre 168 mm j'avais 1633W.
Maintenant avec les nouveaux calcul (sur la même tuyauterie) je descend à 194W
Sachant que non-isolée on tourne entre 1500 et 1700W (pertes)

L'ancien tableur (d'après moi) est faux et les valeurs du nouveau ne me choque pas tant que ça. Vous en pensez quoi?

[RomVi]

Ce sont des valeurs cohérentes. Typiquement il y a toujours un intérêt à calorifuger les conduites, à part les très petits diamètres (< DN15) ou les flux avec une température légèrement au dessus de l'ambiant.

Je vais regarder ca, même si je pense que c'est plus une erreur dans mon tableur que une histoire de rayon critique.

Le rayon critique vaux conductivité laine/coefficient d'échange superficiel, soit en conditions extérieures 0.04 / 25 = 1.6.10-3m = 1.6mm, ou en intérieur 4mm. Si ta conduite fait plus que ce rayon tu ne sera pas concerné par ce problème.