mardi 29 décembre 2015

Alliage à mémoire de forme

Qu'est-ce qu'un alliage à mémoire de forme ?


Un alliage métallique à mémoire de forme ou AMF est un composé métallique qui possède plusieurs propriétés inédites en fonction des matériaux métalliques utilisés.

La vidéo ci-dessous montre comment mémoriser une forme en chauffant la pièce fixée dans un moule de forme grâce au chauffage induction.

Cliquez ICI pour visualiser la vidéo




Une fois portée à température élevée, la pièce conservera la forme imposée par le moule.

Principales propriétés des AMF

1/ La capacité de mémoriser une forme initiale.

2/ Reprendre la forme d'origine après une déformation physique de la forme initiale.

3/ La possibilité d'alterner entre deux formes préalablement mémorisées lorsque sa température varie autour d'une température critique.

4/ Un comportement super-élastique permettant des allongements sans déformation permanente supérieurs à ceux des autres métaux.

Principaux alliages utilisés
Les principaux constituants des alliages métalliques à mémoire de forme sont composés de toute une variété de nickel et de titane.
La proportion est souvent voisine de 50% de chaque métal.
Dans un domaine plus restreint certains alliages composés de cuivreux-aluminium avec du laiton peuvent constituer des alliages métalliques à mémoire de forme
On trouvera dans la littérature technique le nom de NITINOL pour désigner ce typer d'alliage

Quelques applications 

Très grande élasticité : 
Dentisterie:  Outils dentaires. 
Chirurgie : Pince chirurgicale.
Confection : Armature de soutiens-gorges.
Lunetterie : Monture de lunettes.
 On peut très bien mémoriser une forme de branche de lunettes qui en cas de torsion ou autres déformations reprendra sa forme initiale.

jeudi 19 novembre 2015

Calcul automatisé / Puissance induction

Calorimétrie n°6

Calcul automatisée de la puissance, de l'énergie, du poids, du volume

Pour vous procurer le tableur voir en fin d'article

Pour visualiser le tableur entier, cliquer sur ICI

Ci-dessous voici une présentation partielle d'un tableur qui permet de calculer automatiquement à partir de données que vous entrez dans la feuille ci-dessous.




Vous obtiendrez directement les résultats suivants:
L'énergie en Joules.
Une puissance en Watts et Kilowatts
Eléments nécessaires pour chauffer une pièce en partant d'une température ambiante pour atteindre une température de consigne.
Vous pouvez entrez le paramètre temps en seconde pour atteindre la température de consigne.
Ce paramètre est très important, car plus vous augmentez le temps d'atteinte de la température de consigne, plus la puissance nécessaire diminuera.
Vous avez aussi la possibilité d'entrez un coefficient qui comblera les pertes de rendement qui dans la théorie sont nulles, soit un rendement de 100%, mais dans la pratique industrielle, ces pertes peuvent devenir importantes.
Cette description concerne tout spécialement la photo ci-dessous d'une partie du tableur.

Pour connaître toutes les possibilités du tableur, vous pouvez cliquer sur le lien suivant traitement thermique induction.

Bien entendu dans notre cas, l'intérêt est la chauffe par induction, mais les résultats obtenus par ce tableur peuvent s'appliquer à toute matière qui reçoit ou qui demande une énergie afin d'élever la masse de la matière considérée de N°C au-dessus de la température ambiante.

Pour vous procurer ce tableur dans la version complète :

Cliquez ici sur chauffage induction  et indiquez-nous votre adresse mail pour recevoir le tableur.

Ensuite vous recevrez le tableur et vous serez en possession de cet outil très pratique.




vendredi 13 novembre 2015

traitement thermique induction au défilé

Calorimétrie n°5

Pièce chauffée par induction au défilé dans l’inducteur pour traitement thermique




Masse volumique du fer : 7,9 g/cm³


Chaleur massique du fer : 0,47 J.g/T°C


Poids en grammes de la pièce traversant l’inducteur pendant une seconde :

Section x longueur du déplacement en 1 seconde x masse volumique de la matière

=  7,6(cm²) x 16,67(cm) x 7,9(g/cm³) (fer) = 1000 grammes environs

Température à atteindre = 120°C



Raisonnement et exemple de calcul pour chauffer 1000 grammes de fer au défilé pour traitement thermique.

La longueur de l’inducteur est de 16,67 cm, comme les 1000 grammes de fer ont cette longueur, cela signifie que dans l’inducteur il y a en permanence une masse de 1000 grammes à chauffer.

On en conclut que : 1000g  x  Delta T°C (120°C à atteindre –  20T°C ambiant) x 0.47(J.g/T°C) = 47000 Joules sont donc nécessaires, soit en Watts : 47000 joules / 1seconde = 47000 Watts.

Maintenant si on réduit la vitesse de défilement de 10 m/mn à 5 m/mn soit 8,33 cm/sec.

La nouvelle puissance sera de : 47000 Joules / 2 sec. = 26500 Watts puisque l’on ne déplacera plus 1000 grammes en 1 seconde dans l’inducteur mais 1000 grammes en 2 secondes.

Rappel de la formule utilisée (chauffage par induction):

Q(Joules) = P(grammes) x C(Joules/gramme.t°C) x ∆t°C .

P(Watts) = Q(Joules) : T(en secondes).


mercredi 21 octobre 2015

Trempe induction



Traitement thermique en périmètre d'un disque




Cliquez sur "traitement thermique" ci-dessous pour activer la vidéo
 

Cette vidéo nous montre comment assurer un traitement thermique à partir d'un générateur à induction de la société allemande Himmelwerk.

Ce traitement thermique est réalisé grâce à la rotation du disque dont l'extérieur est soumis à un champ magnétique avec un inducteur conçu et adapté par le fabricant de générateurs par induction Himmelwerk.

Pour consulter cette vidéo, il vous suffit de cliquer sur le lien ci-dessus "traitement thermique".

 D'autres applications sont possibles comme par exemple le marquage au défilé de ruban passant sous le disque ci-dessus.
On peut aussi assurer une impression à chaud au défilé sur des matières se déplaçant sous le disque.

Pour d'autres informations sur le chauffage par induction vous pouvez consulter le site spécialisé en cliquant sur le lien de cette phrase soit "chauffage par induction".
















mardi 13 octobre 2015

Puissance pour induction - www.himmel-france.com

Calorimétrie N°4
Calcul théorique de la puissance pour machine induction


Un cas concret 


Nous souhaitons élever la température de 100 grammes de fer d’une température ambiante de 20°C à une température de brasage avec apport de pâte à braser dont le point de fusion se situe à 620°C. Ii faut atteindre ces 620°C en un temps T de 10 secondes.

a/Quelle est l’énergie nécessaire en Joules pour remplir cette fonction ?

b/Quelle est la puissance en Watts à utiliser pour respecter les données ci-dessus ?

On peut réaliser cette opération grâce à la chauffe induction et nous allons déterminer la puissance d’un générateur induction à utiliser.

Tout d’abord nous devons calculer le nombre de Joules nécessaires pour répondre au problème du point a/ en utilisant la formule :

 Q(Joules) = P(grammes) x C(Joules/gramme.t°C) x ∆t°C = 100 x 0.470 x (620-20)= 28200 Joules.

Maintenant il est possible de trouver la puissance demandée au point b/ en appliquant la formule :

 Q(Joules) = P(Watts) x T(en secondes) donc  P(Watts) = Q(Joules) : T(en secondes).

P(Watts) = 28200 : 1 = 28200 Watts pour chauffer en 1 seconde à 620°C une masse de 100 grammes de fer. 

Pour chauffer maintenant en 10 secondes donc 10 fois moins vite il faudra :

P(Watts) = 28200 : 10 = 2820 Watts.

Et en 100 secondes : P(Watts) = 28200 : 100 = 282 Watts.

Remarque très importante

Si la puissance est une fonction du temps, la quantité d’énergie nécessaire pour répondre au problème posé ci-dessus reste inchangée et constante.

Par contre il est très intéressant de jouer sur le temps pour utiliser des machines induction de puissance moindre que les fabricants de générateurs induction proposent. En effet il va de soi qu’un générateur à induction de 282 Watts sera meilleur marché qu’une machine à induction de 2820 Watts.

Plus les contraintes du facteur temps sont négociables dans l’allongement, alors plus la puissance diminue. Dans ce cas le facteur économique peut devenir prépondérant. 

Toute cette partie calcul et théorie a été particulièrement très détaillée afin de rendre compréhensible un point très important, soit la calorimétrie adaptée à l’induction.

Mais nous avons considéré cette étude pour une situation parfaite, soit avec des rendements de 100%, ce qui n’est absolument pas le cas pour un chauffage par induction.

Maintenant reste à proposer une solution à partir de cette étude théorique qui fournit des résultats sans tenir compte des pertes de rendement, afin de transposer ces calculs dans une situation pratique et industrielle.

Cela fera partie d’une prochaine étude.

jeudi 8 octobre 2015

Traitement thermique et puissance des machines à induction

Calorimétrie N°3

Calcul de puissance pour machine induction


Nous allons exploiter la formule ci-dessous pour continuer notre étude progressive et très détaillées pour le traitement thermique ou tout autre chauffage.

Q = P x C x ∆t°C

Expliquons cette formule :

Q = une énergie en Joules, soit une puissance en Watts multipliée par un temps T en secondes

P = le poids en grammes de la pièce à chauffer

C = la chaleur massique de la pièce à chauffer exprimée en Joules/gramme.t°C 
       Rappel : pour le fer, il faut 0,470 Joule pour élever 1 gramme de fer de 1°C

t°C  (delta t°C) = température en C° à atteindre en partant de la température de départ du corps.

Exemple : température de départ d’un gramme de fer = 10°C, température à obtenir = 510°C.

Calculons le  t°C, soit 510°C – 10°C = 500°C

Calculons l’énergie en Joules nécessaire pour élever de 500°C en 1 seconde 1 gramme de fer.

Q = P x C x  ∆t°C = (P)1 gramme x (C)0,470 Joules/gramme.C° x (t°C)500°C = 1 x 0,470 x 500 = 235 Joules.

Il est primordial de bien comprendre que la notion de temps soit une durée de n secondes est le temps pendant lequel une énergie de 235 Joules sera injectée à notre  1 gramme de fer pour une élévation de 1°C par n secondes.

Par contre la notion de puissance est bien différente, car plus le temps sera long pour injecter cette quantité d’énergie de 235 Joules, moins il faudra de puissance en effet la formule ci-dessous le confirme.

Q(Joules) = P(Watts) x T(en secondes) donc P(Watts) = Q(Joules) : T(en secondes)

La quantité d’énergie en Joules à injecter dans une matière quelconque dont le poids est connu pour l'élever à une T°C connue ne varie pas.

Dans l'exemple : Ci-dessus on demande une énergie de 235 Joules qui peut être injectée en 1, 2, 10, 30 ou 80 secondes….etc. Ce chiffre de 235 est donc bien constant, seul la puissance variera.

On peut comparer cet exemple à un récipient qui a une contenance de 2 litres, on peut très bien mettre 1, 5, 100 ou 1000 secondes pour remplir ce récipient mais on mettra toujours 2 litres d’eau, seul le débit en litre/minute variera.

 Nous étudierons lors du prochain article un cas concret qui mettra en application ce qui a été étudié précédemment pour une soudure par induction par exemple.

Traitement thermique

Four à induction


Exemple de machine induction compact pour la fonte de tous les métaux.
La société Himmelwerk Induction propose des systèmes clés en mains pour la fonte des métaux dans des creusets de tailles différentes selon applications. 
Un générateur pour traitement thermique est intégré dans un rack sur lequel un creusets destiné à recevoir les métaux à fondre est intégré. 
La photo est très explicite à ce niveau et l'ensemble complet générateur et creuset permettent d'effectuer la fusion de tous les métaux allant de l'or, en passant par l'acier, les cuivreux, titane ....etc.


L'efficacité des générateurs à induction de la firme Himmelwerk ne sont plus à démontrer à ce jour. Une expérience d'une soixantaine d'années dans le domaine de l'induction représente une notoriété incontestable.

samedi 3 octobre 2015

Puissance induite et énergie

Calorimétrie N°2

Energie, puissance, induction

Explication fondamentale

La relation entre une puissance exprimée en Watts et une énergie exprimée en Joules dépend aussi du facteur temps exprimé en secondes.

 La quantité de Joules (Q) est une puissance (P) exprimée en Watts et multipliée par un temps (T) en secondes.

On retiendra la formule suivante :

Q(en Joules) = P(en Watts) x T(en secondes)

Donc

P(en Watts) = Q(en Joules) : T(en secondes)

Dans notre exemple ci-dessus pour l’eau, il faut fournir 4,186 Joules ou 1 Calorie pendant un temps de 1 seconde pour élever de 1°C un poids de 1g d’eau.

La Calorie est une ancienne mesure qui a été remplacée par le Joule.

Je rappelle que 1 Calorie = 4,186 Joules

La puissance utile transmise de la source capable de produire une puissance en Watts est de :

 P(en Watts) = Q(en Joules) : T(en secondes) 

 soit  

 P(Watts) = 4,186(Joules) : 1(seconde) = 4,186 Watts.

Si maintenant je souhaite élever cette température toujours de 1°C mais pour un litre d’eau soit un poids de 1 Kg en un temps de 1 seconde, la puissance à fournir sera de 1000 fois supérieure :

P = 4,186 x 1000 = 4186 Watts.

Il faudra déjà utiliser une source de puissance non négligeable, comme un générateur pour le chauffage par induction par exemple. 

Applications aux métaux

Prenons un autre cas concret se rapportant à un métal, soit le fer en l’occurrence.

La masse calorifique du fer est de 0,470 Joule/Gramme.°C, ce qui signifie que pour élever de 1°C en un temps de 1 seconde un poids de 1 gramme de fer, il faudra injecter à ce gramme de fer une énergie de 0,470 Joule durant 1 seconde.

Si la masse poids du fer est maintenant de 1Kg, soit 1000 grammes, alors pour élever de 1°C en un temps de 1 seconde un poids de 1Kg de fer, il faudra injecter à ce Kg de fer une énergie de 0,470 Joule x 1000 durant 1 seconde, soit une énergie de 470 Joules.

Maintenant calculons la puissance nécessaire pour fournir cette énergie de 470 Joules.

Je rappelle la formule à utiliser:

P(en Watts) = Q(en Joules) : T(en secondes)

soit 

P(Watts) = 470(Joules) : 1(seconde) = 470 Watts.

Supposons maintenant que l’on souhaite augmenter la température de notre 1Kg de fer de 10°C en une seconde.

La puissance nécessaire sera de:


P(Watts) = 470(Joules) : 1(seconde) x 10°C = 4700 Watts.

En d’autres termes, si j’ai un bloc de 1Kg de fer à 20°C et je souhaite que sa nouvelle température atteigne 30°C en un temps de 1seconde, il me faudra donc une puissance de 4700 Watts.

Un autre cas par exemple, j’ai un brasage par induction à réaliser avec de la brasure étain et la température à atteindre est de 200°C.

Si le bloc de 1 Kg de fer est à 20°C, pour passer à 200°C, il est nécessaire d’augmenter la température de 200°C – 20°C = 180°C. Et si j’exige que cette température soit obtenue en 1 seconde, alors la puissance à injecter sera de:

P(Watts) = 470(Joules) : 1(seconde) x 180°C = 84600 Watts.

Nous constatons que cette puissance devient très importante et nous verrons comment adapter cette application de manière utilisable plus facilement.

samedi 26 septembre 2015

Calorimétrie et traitement thermique

Calorimétrie N°1

Les applications de la calorimétrie 

Principe de base

Chaleur Massique C d’un corps

Définition :
La chaleur massique (désignée en général par la lettre majuscule C) d’un corps est la quantité d’énergie nécessaire à injecter à ce corps pour élever de 1C° une masse de 1Kg de ce corps.

La chaleur massique d’un corps s’exprime en Joules/kg.°C ou Joules/gramme.°C

Exemple : j’ai une quantité de 1 litre d’eau, soit 1 kg, la température de cette eau est à 20C°.

Je souhaite élever cette température de l’eau de 1C°, soit à une température de 21°C en 1 seconde.

La chaleur massique pour l’eau est de 4186 : cela signifie que pour augmenter de 1°C un poids de 1kg d’eau en un temps de 1 seconde, il faudra injecter une quantité d’énergie de 4186 Joules à 1kg d’eau ou à 1 litre d’eau pendant 1 seconde.
La suite ci-dessous trouve des applications comme par exemple dans le traitement thermique........etc.
La chaleur massique varie bien entendu d’un corps à l’autre, soit  pour le fer 472(J/kg/°C).

En tenant le même raisonnement que ci-dessus, on s’aperçoit que pour élever de 1°C un poids de 1kg de fer, en un temps de 1 seconde, il faudra injecter à ce kg de fer, une énergie de 470 Joules durant 1 seconde.

On remarque qu’il faudra environ 9 fois moins d’énergie pour élever de 1°C un poids de 1kg de fer en un temps de 1 seconde.


Les machines induction sont capables de délivrer cette énergie. 



Tableau des chaleurs massiques de quelques matériaux ci-dessous


Solide
(à 25º C)
Chaleur massique
(J/(g ·ºC))
Magnésium
0,98
Aluminium
0,90
Quartz
0,790
Verre
0,782
Fer
0,472
Zinc
0,39
Cuivre
0,397
Argent
0,234
Mercure
0,14
Or
0,134
Plomb
0,130


On peut aussi trouver une ancienne unité de mesure qui est la calorie.

A titre d’exemple il faut une calorie pour élever de 1°C un poids de 1 gramme d’eau. 

La correspondance entre Calorie et Joules est la suivante :


1 calorie = 4,186 Joules