jeudi 19 novembre 2015
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
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 inductionUn 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.
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
mardi 28 octobre 2014
L'induction pratique
Plaque à induction et gazinière
Différence fondamentale entre ces deux procédés de chauffage
Rappel des conditions de l'expérience :
- 1 litre d’eau à chauffer
- Casserole de 17.5 cm de diamètre non couverte lors du chauffage
- Puissance de 2,2 kW pour la plaque à induction et même puissance pour la gazinière
- Diamètre de la plaque à induction : s’adapte à la taille de la casserole
- Diamètre brûleur gazinière : 10 cm
Avec le graphique, on voit clairement qu’on atteint plus vite 90°C avec une plaque à induction qu’avec une gazinière.
- Evolution de la température :
En effet, il faut 4 minutes et 40 secondes avec une plaque à induction pour porter 1 litre d'eau à 90° tandis qu’il faut 5 minutes et 45 secondes avec la gazinière.
Cela fait une différence d’environ 1 minute.
Finalement cette expérience met en évidence les économies que l’on peut effectuer avec une plaque à induction.
On peut ainsi s’interroger sur l’origine de cet écart conséquent !
Voici une partie de l'explication ci-dessous.
- Etude à l’aide d’une caméra thermique
1/ Plaque à induction.
2/ Gazinière
Conclusion :
La capacité d’adaptation de la plaque à induction par rapport à la surface à chauffer est bien supérieure à celle de la gazinière.
Différence fondamentale entre ces deux procédés de chauffage
Rappel des conditions de l'expérience :
- 1 litre d’eau à chauffer
- Casserole de 17.5 cm de diamètre non couverte lors du chauffage
- Puissance de 2,2 kW pour la plaque à induction et même puissance pour la gazinière
- Diamètre de la plaque à induction : s’adapte à la taille de la casserole
- Diamètre brûleur gazinière : 10 cm
Avec le graphique, on voit clairement qu’on atteint plus vite 90°C avec une plaque à induction qu’avec une gazinière.
- Evolution de la température :
En effet, il faut 4 minutes et 40 secondes avec une plaque à induction pour porter 1 litre d'eau à 90° tandis qu’il faut 5 minutes et 45 secondes avec la gazinière.
Cela fait une différence d’environ 1 minute.
Finalement cette expérience met en évidence les économies que l’on peut effectuer avec une plaque à induction.
On peut ainsi s’interroger sur l’origine de cet écart conséquent !
Voici une partie de l'explication ci-dessous.
- Etude à l’aide d’une caméra thermique
1/ Plaque à induction.
2/ Gazinière
Conclusion :
La capacité d’adaptation de la plaque à induction par rapport à la surface à chauffer est bien supérieure à celle de la gazinière.
Inscription à :
Articles (Atom)