ÉTUDE HYDRAULIQUE

Calcul de la puissance thermique à dissiper

Calcul de la Puissance Thermique à Dissiper par un Refroidisseur

Calcul de la puissance thermique à dissiper par un refroidisseur

Comprendre la Génération de Chaleur en Oléohydraulique

Aucun système hydraulique n'est parfait. Chaque composant (pompe, distributeurs, limiteurs de pression, moteurs...) présente des inefficacités (frottements mécaniques, pertes de charge, fuites internes) qui transforment une partie de la puissance d'entrée en chaleur. Cette puissance thermique, si elle n'est pas évacuée, fait monter la température de l'huile, ce qui dégrade ses propriétés (baisse de la viscosité), endommage les joints et réduit la durée de vie des composants. Le dimensionnement correct d'un refroidisseur est donc essentiel pour maintenir le système dans une plage de température de fonctionnement stable et optimale.

Données de l'étude

On veut dimensionner un refroidisseur pour une centrale hydraulique fonctionnant en continu.

Caractéristiques du système :

  • Puissance du moteur électrique d'entraînement (\(P_{\text{moteur}}\)) : \(15 \, \text{kW}\)
  • Rendement global estimé du système hydraulique (\(\eta_{\text{global}}\)) : \(70\%\)
  • Capacité de dissipation thermique naturelle du réservoir et des tuyauteries (\(P_{\text{nat}}\)) : \(2.0 \, \text{kW}\)
  • Température maximale souhaitée de l'huile (\(T_{\text{huile}}\)) : \(55^\circ\text{C}\)
  • Température ambiante maximale (\(T_{\text{amb}}\)) : \(35^\circ\text{C}\)
Schéma de Principe d'une Centrale avec Refroidisseur
Réservoir Pompe Utilisation Refroidisseur Chaleur

Circuit hydraulique avec un refroidisseur sur la ligne de retour.

Questions à traiter

  1. Calculer la puissance totale perdue (\(P_{\text{pertes}}\)) dans le système, convertie en chaleur.
  2. Déterminer la puissance thermique que le refroidisseur doit dissiper (\(P_{\text{refroidisseur}}\)).
  3. Calculer le pouvoir de refroidissement spécifique (\(P_{\text{spec}}\)) requis pour le refroidisseur, en W/°C.
  4. À partir d'un catalogue, vous trouvez des refroidisseurs avec les pouvoirs de refroidissement suivants : 200 W/°C, 300 W/°C, 400 W/°C. Lequel choisiriez-vous et pourquoi ?

Correction : Dimensionnement d'un Refroidisseur

Question 1 : Puissance Totale Perdue (\(P_{\text{pertes}}\))

Principe :

La puissance perdue dans un système est la différence entre la puissance fournie en entrée (par le moteur électrique) et la puissance utile en sortie. Cette différence est convertie en chaleur. Le rendement global représente le ratio de la puissance utile sur la puissance d'entrée.

Formule(s) utilisée(s) :
\[P_{\text{pertes}} = P_{\text{moteur}} \times (1 - \eta_{\text{global}})\]
Calcul :
\[ \begin{aligned} P_{\text{pertes}} &= 15 \, \text{kW} \times (1 - 0.70) \\ &= 15 \, \text{kW} \times 0.30 \\ &= 4.5 \, \text{kW} \end{aligned} \]
Résultat Question 1 : La puissance totale convertie en chaleur est de \(4.5 \, \text{kW}\).

Question 2 : Puissance à Dissiper par le Refroidisseur (\(P_{\text{refroidisseur}}\))

Principe :

Le système dissipe naturellement une partie de la chaleur générée à travers la surface du réservoir et des tuyauteries. Le refroidisseur n'a besoin d'évacuer que le surplus de chaleur pour maintenir l'équilibre thermique.

Formule(s) utilisée(s) :
\[P_{\text{refroidisseur}} = P_{\text{pertes}} - P_{\text{nat}}\]
Calcul :
\[ \begin{aligned} P_{\text{refroidisseur}} &= 4.5 \, \text{kW} - 2.0 \, \text{kW} \\ &= 2.5 \, \text{kW} \end{aligned} \]
Résultat Question 2 : Le refroidisseur doit être capable de dissiper une puissance de \(2.5 \, \text{kW}\).

Question 3 : Pouvoir de Refroidissement Spécifique Requis (\(P_{\text{spec}}\))

Principe :

Le pouvoir de refroidissement spécifique est la caractéristique clé d'un refroidisseur. Il indique combien de watts de chaleur le refroidisseur peut évacuer pour chaque degré Celsius de différence de température entre le fluide chaud (l'huile) et le fluide froid (l'air ambiant).

Formule(s) utilisée(s) :
\[P_{\text{spec}} = \frac{P_{\text{refroidisseur}}}{T_{\text{huile}} - T_{\text{amb}}}\]
Calcul :

On convertit d'abord la puissance en Watts : \(2.5 \, \text{kW} = 2500 \, \text{W}\).

\[ \begin{aligned} P_{\text{spec}} &= \frac{2500 \, \text{W}}{55^\circ\text{C} - 35^\circ\text{C}} \\ &= \frac{2500 \, \text{W}}{20^\circ\text{C}} \\ &= 125 \, \text{W/}^\circ\text{C} \end{aligned} \]
Résultat Question 3 : Le refroidisseur doit avoir un pouvoir de refroidissement spécifique d'au moins \(125 \, \text{W/}^\circ\text{C}\).

Question 4 : Choix du Refroidisseur Commercial

Principe :

Comme pour tout composant, on doit choisir un modèle standard dans le catalogue d'un fabricant. On sélectionne le modèle dont la capacité est immédiatement supérieure ou égale au besoin calculé, afin d'avoir une marge de sécurité et de garantir les performances même dans les pires conditions.

Analyse :

Le besoin calculé est de \(125 \, \text{W/}^\circ\text{C}\).

Les modèles disponibles sont : 200 W/°C, 300 W/°C, 400 W/°C.

On doit choisir la première valeur de cette liste qui est supérieure ou égale à 125 W/°C. Le modèle de 200 W/°C est le premier à satisfaire cette condition.

Résultat Question 4 : On choisira le refroidisseur standard de 200 W/°C. Il offre une marge de sécurité confortable par rapport au besoin calculé.

Quiz Rapide : Testez vos connaissances (Récapitulatif)

1. La principale source de chaleur dans un circuit hydraulique est :

2. Si le rendement global d'un système passe de 80% à 70%, la quantité de chaleur à dissiper :

3. Le "pouvoir de refroidissement spécifique" (en W/°C) d'un refroidisseur représente :

Glossaire

Oléohydraulique (Hydraulique de Puissance)
Branche de l'ingénierie qui utilise des liquides sous pression (généralement de l'huile) pour transmettre de la puissance et commander des mouvements.
Rendement (\(\eta\))
Rapport entre la puissance utile fournie par un système et la puissance totale absorbée. La différence (\(1-\eta\)) représente la part de puissance perdue, principalement sous forme de chaleur.
Puissance Thermique (\(P_{\text{th}}\))
Quantité d'énergie thermique (chaleur) générée ou dissipée par unité de temps, mesurée en Watts (W) ou kilowatts (kW).
Refroidisseur (Cooler)
Échangeur de chaleur conçu pour transférer la chaleur du fluide hydraulique vers un autre milieu (généralement l'air ambiant ou l'eau) afin de maintenir la température du système sous contrôle.
Perte de Charge (\(\Delta P\))
Différence de pression mesurée entre l'entrée et la sortie d'un composant hydraulique. Chaque perte de charge dans un circuit contribue à la génération de chaleur.
Oléohydraulique - Exercice d'Application

D’autres exercices d’oléohydraulique:

0 commentaires
Soumettre un commentaire

Votre adresse e-mail ne sera pas publiée. Les champs obligatoires sont indiqués avec *