Influence de la température de régulation du fourreau

Tableau II.14 : plan d’expérience pour l’influence de la température de régulation du fourreau Vitesse de rotation du galet bourreur 30 tr/min Expérience 1 : 20°C Vitesse de rotation de la vis 30 tr/min Expérience 2 : 60°C Température de régulation de la vis 60°C Expérience 3 : 120°C

II.3.4.1. Le débit

La Figure II.102 décrit l’évolution du débit en fonction de la température de régulation du fourreau. Nous pouvons voir que cette dernière n’a qu’une faible influence sur le débit, plus faible que celle de la température de la vis. Nous observons des valeurs qui varient entre 11.6 et 14.2 kg/h.

10 10,5 11 11,5 12 12,5 13 13,5 14 14,5

0 20 40 60 80 100 120 140

Température fourreau (°C)

Débit (kg/h)

Figure II.102 : Evolution du débit en fonction de la température de régulation du fourreau

II.3.4.2. La température

La Figure II.103 décrit l’évolution de la température en sortie de filière en fonction de la température de régulation du fourreau. D’un point de vue général, nous avons pu remarquer que les consignes de température sont respectées pour les températures de régulation du fourreau les plus importantes, 60 et 120 °C. En revanche pour 20 °C, nous voyons que la température des zones s’élève, puis stagne à des valeurs supérieures à la consigne.

La température matière va augmenter d’une soixantaine de degrés, lorsque la régulation passe de 20 à 120°C, soit entre 60 et 123 °C.

50 60 70 80 90 100 110 120 130

0 20 40 60 80 100 120 140

Température fourreau (°C)

Température en sortie de filière (°C)

Figure II.103 : Evolution de la température en sortie de filière de la température de

régulation du fourreau

Lorsque nous comparons les relevés des températures en fonction de la température de régulation du fourreau et de la vis (Figure II.104), nous voyons que la température de régulation du fourreau à une importance plus grande sur la température matière. De plus à 60 °C, les courbes se croisent, ce qui prouve encore la reproductibilité des expériences.

50 60 70 80 90 100 110 120 130

0 20 40 60 80 100 120 140

Température de régulation (°C)

Température en sortie de filière (°C)

Régulation du fourreau Régulation de la vis

Figure II.104 : Relevé des températures de sortie en fonction de la température de régulation du fourreau et de celle de la vis

Il est possible d’expliquer ces résultats : la régulation de la vis s’effectue par une sonde disposée dans l’eau de régulation tandis que la sonde qui régule la température du fourreau est placée à même ce dernier. Ainsi la matière est beaucoup plus affectée dans ce dernier cas, puisqu’elle est directement en contact avec la zone régulée. En effet la régulation n’est pas faite directement sur la vis, mais sur le fluide en son cœur. Les transferts de chaleur sont donc diminués, et l’influence de la régulation nettement estompée. Enfin, les surfaces d’échange entre la matière et la vis d’une part et la matière et le fourreau d’autre part ne sont pas identiques.

II.3.4.3. Les pressions

La Figure II.105 décrit l’évolution de la pression en fonction de la température de régulation du fourreau. Quelle que soit la température, nous obtenons le même type de profil de pression (en cloche).

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220

0 200 400 600 800 1000

Longueur de la vis (mm)

Pression (bar)

Température fourreau : 20°C Température fourreau : 60°C Température fourreau :120°C

Figure II.105 : Evolution du profil de pression en fonction de la température de régulation du fourreau

Nous observons pour la première fois un effet très net sur la pression en tête : nous passons de 50 bar pour une régulation à 120°C, à 138 bar pour 20°C. Dans la zone de pompage, nous avons une perte de charge de 90 bar pour une température fourreau de 120 °C et de 57 bar pour une température de 20°C.

Justifions ces observations par des calculs d’ordre de grandeur :

Pour une température de régulation de 20°C, nous avons un débit de 11.6 kg/h et une température en sortie de filière de 60 °C : nous obtenons une perte de charge de 135.8 bar. De même, pour une température de régulation de 120°C, nous avons un débit de 14.2 kg/h et une température en sortie de filière de 123 °C : nous obtenons une perte de charge de 96.7 bar. Enfin, pour une régulation de 60°, la perte de charge est de 121.6 bar. Dans la filière, nous trouvons donc des résultats proche de ceux expérimentaux, excepté peut être pour la régulation à 120°C ou nous surestimons un peu la pression réelle.

Dans la zone de pompage, le débit de cisaillement est constant. Or le débit global augmente légèrement avec la température de régulation. Le débit de pression augmente donc avec la température, mais comme le débit fait intervenir à la fois la perte de charge et la viscosité, l’interprétation est plus délicate.

Il apparaît en revanche que le gradient de pression augmente avec la température de régulation dans la zone de pompage, alors qu’il diminuait dans la filière.

II.3.4.4. La puissance et l’énergie spécifique

La puissance diminue en fonction de la température de régulation du fourreau (Figure II.106).

Comme précédemment, c’est la diminution de la viscosité, due à l’augmentation de la température qui explique cette diminution de puissance de 3 à 2 kW.

La Figure II.107, montre l’évolution de la SME en fonction de la température de régulation du fourreau. Le débit étant constant l’allure de la courbe est identique à celle de la puissance.

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5

0 20 40 60 80 100 120 140

Température fourreau (°C)

Puissance (kW)

0 50 100 150 200 250 300

0 20 40 60 80 100 120 140

Température fourreau (°C)

SME (kW.h/t)

Figure II.106 : Evolution de la puissance en fonction de la température de régulation du

fourreau

Figure II.107 : Evolution de l’énergie spécifique en fonction de la température de régulation du

fourreau

II.3.4.5.Conclusion

L’étude de l’influence de la température de régulation du fourreau nous a permis de mettre en avant les conclusions suivantes : la régulation du fourreau a une faible influence sur le débit, en effet ce dernier varie entre 11.6 et 14.2 kg/h quand la température de régulation du fourreau passe de 20° à 120°C. Nous observons une diminution de la perte de charge en filière et une augmentation dans la zone de pompage de la vis, avec l’augmentation de la température de régulation. La température de sortie augmente linéairement avec la température de régulation, la matière s’échauffe de 60°C quand la régulation augmente de 100 °C. Enfin, le débit étant quasiment constant, la courbe de la SME est identique à celle de la puissance et diminue avec l’augmentation de la température, de 1 kW pour 100 °C.