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Exemple de calcul d’un moule

Exemple de calcul définissant la puissance à installer pour chauffer un moule en acier.

Objectif : Une presse à compression avec un moule en acier trempé est utilisée pour former des pièces plastiques.

  • La quantité de plastique inséré dans le moule est de 50g à température ambiante.
  • La cadence est de 30 pièces par heure.
  • Les dimensions externes du moule sont : 150 x 250 x 150 mm.
  • Le moule est placé entre 2 plateaux de presse de dimensions : 250 x 400 x 50 mm chacun.
  • Les plateaux sont isolés de la presse au moyen d’une plaque isolante rigide de 15 mm d’épaisseur.
  • Le moule doit être préchauffé à 200° C en 45 mn tout en étant fermé.
  • La température ambiante est de 20° C.

 

Puissance nécessaire pour la mise en température du moule et des plateaux en 45 mn

 = 3711 W

où :

M = masse du moule et des plateaux en kg
M = volume en dm3 x densité
M = [(1,5 x 2,5 x 1,5) + 2 x (2,5 x 4 x 0,5)] x 7,87
M = 122,9 kg

Cp = chaleur spécifique de l’acier
0,11 kcal/kg.K
 = élévation de température
= 200 – 20 = 180°C

0,86 = coeff.de conversion kcal/h en Watt
ts = temps de mise en route = 0,75 heure

Puissance nécessaire pour le chauffage du plastique durant la phase de travail

2 = 94 W

où :

M = masse de plastique en kg
M = 0,050 kg

Cp = chaleur spécifique du plastique (polycarbonate)
Cp = 0,3 kcal/kg.K
 = 180°C
ts = temps de cycle d’une pièce
ts = 1/30 = 0,0333 heure

Puissance nécessaire pour compenser les pertes de chaleur à la surface des plateaux, du moule et vers le bâti de la presse

Ces pertes sont par :

  • conduction
  • convection
  • rayonnement

Pertes par conduction aux travers des surfaces isolées des plateaux

où :

= coefficient de conduction de l’isolant rigide
= 0,65 W/m.K

= épaisseur de l’isolant
= 0,015 m

= surface totale isolée (plateaux sup. et inf.)
= (0,25 x 0,4) x 2
= 0,2 m²

= 180°C

Pertes par convection des surfaces latérales du moule et des plateaux

où :

h.  = puissance dissipée par m² sur la surface métallique verticale multipliée par le DT (180°C).
h.  = 900W/m²

= surfaces verticale des plateaux et moule
= (0,15 + 0,25) x 2 x 0,15 + (0,25 + 0,4) x 2 x 0,05 x2
= 0,25 m²

Pertes par convection du dessous du plateau supérieur

où :

h.  = 850W/m²

= (0,25 x 0,4) – (0,15 x 0,25)
= 0,0625 m²

Pertes par convection du dessus du plateau inférieur

où :

h.  = 1650W/m²

= 0,0625 m²

Pertes par rayonnement de toutes les surfaces du moule et des plateaux

où:

= coeff. d’émission de l’acier trempé légèrement oxydé
= 0,7

= constante de Stefan-Boltzmann
= 5,675 . 10-8 W/m².K4


= Kelvin = degré Celsius + 273

= Température des plateaux et moule en K
= 200 + 273
= 473 K

= surface total du moule et des plateaux rayonnants
= 0,375 m²

Total des pertes de chaleur par heures

Conduction a = 1560 W
Convection face latérale b = 225 W
Convection face dessous c = 53 W
Convection face dessus d = 103 W
Rayonnement e = 745 W

Total des pertes 3 = 2686 W

Détermination de la puissance à installer

Au démarrage

La puissance nécessaire au démarrage comprend :

– La puissance pour la mise en température du moule et des plateaux supérieur et inférieur. Cette puissance est d’autant plus importante que le temps de monté en température est court.

– La puissance pour compenser les pertes par conduction, convection et rayonnement. Lors de la mise en route, celle-ci est égale au 2/3 des pertes totales du régime permanent.

P = (1 + 2/3 3) 1,1

Avec : 1 = chaleur pour la mise en température
3 = total des pertes de chaleur
1,1 = coeff. de sécurité
P = (3711 + 2/3 x 2686) 1,1

Puissance au démarrage = 6052 W

Puissance de travail

La puissance de travail est égal à :
– La puissance pour chauffer le plastique
– La puissance pour compenser les pertes de chaleur.

P = (2 +3) 1,1

Avec :
2 = puissance pour chauffer le plastique
3 = puissance pour compenser les pertes de chaleur
1,1 = coeff. de sécurité
P = (94 + 2686) 1,1

Puissance de travail = 3058 W

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