Base de connaissances
Un radiateur ou un aéroréfrigérant se vend selon sa puissance de refroidissement en kilowatts, et ce chiffre est le plus mal lu du métier, car il ne veut rien dire sans les conditions pour lesquelles il a été calculé. Ce guide explique l'arithmétique qui le sous-tend - le bilan thermique côté liquide, côté air et à travers la batterie - et les trois ou quatre valeurs qui doivent accompagner une puissance pour qu'elle soit comparable.
Côté liquide : débit, chaleur massique, écart de température
La chaleur cédée par un liquide est son débit massique multiplié par sa chaleur massique et par la baisse de température. Pour l'eau, cela fait à peu près 1,16 kW par mètre cube par heure refroidi d'un kelvin : un débit de 100 m³/h refroidi de 90 à 82 °C évacue environ 930 kW. Un mélange glycolé a une chaleur massique plus faible et une masse volumique plus élevée ; à 50 % d'éthylène glycol, la valeur est d'environ 1,0 kW par m³/h et par kelvin, si bien que le même débit et les mêmes températures évacuent environ 15 % de chaleur en moins - ou, inversement, la même chaleur demande un écart de température plus grand ou plus de débit.
La fiche technique du moteur fixe deux des trois : le débit et la chaleur. L'écart de température en découle, et le radiateur doit le fournir à la température d'entrée indiquée.
Côté air : débit massique et élévation de température
La même chaleur arrive dans l'air : débit massique d'air multiplié par sa chaleur massique et par son élévation de température. L'air emporte environ 0,34 W par mètre cube par heure et par kelvin au niveau de la mer et à 20 °C, moins lorsqu'il est chaud ou raréfié ; évacuer 930 kW avec une élévation de température de l'air de 15 K demande environ 180 000 m³/h. C'est pourquoi les radiateurs sont grands et pourquoi l'altitude - 10 % de masse volumique en moins par 1 000 m - et l'ambiance de dimensionnement changent le débit d'air que les ventilateurs doivent fournir.
À travers la batterie : approche et écart initial de température
La batterie transfère la chaleur du liquide à l'air par sa surface, sous l'effet de l'écart de température entre les deux. Deux valeurs décrivent la difficulté. L'écart initial de température (ITD) est l'entrée du liquide moins l'entrée de l'air : un liquide à 90 °C avec une ambiance de 40 °C donne 50 K, le même liquide avec une ambiance de 50 °C donne 40 K - un cinquième de force motrice en moins et, à peu près, un cinquième de surface en plus pour la même chaleur. L'approche est la sortie du liquide moins l'entrée de l'air : plus elle est petite, plus la batterie est grande, et un aéroréfrigérant ne peut pas la ramener à zéro.
Pour une batterie donnée, la puissance est proche d'être proportionnelle à l'ITD, ce qui est le moyen le plus rapide de voir l'effet d'un changement d'ambiance : une unité donnée pour 500 kW à une ambiance de 40 °C avec un liquide à 90 °C a environ 400 kW à 50 °C.
Pourquoi une puissance a besoin de ses conditions
Le même radiateur est une unité de 500 kW à un jeu de conditions et une unité de 400 kW à un autre. Une puissance n'est donc complète qu'avec les températures d'entrée et de sortie du liquide, le débit, le pourcentage de glycol, la température d'entrée de l'air et l'altitude - et, pour des comparaisons exactes, la base d'humidité. Deux offres ne se comparent qu'après avoir été ramenées aux mêmes conditions ; une offre moins chère à une ambiance plus basse est une offre pour un autre site. TECS imprime chacune de ces conditions sur la fiche technique à côté de la puissance requise et de la puissance calculée, afin que le chiffre puisse être vérifié par quiconque a la fiche technique du moteur en main.
En bref
- Eau : environ 1,16 kW par m³/h et par kelvin ; glycol à 50 % environ 1,0
- Air : environ 0,34 W par m³/h et par kelvin au niveau de la mer et à 20 °C
- L'ITD entraîne la batterie ; une ambiance plus chaude signifie moins d'ITD et plus de surface
- L'approche est la limite qu'un aéroréfrigérant ne peut pas franchir
- Une puissance n'est complète qu'avec ses températures, son débit, son glycol, son ambiance et son altitude
- TECS les indique toutes sur la fiche technique à côté de la puissance requise et calculée
Ce qu'il faut joindre à votre demande
- Chaleur à évacuer, ou débit et températures qui la définissent
- Liquide : eau ou mélange glycolé et pourcentage
- Température d'air d'entrée de dimensionnement et altitude
- Température de sortie du liquide requise ou approche admise
- Limite de perte de charge côté liquide
- Site, limite de bruit et encombrement, pour l'étude qui suit
Les questions qu'on nous pose souvent
Comment convertir des kW en kcal/h ou en BTU/h ?
1 kW = 860 kcal/h = 3 412 BTU/h. Les fiches techniques de moteurs de différents constructeurs utilisent les trois ; le calcul du radiateur utilise le kW.
Pourquoi mon radiateur de 500 kW n'évacue-t-il que 420 kW ?
Vérifiez les conditions : une ambiance plus chaude que prévu, une entrée de liquide plus basse, plus de glycol, une batterie encrassée ou une altitude absente de la demande prélèvent chacune une part. La fiche technique indique pour quoi 500 kW a été calculé.
Peut-on augmenter la puissance avec plus de débit ?
Plus de débit à la même température d'entrée augmente un peu la puissance et beaucoup la perte de charge ; les limites de débit et de perte de charge du motoriste la bornent. Plus de surface ou plus d'air est la voie habituelle.
Quelle est une bonne approche pour un aéroréfrigérant ?
Cinq à dix kelvins sont habituels pour les radiateurs de moteurs, où le liquide est chaud ; des approches plus petites sont possibles, mais chaque kelvin coûte de la surface. Au-dessous d'environ trois kelvins, l'unité devient très grande.
L'humidité compte-t-elle dans la puissance ?
L'air humide est un peu plus léger et transporte de la vapeur qui est chauffée elle aussi ; les effets sont de quelques pour cent sur un site chaud et humide. La fiche technique indique la base pour que les chiffres soient comparables.
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