Successfully reported this slideshow.
We use your LinkedIn profile and activity data to personalize ads and to show you more relevant ads. You can change your ad preferences anytime.

La poêle parfaite

787 views

Published on

Choix des matériaux pour une poêle :
- Définition des différentes parties de la poêle à analyser
- Réalisation du cahier des charges (contraintes en fonction des composants)
- Calcul des indices de performance par la méthode Ashby
- Sélection des matériaux avec le logiciel CES Selector
- Comparaison des matériaux trouvés avec les matériaux utilisés dans l'industrie

Published in: Technology
  • Be the first to comment

  • Be the first to like this

La poêle parfaite

  1. 1. CHEN Shiyuan SM03 - DAUGUET Michel MT03 Projet de MQ05 : Choix des matériaux pour Une poêle parfaite 1 15 Juin 2012 Semestre Printemps 2012
  2. 2. Introduction • Pourquoi prendre ce sujet ? o Objet du quotidien qui soulève plusieurs problématiques o Des notions peu connues • Notre démarche : o o o o Analyse des notions requises Réalisation du cahier des charges Application de la méthode Ashby Comparaison des matériaux trouvés 2
  3. 3. Plan de soutenance • Le cahier des charges • 1. Le récipient • 2. Le revêtement • 3. Le manche 3
  4. 4. Le cahier des charges Contraintes Composants Grande série : Procédé simple Contact alimentaire Tenue aux hautes T°C (≈350°C) Fonction : Conducteur / Isolant Bon marché Praticité : Léger Résistance à un effort mécanique Compression / Flexion Résistance à la corrosion Antiadhésif Anti-abrasion Respect de l’environnement Compatibilité avec l’induction Le récipient 5 Le revêtement 5 Le manche 5 5 5 4 5 4 5 5 4 1 1 0 2 0 4 5 3 4 5 2 0 3 1 1 5 4 5 1 0 0 0 0 1 0 4
  5. 5. 1. Le récipient • Minimiser la distorsion thermique : o Objectif : Le matériau doit conduire la chaleur o Astreinte : Le matériau ne doit pas se déformer sous de hautes températures o On utilise la conduction pour une surface plane et l’équation du coefficient de dilatation thermique linéaire : Densité de flux thermique φ = - λ * (ΔT / e) Déformation thermique α = (1 / e) * (Δe / ΔT) P = εth / ΔT Idp = λ / α = - (φ * e) / εth 5
  6. 6. 1. Le récipient • Liste des étapes pour choisir le matériau du récipient : o Étape 1 : Conducteur de chaleur  λ ▲ o Étape 2 : Distorsion thermique  λ / α ▲ o Étape 3 : Résistance à la corrosion / T°C max d’utilisation (limite sous CES) o Étape 4 : Emmagasiner l’énergie thermique  Cp / Cm ▲ o Étape 5 : Résistance aux chocs thermiques  Re / (α*E) ▲ o Étape 6 : Dur sous hautes températures  (α * E) / HV ▼ o Étape 7 : Empreinte carbone  (CO2 / kg) / Cm ▼ 6
  7. 7. 7
  8. 8. 1. Le recipient Critères Matériaux Transmission de chaleur Procédé de fabrication Masse (g) Prix (euro) Résistance à la corrosion Contact alimentaire Alliage Cu Très bonne Alliage Al Excellente Acier inox Moyenne Coef. 4 Très malléable 798 - 1 833 1,96 - 4,5 Très bonne Très malléable 266 - 2 012 1,47 - 11,16 Bonne Moins malléable 1 036 - 1 682 2,18 - 3,53 Excellente 5 4 5 2 Incertain Des doutes Aucune étude 5 Compatibilité induction Respect de l’environnement Résistance à la rayure Nb de points par couleur Total des points Incompatible Mauvaise Bonne 1 Mauvais Moyen Bon 1 Bon 0 Mauvais 1 Moyen 2 3 x 33 36 31 8
  9. 9. 2. Le revêtement • Minimiser la tension de surface: o Objectif : Le matériau doit être le plus antiadhésif possible donc avoir la plus faible tension de surface o On utilise la notion de robustesse pour estimer l’énergie de surface: Robustesse : Vitesse critique de l’énergie de déformation G > 2 * A * Es Gc ≈ 2 * γs γs = A * Es Énergie de surface Ténacité KIC = (E * Gc) ½ Idp = E / KIC² = 1 / Gc ≈ 1 / (2 * γs) 9
  10. 10. 2. Le revêtement • Liste des étapes pour choisir le matériau du revêtement : o Étape 1 : Résistance à la corrosion / T °C max d’utilisation (limite sous CES) o Étape 2 : Antiadhésive  E / KIC² ▲ o Étape 3 : Anti-abrasif  HV ▲ o Étape 4 : Emmagasiner l’énergie thermique  Cp / Cm ▲ o Étape 5 : Dur sous hautes températures  (α * E) / HV ▼ o Étape 6 : Résistance à la compression  Re’ / E ▲ 10
  11. 11. 11
  12. 12. 2. Le revêtement Critères Matériaux PTFE Vitro céramique Très bonne Carbone vitreux Excellente Coef. Tenue aux hautes T°C Mauvaise Contact alimentaire Résistance à la compression Remis en cause 11,2 - 12,3 Excellente Excellente 5 70 - 200 150 - 300 2 Prix (euro) Résistance à la corrosion Respect de l’environnement 8,42 - 16 15,8 - 47,5 Excellente Excellente Recyclable + impactant 8,56 - 13 Excellente - impactant 1 5 1 Antiadhésif ( γs) Anti-abrasion (dureté HV) Procédé / mise en œuvre Nb de points par couleur 2 556 6,2 Simple 0 17 35,5 Complexe 1 97 67,5 Complexe 2 4 5 5 x Total des points 28 42 51 3 12
  13. 13. 3. Le manche • Maximiser la résistance à la flexion : o Objectif : Minimiser la masse o Astreinte : Le matériau doit résister à la flexion encastrée o On utilise l’expression de la flèche due à une flexion encastrée et celle de la masse : Moment quadratique Flèche δ = (F * L3) / (3 * E * I) I = (b * h * h²) / 12 m=ρ*L*h*b δ = (4 * ρ * L4 * F) / (E * m * h²) Idp = ρ / E = (m * h² * δ) / (4 * F * L4) 13
  14. 14. 3. Le manche • Liste des étapes pour choisir le matériau du récipient : o Étape 1 : Non inflammable / T°C max d’utilisation (limite sous CES) o Étape 2 : Bon marché et léger  Cp / ρ ▲ o Étape 3 : Isolant 1 / λ ▲ o Étape 4 : Distorsion thermique  λ / α ▼ o Étape 5 : Résistance aux chocs thermiques  Re / (α*E) ▲ o Étape 6 : Résistant à la flexion encastrée  Re / ρ ▲ o Étape 7 : Résistant à la flexion encastrée  ρ / E▼ o Étape n°8 : Isolant  (ρ * Cp) / λ ▲ o Étape n°9 : Énergie pour mouler le polymère  (Emoulage) / Cm ▲ 14
  15. 15. 15
  16. 16. 3. Le manche Critères Matériaux PCT PET PF Coef. Tenue aux hautes T°C Déformation thermique (10-4m) Bonne Mauvaise Moyenne 4 1,47 0,94 1,41 4 Déformation mécanique (10-4m) 1,95 1,93 1,14 4 Isolant (A en 10-7m²/s) 2,49 2,50 2,16 5 Masse (g) 155 171 184,5 3 Prix (euro) 0,606 0,445 0,488 4 Ténacité Moyen Mauvais Bon 1 Respect de l’environnement Procédé / Mise en oeuvre Nb de points par couleur Total des points + impactant Simple 0 31 - impactant Simple 1 35 ++ impactant 1 Complexe 5 2 37 16
  17. 17. Conclusion • Ce que l’on retient de notre projet o De nouvelles notions o La méthode Ashby • Points noirs de notre projet : o Cohérence thermique entre le revêtement et le métal o Mauvaises estimations et approximations… o Minimiser la capacité calorifique et non la maximiser ! 17
  18. 18. Conclusion • Un choix des matériaux cohérent avec la réalité? • Récipient : o Inox ferritique o Alliage aluminium 3000 • Revêtement : o Carbone amorphe o Beaucoup de polymères 18
  19. 19. Merci de votre attention 19

×