Description de la simulation dynamique COCOTTE MINUTE

• Cocotte minute avec couvercle, soupape de fonctionnement, soupape de protection, soupape casse-vide,
• Plaque chauffante (à gaz ou à induction) avec puissance réglable en kW ou kJ.h^-1,
• Puissance de refroidissement réglable en kW ou kJ.h^-1,
• Prise en compte des inertes dans la cocotte (gestion de la pression partielle en air),

Outils graphiques d’analyse du procédé

Synoptique représentant la cocotte minute avec:

• niveau d'eau, ébullition, dégazage via la soupape de fonctionnement et bruits associés,
• diagramme de mollier Log(P)=f(T) pour l'eau et sa vapeur, calculé à partir des formules de Duperray et/ou Rankine, ou des formules de l'IAPWS IF-97 (le modèle n'utilise que Duperray et/ou Rankine),
• tables de la vapeur,
• représentation des points figuratifs de l'eau d'appoint, de l'eau et de la vapeur dans la cocotte à sa pression partielle,
• chronomètre avec démarrage et arrêt (start/stop), temps intermédiaire (split), remise à zéro (reset), basé sur le temps dit "procédé", c'est à dire affecté de la vitesse de simulation V=1X, 2X,...16X.
• historique des variables procédé,

Dimensionnement et réglages

[X][X] Cocotte chaude, [  ][X] remplie, ou [  ][  ] froide au démarrage: cette option est sauvegardée d'une fois sur l'autre. Elle consiste à démarrer le modèle avec la cocotte remplie et une température proche de l'ébullition, ou cocotte remplie et froide, ou cocotte vide et froide.

[X] Corrélation de Rankine sous vide: la corrélation de Duperray P_sat=(θ_eb/100)⁴ est par défaut utilisée pour toute la gamme de température. Si cochée, la corrélation de Rankine P_sat=exp(13.7-5120/T_eb(K)) est utilisée en dessous de P_sat=0.797 bar a - θ_eb=94.5°C.

[X] Corrélation P=f(T) en bar a: dans les corrélations de Duperray et de Rankine la pression est par défaut en atmosphère. Si cochée, la pression calculée par ces corrélations est considérée comme étant en bar absolus.

[X] Induction: (cosmétique uniquement) représentation d'une plaque à induction ou d'une plaque à gaz.

[X] Casse vide : au démarrage à froid, la pression de la cocotte est due à la pression de vapeur d'eau et à la pression partielle en air. Cet air est dégazé via la soupape lorsque la température (et donc la pression) dans la cocotte monte au delà de la pression de tarage de la soupape. Si la température retombe en dessous de +/-100°C, un casse-vide laisse rentrer l'air pour éviter de mettre la cocotte sous vide. Ce casse-vide peut être neutralisé (case non cochée [  ]).

[X] Inertie thermique: lorsque l'inertie de la cocotte est prise en compte, elle est comptée en équivalent kg d'eau (1 kg d'eau par défaut).

[X] Pertes thermiques: le coefficient d'échange avec l'air est calculé en convection naturelle pour un cylindre vertical de hauteur inférieure à 30cm par h_air=1.42×(Δθ/hauteur)^0.25, en W.m^-1.K^-1, et le flux de pertes par Φ=h_air×S×Δθ avec S surface extérieure de la cocotte. La surface est majorée de la surface du couvercle de la cocotte.

Diamètre de la cocotte (cm): 25 cm pour un volume de 10 ou 8L, 22 cm pour un volume de 8, 7 ou 6L, 18 cm pour un volume de 5, 4.5 ou 4L.

Volume de la cocotte (L): 4, 4.5 ou 5L pour un diamètre de 18 cm, 6, 7 ou 8L pour un diamètre de 22 cm, 8 ou 10L pour un diamètre de 25cm.

Puissance maximale de chauffe et de refroidissement: réglable entre 2 et 30kW, bien que les plaques usuelles ne dépassent pas 7 kW.

Pression de tarage de la soupape de fonctionnement: réglable de 1 à 5 bar absolus, par défaut réglée à 1.4 bar a soit une température de cuisson de 109°C environ. Ne doit pas être supérieure à la pression de tarage de la soupape de sécurité.

Pression de tarage de la soupape de sécurité: réglable de 2.10 à 10 bar absolus.

Pression extérieure (ou pression ambiante): réglable de 0.05 à 10 bar a, elle sert de base au calcul du dégazage ou de l'engazage via la soupape de fonctionnement.

Température extérieure: réglable de -20 à 200°C, elle sert de base au calcul des pertes thermiques.

Température de l'eau d'appoint: réglable de -20 à 200°C (bien que des valeurs <0°C ou >100°C soient peu réalistes).

Capacité thermique de l'eau liquide: réglable, par défaut à 4.18 kJ.kg^-1.°C^-1, constante sur toute la gamme de température.

Capacité thermique de l'eau vapeur: réglable, par défaut à 2.08 kJ.kg^-1.°C^-1, uniquement pour le diagramme de Mollier.

Prix du kWh: réglable de 9.5c€ à 1.00€.

Constante de temps pour évaporation: réglable de 1s à 1 heure, elle représente le temps de renouvellement de la phase air au dessus de l'eau lorsque le couvercle est enlevé. Une constante de temps réglée à 5s représente l'évaporation subie si la cocotte est exposée à un vent important. Une constante de temps de 30s est un compromis réaliste. Une constante de temps de 3600s neutralise l'effet de l'évaporation.

Reset cumuls: kJ, kWh, €,

Reset temps de cuisson.

[X] IAPWS IF-97: diagramme de Mollier construit à partir des formules de l'IAPWS IF-97, ou à partir des corrélations de Duperray (et de Rankine) si décoché. Remarque: le modèle Cocotte minute n'utilise que les corrélations de Duperray et Rankine pour les calculs.

Modèle numérique

• Propriétés de l'eau et de sa vapeur par les formules de Duperay et de Rankine (en option en dessous de 0.81 bar a - 95°C)
  Ces formules donnent les propriétés de l'eau et de sa vapeur dans la gamme 0-20 bar et 5-200°C.
• Gestion de la pression de vapeur saturante de l'eau, de la pression d'air, de l'ébullition,
• Gestion de l'évaporation en l'absence de couvercle par un modèle de renouvellement de la phase vapeur par de l'air, modèle du premier ordre avec constante de temps réglable en secondes,
• Gestion du dégazage d'air (en priorité) ou de vapeur par la soupape, et de l'engazage d'air par le casse-vide ,
• Prise en compte des pertes thermiques, de l'inertie thermique du récipient, de l'évaporation en l'absence de couvercle,
• Gestion de la cocotte vide non pleinement supportée (inventaire vapeur négligé),
• Calcul des cumuls d'énergies fournies (ou enlevées), et utiles (chauffage, évaporation d'eau, ébullition d'eau, pertes thermiques),
• Calcul d'un temps de cuisson corrigé par la formule temps de cuisson+= dt×(θ°C-80°C)/20°C, ce qui donne un temps de cuisson nul en dessous de 80°C, et doublé à 120°C (~2 atmosphères),

Corrélations et formules utilisées:

• Formule de Duperay: P_sat=(θ_eb/100)⁴, P_sat en atm (parfois assimilé à des bar a), θ_eben °C, valable pour l'eau et sa vapeur dans l'intervalle 100°C-200°C (ou 90°C-300°C avec un éart de 0.12 à 7.7%).
• Formule de Rankine: P_sat=exp(13.7-5120/T_eb), P_sat en atm (parfois assimilé à des bar a), T_eben K, valable pour l'eau et sa vapeur dans l'intervalle 5°C-140°C (écart de 0.39 à 4.1%).
• Chaleur latente de vaporisation: Lv(θ)=2535-2.9×θ en kJ.kg^-1, avec θ température de changement d'état en °C,
• Enthalpie de m kg d'eau liquide à la température θ: h=m×Cp_eau×(θ-0) en kJ.kg^-1, avec θ en °C et Cp_eau=4.18 kJ.kg^-1.°C^-1, Cp de l'eau constant sur toute la gamme de température,