Dimensionnement du conduit d'évacuation de la chaudière

Dimensionnement du conduit d'évacuation de la chaudière
Pour une chaudière à conduit central avec deux tubes de fumée de 35 mm, quelle serait la meilleure taille pour le conduit d'évacuation ?
Existe-t-il une relation ou une formule pour dimensionner le conduit d'évacuation ? puisqu'il est clair qu'il doit y avoir un équilibre entre l'évacuation des gaz d'échappement et le maintien des gaz d'échappement dans la chaudière suffisamment longtemps pour transférer sa chaleur à la chaudière

Boiler Exhaust Flue Sizing
For a center flue boiler with twin 35mm fire tubes, what would be the best size for the exhaust flue?
Is there a relationship or formula for sizing the exhaust flue? since clearly there needs to be a balance between evacuating the exhaust and keeping the exhaust in the boiler for long enough to transfer its heat to the boiler

Salut,

je m'étais posé la même question lors de la construction de la Seekadett où la chaudière pour des questions esthétiques se retrouvait avec une cheminée de petite diamètre. Je n'avais non plus rien trouvé dans la doc dispo... Je te mets ci-dessous mes cogitations de l' époque:

• Diamètre de la cheminée :
Le tube foyer a un Øint de 30mm et la cheminée de 17mm, dimensions imposées par le design de la chaudière. Je n’ai pas trouvé de recommandations sur l’adéquation entre ces deux diamètres. Il faut certes freiner un poil les fumées mais pas trop pour éviter que le brûleur ne refoule… A noter qu’avec les brûleurs à gaz il n’y a pas de notion de « tirage » à considérer… Les « experts » consultés m’ont dit : « Tu essayes et si ça refoule tu mets plus gros… ». Bof….
J’ai donc essayé de faire quelques calculs pour me conforter, sur la base de la fameuse formule PV/T=cste (T en °K). Pour ce que ça vaut…
En ignorant royalement les changements de pression (le tout est à pression atmosphérique au départ et à l’ arrivée) pour me concentrer sur volume et température je devrais avoir en tout point du chemin des fumées des sections telles que V1/T1=V2/T2. Deuxième simplification majeure: On estime que les variations de vitesse sont faibles ( après tout la vitesse de la flamme n’est pas très élevée, autour de 18m/mn) et donc notre relation se résume à S1/T1= S2/T2. Sûrement très approximatif, mais devrait donner un ordre de grandeur…
Les sections sont de 707mm2 pour le tube foyer, 180mm2 pour un tube d’eau et 227mm2 pour la cheminée.
- Première approche : La section moyenne utile de foyer vue par les fumées peut être estimée à la section brute du foyer moins 1,5 fois celle d’un tube d’eau. Ce qui donne 707 -1,5x180=437mm2 de foyer « utile ». En admettant une température moyenne dans le foyer à 800°C(1073°K), de 300°C(573°K) à l’entrée de la cheminée et en appliquant la formule ci-dessus j’obtiens :
Section cheminée = 437 x 573/1073 = 233mm2
- Deuxième approche : Pour éliminer l’inconnu de la section utile du foyer et de la température moyenne on peut partir sur la base du volume de gaz au sein de la partie « flammes » qui voit la totalité du tube foyer. La température théorique de combustion parfaite est de 1900°C. Dans nos conditions se sera sûrement moins… Disons 1600°C ?? Dans ce cas et en suivant la même méthode :
Section cheminée = 707 x 573/1873 = 216mm2
Rien de très « scientifique » dans tout ça, mais au final je tombe sur des valeurs comparables à la section de mon tube cheminée. Encourageant… On verra ce que donneront les essais, mais je suis sans doute proche d’une section mini acceptable.


Après réalisation et test la chaudière fonctionne nickel.

• Deuxième exemple avec une chaudière à deux foyers de 30mm. Si on refait le même calcul:
- Surface utile des foyers: 874mm2;
- Surface mini de la section de la cheminée: 466mm2 soit disons un diamètre de 25mm.

Cette chaudière fonctionne parfaitement avec un tube cheminée de Ø30mm.

• Si je refais le même calcul avec tes tubes foyers de 35mm, j' obtiens un diamètre mini de 32mm pour la cheminée... Avec une marge de sécurité tu pourrais prendre du 35mm...

Les formules ont très simples tu peux varier les températures selon ton ressenti...

La rigueur scientifique n'est pas là, mais ça semble coller...

Bingo georgio! Voilà ce que je t'avais préparé !

Hello!
Nous sommes nombreux à croire qu’il faut ralentir la vitesse des fumées afin de gagner en chaleur.
C’est faut ! La combustion maximal étant atteinte en sortie de bruleur, il faut tirer toute l’énergie de la flamme en un minimum de temps et ne pas gaspiller l’energie avec des pertes de charge trop importantes.
Dans la vraie vie , pour augmenter la vitesse des fumées en sortie de chaudière , on augmente la hauteur de la cheminée. Plus elle est haute et plus il y a « tirage » . C’est à dire qu’on évacue les fumées le plus rapidement possible afin de prendre toute la chaleur. On utilise mème des extracteurs de fumées pour accéléerer le débit.
Aucun intret à notre échelle.
Nous avons suffisemment de restriction dans nos chaudières = tubes bouilleurs ou tubes de fumées pour restreindre encore la sortie.
Bien sur , de par la construction de la chaudière, la surface de sortie sera de toute évidence plus petite que celle du (des) foyer.
Renseignement pris auprès de nos spécialistes de la question, il ne faut pas que la surface de sortie soit inférieure au 3/4 de celle des foyers. (au doight mouillé)
Par exemple , la chauière Regner double foyer à retour de flamme a deux tubes foyer de 30 mm et une sortie cheminée de 25 mm. Et elle chauffe trés bien malgré tout ! Mais est-ce le rendement optimum ?
La taille de gicleurs ont aussi leur importance . Sachant que pour une bonne combustion , il faut
6.5 litres d’air pour brûler 1 litre de butane
1 l de butane avec une densité de 0,6

Rien ne sert de surdimensionner la taille des gicleurs par rapport à la surface de chauffe du foyer.  Certains s’imaginent qu’en augmentant la taille du gicleur , ils augmentent la chauffe.
Mais !
En augmentant la taille du gicleur, on augmente le volume air/gaz et on n’augmente pas le diamètre du foyer. Ce tube foyer ne pouvant laisser passer qu’une quantité de fumées, on risque de se retrouver avec un foyer qui refoule. Pas bon du tout !
 
Donc en réponse à ta question , je dirais :
D=35 mm X 2 = 1923 mm2 de surface totale.
3/4 de 1923 mm2 = 1442 mm2 / 3.14 = 459 (=r2)
Racine de r2 (= 459 mm) = (r) 22 mm
Donc un cheminée de 44 mm de diamètre serait l’ idéal  ! ….. mais si on prend l’exemple de Regner  30/35 mm fera l’affaire.
Tu as donc de la marge.
Voyons ce qu’en pensent nos bons membres  !

Many of us believe that the speed of smokes should be slowed down in order to gain heat.
It is wrong! Since the maximum combustion is reached , right at the outlet of the burner, it is necessary to draw all the energy from the flame in a minimum of time and not to waste the energy with too large friction losses.
In real life, to increase the speed of the fumes coming out of the furnace, we increase the height of the chimney. The higher it is, the more it is drawn in. That is to say, the fumes are evacuated as quickly as possible in order to take all the heat. Even fume extractors are used to accelerate the flow rate.
No interest at our scale.
We have enough restriction in our boilers = boiling tubes or flue gas tubes to further restrict the output.
Of course, by the construction of the boiler, the output surface will obviously be smaller than that of the fireplace.
Information taken from our specialists on the issue, the exit surface must not be less than 3/4 of that of the furnaces. (thumb rule)
For example, the Regner double firebox has two 30 mm firebox tubes and a 25 mm chimney outlet. And it heats well in spite of everything! But is it the optimum yield?
The size of gas jets is also important. Knowing that for a good combustion, it is necessary to have
6.5 litres of air to burn 1 litre of butane


There is no point in oversizing the size of gas jets in relation to the heating surface of the fireplace.  Some people think that by increasing the size of the gas jets , they increase the heat.
Up to a point, yes !
Increasing the size of the jets increases the volume of air/gas burnt and does not increase the diameter of the fireplace. As this furnace tube can only allow a quantity of smoke to pass through, we risk ending up with a fireplace that represses. Not good at all!
 
So in answer to your question, I would say:
D=35 mm X 2 = 1923 mm2  total surface.
3/4 of 1923 mm2 = 1442 mm2 / 3.14 = 459 (=r2)
Root r2 (= 459 mm) = (r) 22 mm
So a 44 mm diameter chimney would be ideal! ….. but if we take the example of Regner 35 mm will do the job.
So you have a margin.
Let’s see what the others think. Cheers !

Mâtin quel forum !

If my memory serves correctly    , some wood fired steam paddle boats from early Australian build utilized a butterfly disk in the chimney stack to optimise the speed of initial combustion/boiler pressure buildup

The text also included that the disk could be closed when the Australian skies opened in a downpour so not to flood the fire in the boiler [must have been great for thermal stress cracking]

Having said this, I am not really sure how such a device could be used in a model gas fired boiler and so quantify the string of events  or changes relative to the angle of the butterfly disk

Derek......... this is the memory

Hello !
This butterfly disk still exists on our domestic stoves and fire places.
OPEN =Full fire
CLOSED = low fire.

Merci d'avoir pris le temps de répondre à ce débat, c'est apprécié et cela m'a aidé dans ma compréhension du problème.
Je crois que le problème est encore compliqué par la pression de gaz variable, la longueur des conduits d'incendie qui peut également entraîner un bruit fort (hurlement) de la cheminée, ce qui n'est pas bon. Ensuite, il faut également tenir compte de la combustion incomplète et de la production de monoxyde de carbone. Tout est très compliqué.

Thank you for taking the time to respond to this debate, it is appreciated and it has helped me with my understanding of the problem.
I beleive the problem is further complicated by variable gas pressure, the length of the fire ducts that can also led to a loud noise (howling) from the chimney, which is not good. Then there is incomplete combustion and carbon monoxide production to consider as well. It is all very complicated.

Hello !

Ensuite, il faut également tenir compte de la combustion incomplète et de la production de monoxyde de carbone

Put your nose above the chimney , and if he picks it , adjust the air intake by moving the jet in or out to allow more air.
Easy and no trick !
Cheers.