Chauffer du NiChrome à 90°C avec du 3.8V

[Micksong]

Bonjour à tous,

N'étant pas expert en électronique mais plutôt en physique de l'atmosphère, je bois beaucoup de café. Par conséquent, je cherche à construire un chauffe-mug qui ne nécessiterait pas d'être branché sur le secteur, mais serait transportable jusqu'à mon bureau. L'idée serait de chauffer un fil de NiCr pour atteindre une température de 90-100°.
Après quelques recherches, il semblerait que ce soit compliqué. En effet du fait d'être "autonome", le chauffe-mug requerrait une alimentation externe que seules des batteries (Li-Ion, NiMh) peuvent remplir. Or la plupart de ces batteries ont une tension de sortie de 3.8V (téléphones portables) à maximum 5V. J'ai donc utilisé une application permettant d'estimer la longueur et l'épaisseur du fil selon la tension et la température voulues: http://www.jacobs-online.biz/nichrome/NichromeCalc.html
En fixant T=110°C, U=3.8V, on obtient avec un diamètre de 22 gauge (0.635 mm) et une longueur de fil de 45cm: I = 2.4A et P=9W,

Je souhaiterais donc avoir vos avis d'experts sur les points suivants:
- ne buvant un café qu'en maximum 30 minutes, je pensais à un courant de maximum 1.8Ah, amplement suffisant pour une durée de chauffe de 30 minutes (soit 3.6A pour 30 minutes)
- conseilleriez vous un autre diamètre de fil ? Une autre tension ? Une intensité plus faible ?
- existe-t-il un autre moyen de chauffer avec une tension et un courant moindre ? J'entends par là un autre matériau comme des résistances spécifiques ?

Je vous remercie d'avance pour votre aide,

Florian
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[tchitchou]

Salut !

Le presque classique chauffe tasse USB ne te convient pas ?

[f6bes]

Bjr à toi,
Hum as tu une idée de c que l'on appele la CAPCITE d'un accus , d'une pile ?
Lorsque tu auras assimier cela reviens nous voir !
Ce qui compte c'est COMBIEN d'ampéres et pendant combien de temps tu vas pouvoir utiliser
ton accus !
Un courant ne s'exprime PAS en Ah ..mais en ampéres tout court (....un courant de maximum 1.8Ah ..!)..donc 1.8 A.
La QUANTITE d'énergie s'exprime par le COURANT x fois la durée (temps)...en Ah.
Donc pour30 mn ( = 0,5 heure DEMI heure) cela fait 1.8 Ax fois la moitié d'une heure = 1.8 x fois 0.5=0.9 Ah.
Bon WE


Bonne journée

[Micksong]

Bonjour à vous,

Non le chauffe-tasse usb ne me convient pas, j'aimerais pouvoir relever ce "défi".

@f6bes: merci pour tes explications, dimanche matin oblige, j'ai confondu tous les termes. Effectivement, les Ah désignent la capacité que les accus sont capables de fournir sur un certain temps, ici 1 heure. Ici je ne sais pas ce que j'ai fait, j'ai donné la valeur de capacité pour 2 heures, soit 3.6A. Le concept de capacité étant (ré)assimilé, la réponse reste en suspend.
En admettant appliquer une tension de 3.8V sous une capacité de 1.8Ah, est ce suffisant pour atteindre environ 90°C, tenant compte des spécificité du fil de NiChrome ?

En vous remerciant,

Florian

[A voir en vidéo sur Futura]

[Antoane]

Bonjour,

J'ai donc utilisé une application permettant d'estimer la longueur et l'épaisseur du fil selon la tension et la température voulues: http://www.jacobs-online.biz/nichrome/NichromeCalc.html
En fixant T=110°C, U=3.8V, on obtient avec un diamètre de 22 gauge (0.635 mm) et une longueur de fil de 45cm: I = 2.4A et P=9W,

Application sans intérêt : crois-tu qu'un fil de longueur donnée et alimenté par une tension donné soit à la même température selon qu'il soit plongé dans un étang gelé ou dans une boite isolé au milieu du Sahara ?

N'as-tu pas d'autre source d'énergie à disposition qu'une batterie ? Pas de secteur dans ton bureau ? Une batterie au lithium n'est pas triviale à utiliser, li faut la protéger contre les décharges profondes et en assurer un chargement dans les règles de l'art, ce qui impose l'usage d'un chargeur dédié.

Le but est-il de garder un café chaud par jour pendant pendant 30 minutes ou de préparer un café ex-nihilo toutes les demi-heures ?

En admettant appliquer une tension de 3.8V sous une capacité de 1.8Ah, est ce suffisant pour atteindre environ 90°C, tenant compte des spécificité du fil de NiChrome ?

Peu importent les caractéristiques du fil, qui n'assure que la conversion d'énergie. La question est de savoir s'il y a assez d'énergie dans ta batterie (3.8*1.8~=6,9W.h) pour faire ce que tu demandes.

Bref, dans ton cas, il faut, dans l'ordre :
- déterminer la puissance nécessaire expérimentalement, étant données les contraintes mécaniques (dimensions, forme du chauffeur) ;
- en déduire une source d'énergie compatible ;
- en déduire les caractéristiques du fil.

Le premier point peut aussi se faire analytiquement (pas simple) ou en copiant se qui se fait déjà.

[Micksong]

Bonjour Antoane,

Merci infiniment pour tes pistes de recherche, quelques commentaires:

Une batterie au lithium n'est pas triviale à utiliser, li faut la protéger contre les décharges profondes et en assurer un chargement dans les règles de l'art, ce qui impose l'usage d'un chargeur dédié.

D'accord, je pensais utiliser une batterie Lithium classique avec son chargeur dédié, puis la brancher directement au circuit. Lorsque la batterie serait déchargée, je la rechargerait comme une batterie classique. Idée dangereuse ?

Le but est-il de garder un café chaud par jour pendant pendant 30 minutes ou de préparer un café ex-nihilo toutes les demi-heures ?

Le but ne consiste qu'à le garder chaud, dans cette configuration, 60-70°C devraient suffire.

Peu importent les caractéristiques du fil, qui n'assure que la conversion d'énergie. La question est de savoir s'il y a assez d'énergie dans ta batterie (3.8*1.8~=6,9W.h) pour faire ce que tu demandes.

D'accord, donc en clair, il faut tester expérimentalement

Question générale et intuitive: est ce possible d'atteindre ces températures avec des petites batteries portables et du NiChrome ou faudrait il changer de "source" de chaleur d'après vous ? Résistance par exemple ?

Florian

[Antoane]

D'accord, je pensais utiliser une batterie Lithium classique avec son chargeur dédié, puis la brancher directement au circuit. Lorsque la batterie serait déchargée, je la rechargerait comme une batterie classique. Idée dangereuse ?

Une batterie au lithium dont la tension descend sous un seuil critique est morte. Le problème, c'est que cette chute de tension ne se voit pas, il faut donc ajouter un circuit de mesure de la tension batterie qui coupe le circuit en cas de décharge trop importante.

Question générale et intuitive: est ce possible d'atteindre ces températures avec des petites batteries portables et du NiChrome ou faudrait il changer de "source" de chaleur d'après vous ? Résistance par exemple ?

Ce fil est une résistance comme une autre. La résistance en elle-même n'assure que la conversion d'énergie. Pour peu qu'elle tienne la température max admissible et la puissance demandée, n'importe laquelle convient.
Si on suppose qu'il faut une puissance de 10W (ordre de grandeur assez raisonnable, un port usb 2.0 fournissant au max 2.5W), pendant 30 minutes, il faut E=5W.h, soit, sous 3,8V, 1.3Ah par tasse de café (si tu veux garder chaud 2 cafés dans la journée, prévoire 2.6Ah, etc.).
Ce sont des ordres de grandeur compatibles avec des batteries, même si ça commence déjà à faire lourd.
C'est une estimation à la louche, la puissance réellement nécessaire serait àç déterminer expérimentalement.

[annjy]

bonjour,

ça se détermine en partant de la capacité thermique massique:

http://fr.wikipedia.org/wiki/Capacit...mique_massique

pour l'eau liquide: 4185 J/Kg/°K

donc pour élever 15cl d'eau de 90°, il faut 4185*0,15*90 Joules
soit environ 56500 Joules, en négligeant les pertes (bref, dans une thermos)

Si on veut que ça chauffe en 30 minutes, il faut une puissance de 56500/(30*60) = 31,4W c'est à dire un courant de 8,2A pour une tension de 3,8V........

c'est pas gagné....

JY

[Micksong]

D'accord super, merci pour toute ces précisions, je vais voir ce que je peux faire avec mon café

Dernière question concernant la capacité, voici ce que j'ai lu sur un site:

le rendement d’une batterie dépend (hélas) de la durée de la décharge

Par habitude (depuis + d’un siècle) on donne la capacité en 20 heures (ça remonte à l’époque ou sur les premières voitures qui démarraient à la manivelle, la batterie n’était utilisée que pour les lanternes =) décharge lente =) capacité en 20H)

La même batterie de 106 AhC20 pouvant fournir 106 Ah en 20 h soit 5.3 A pendant 20 h

Ne pourra fournir que 10 A pendant 10 H (100AhC10)

Ne pourra fournir que 17 A pendant 8 H (85AhC8)

Ne pourra fournir que 63 A pendant 1 H (63AhC1)"

Existe t il un tableau détaillant, suivant la capacité théorique affichée, la capacité réelle suivant la durée d'utilisation ?

Merci encore et bon weekend !

Florian

[Antoane]

Bonjour,

@Annjy : Il ne s'agit ici que de garder l'eau chaude, et non de la chauffer (cf. post 6).

Existe t il un tableau détaillant, suivant la capacité théorique affichée, la capacité réelle suivant la durée d'utilisation ?

Il faut voir les courbes de décharge données dans les datasheet des batteries, chacune étant différente et la variation de C avec le courant de décharge étant foncion de la technologie employée. Ex : http://www.sony.com.cn/products/ed/battery/download.pdf Fig.6 p.21

[annjy]

Bonjour,

@Annjy : Il ne s'agit ici que de garder l'eau chaude, et non de la chauffer (cf. post 6).
............

La thermos est le meilleur moyen et ne demande pas d'apport d'énergie......(vase Dewar)

cdlt,
JY

[arsene de gallium]

Ah bah oui mais alors là si tu fais dans le commun.
Moi j'aurais bien vu l'affichage de la température sur le aie-fone en plus.

[annjy]

Ah bah oui mais alors là si tu fais dans le commun.
Moi j'aurais bien vu l'affichage de la température sur le aie-fone en plus.

Là, je crois entendre une vieille pub :
"pas assez cher, mon fils"

cdt,
JY

[Boumako]

Bonjour

Il faut surtout prendre en compte la dissipation de la tasse. En gros il faut 5W pour se maintenir 10°C au dessus de la température ambiante (10W pour 20°C etc).
Avec une batterie de 3.8V et 1.8Ah tu pourra garder ton café à 60°C pendant une 20aine de minutes.
On trouve facilement des mugs thermos qui peuvent garder un café chaud pendant plusieurs heures.

[arsene de gallium]

@annjy

D'où l'intérêt d'afficher la température sur 6 digits, sur le truc qui sert accessoirement à téléphoner.
what else ?

[polo974]

et une bougie de chauffe plat ? ? ?

[annjy]

..........
what else ?

fais attention à ne pas prendre un piano sur la tête, en sortant.

JY

[annjy]

et une bougie de chauffe plat ? ? ?

pas assez cher, mon fils !