Réalisation d'une mini enceinte régulée en température et hygrométrie

[Rahff]

Bonjour à tous,

Je souhaite réaliser une mini enceinte régulée en température et hygrométrie.
Ceci permettrait, si le système fonctionne, de réaliser une mini cave à vin.

J'ai pensé à un module peltier pour générer du froid, des résistances de forte puissance pour générer du chaud, un brumisateur ultrasonique pour ajouter de l'humidité, et utiliser un autre module peltier comme condenseur pour déshydrater l'air. Le tout avec un système de ventilation adéquat. La taille de l'enceinte serait d'environ 30cm x 30cm x 70cm.
Je ne suis absolument pas expert en thermodynamique donc j'attends vos éventuelles idées et conseils.

Merci d'avance.
-----

[LPFR]

Bonjour.
Franchement, je ne vois pas l'intérêt de refaire un produit qui existe dans le commerce dans toutes les tailles et à tous les prix.
Certes, je ne pense pas qu'ils contrôlent l'humidité (pour les moins chers). Mais cela risque de devenir une "usine à gaz" car il faut des capteurs puis, probablement, calculer une correction suivant la température.
Au revoir.

[Rahff]

La partie "gestion électronique", c'est ce qui me fait le moins peur pour l'instant du fait que ce soit mon métier.
En revanche je ne suis pas au point sur la partie mécanique des fluides et thermodynamique.
Je sais que le produit existe déjà, c'est simplement pour pouvoir acquérir un nouveau savoir faire personnel et aussi le faire partager à tout les gens désireux de réaliser le même système pour leur terrarium...

[LPFR]

Re.
Si vous utilisez des résistances et de modules Peltier, vous n'avez pas de problèmes de mécanique de fluides ni de thermodynamique.

Pour la température il vous suffit d'un thermostat qui décide de s'il faut chauffer ou refroidir pour brancher le chauffage ou les modules Peltier.

Pour l'humidité c'est la même chose: il faut un capteur (et éventuellement quelques calculs, suivant le capteur) qui vous dise s'il faut mettre en route le générateur d'humidité ou le système de "séchage". Pour assécher l'air, il faut le refroidir pour condenser de l'humidité, ce qui refroidit l'air, qu'il faudra réchauffer pour le maintenir à la bonne température. Ce seront deux asservissements indépendants.

Il faut que vous commenciez par évaluer les pertes thermiques de votre boite suivant les températures interne et externe extrêmes. Elles dépendront de la qualité de l'isolement thermique.

Cela vous permettra d'évaluer la puissance de chauffage et de refroidissement à installer.
A+

[A voir en vidéo sur Futura]

[Rahff]

OK, merci pour cette explication.
En cherchant un peu, j'ai toruvé ce post -> http://forums.futura-sciences.com/ph...ml#post2361613

J'utilise du contre plaqué 20mm d'épaisseur, d'une conductivité thermique lambda de 0.15W/m.K pour faire les paroies de l'enceinte.
Je rappelle les dimensions : 30cm x 30cm x 70cm. L'écart maximum des températures entre intérieur/extérieur est fixé à Delta T = 30°C.
Donc La surface totale des paroies sur lesquelles il va y avoir des pertes thermiques est d'environ 1m².

Ce qui donne une résistance thermique R=épaisseur/(lambda*surface) soit R=0.02/(0.15*1) = 0.133 K.W-1
Densité du flux = Delta T/R = 30 / 0.133 = 226W/m²
Pertes totales = Densité de flux * Surface = 226W/m² * 1m² = 226W

Ceci vous semble t-il correct?

[LPFR]

Bonjour.
Le résultat ne me semble pas absurde.
Ce qui est absurde, par contre, est d'utiliser des parois en contreplaqué au lieu d'utiliser un sandwich de matériaux meilleur isolant. Par exemple, contreplaqué-polystyrène expansée-contreplaqué.
Réussir à pomper 250 W avec des éléments Peltier risque de vous couter une fortune en composants et en électricité.
Renseignez-vous sur le prix des éléments Peltier et de leurs besoins en courant.
Au revoir.

[invite2313209787891133]

OK, merci pour cette explication.
En cherchant un peu, j'ai toruvé ce post -> http://forums.futura-sciences.com/ph...ml#post2361613

J'utilise du contre plaqué 20mm d'épaisseur, d'une conductivité thermique lambda de 0.15W/m.K pour faire les paroies de l'enceinte.
Je rappelle les dimensions : 30cm x 30cm x 70cm. L'écart maximum des températures entre intérieur/extérieur est fixé à Delta T = 30°C.
Donc La surface totale des paroies sur lesquelles il va y avoir des pertes thermiques est d'environ 1m².

Ce qui donne une résistance thermique R=épaisseur/(lambda*surface) soit R=0.02/(0.15*1) = 0.133 K.W-1
Densité du flux = Delta T/R = 30 / 0.133 = 226W/m²
Pertes totales = Densité de flux * Surface = 226W/m² * 1m² = 226W

Ceci vous semble t-il correct?

Les valeurs de h données dans ce post ne sont que des ordres de grandeur.
Pour les parois latérales tu peux prendre 6.8W/m².°C
Pour la plaque horizontale tu prend 7.5W/m².°C
Pour l'intérieur tu prend 4.5W/m².°C

[Rahff]

Disons que c'est avec ce matériaux que je vais réaliser le prototype d'où le calcul avec le résultat absurde. J'ai des panneaux de polystyrène extrudé chez moi .
En effet la conductivité thermique de ce matériau est de 0.03W/m.K.
Donc avec une épaisseur de 5cm, pour 1m², on a une résistance thermique de R=0.05/(0.03*1) soit R=1.67 K.W-1.

La paroie contreplaqué-polystyrène extrudé-contreplaqué se présente une résistance thermique totale de Rt=0.133+1.67+0.133 = 1.94 K.W-1
Densité du flux = Delta T/Rt = 30 / 1.94 = 15.46W/m²
Pertes totales = Densité de flux * Surface = 15.46W/m² * 1m² = 15.46W

Voici une première réponse très intéressante ! L'isolation de la boîte est primordiale !

Sachant qu'environ 15W sont perdus, quelle puissance faut il que mon module peltier fasse de telle sorte à pouvoir refroidir l'ensemble? J'avais commandé celui ci il y a quelques temps -> http://www.hebeiltd.com.cn/peltier.d...TEC1-12706.pdf. Est-ce qu'il pourrait convenir?

[LPFR]

Re.
Oui. Il doit pouvoir suffire.
Mais il y a un piège. La puissance thermique indiquée est donnée pour une différence de température entre les deux faces de l'élément. Ce qui n'est pas la même chose qu'entre la température de l'air à l'intérieur et à l'extérieur. Il faut tenir compte de la résistance thermique des radiateurs que vous devrez mettre sur chaque côté de l'élément Peltier. Ça peut être deux plaques épaisses d'aluminium bien plaquées contre l'élément... avec un bloc métallique de 5 cm d'épaisseur pour traverser la paroi.
A+

[Rahff]

Mais il y a un piège. La puissance thermique indiquée est donnée pour une différence de température entre les deux faces de l'élément. Ce qui n'est pas la même chose qu'entre la température de l'air à l'intérieur et à l'extérieur. Il faut tenir compte de la résistance thermique des radiateurs que vous devrez mettre sur chaque côté de l'élément Peltier.

Je comptais mettre le module peltier en sandwich entre deux ventirad de pc, comme celui ci par exemple :
200.jpg en gardant bien évidemment une face à l'extérieur et une face à l'intérieur tel ce dessin
fru.jpg. Les flèches rouges représentent l'air réchauffé et les bleues, l'air refroidi.

Le choix des radiateurs intérieur/extérieur se fait t-il selon une règle précise? Faut t-il mettre un gros radiateur à l'extérieur et un petit à l'intérieur? Inversement? Merci

[invite2313209787891133]

Bonjour

Tu ne prend pas les coefficients d'échanges superficiels interne et externe en compte dans ton calcul.

[LPFR]

Je comptais mettre le module peltier en sandwich entre deux ventirad de pc, ...

Bonjour.
Les ventilateurs sont une bonne idée. Mais celui interne à l'inconvénient de chauffer l'intérieur. Il faut voir si c'est intéressant ou non.
Au revoir.

[Rahff]

Bonjour
Tu ne prend pas les coefficients d'échanges superficiels interne et externe en compte dans ton calcul.

Ok alors j'intègre ces données dans mes calculs.

Les valeurs de h données dans ce post ne sont que des ordres de grandeur.
Pour les parois latérales tu peux prendre 6.8W/m².°C
Pour la plaque horizontale tu prend 7.5W/m².°C
Pour l'intérieur tu prend 4.5W/m².°C

Pour simplifier je prends 7W/m².°C pour l'extérieur et 4.5W/m².°C.
On rajoute les 2 résistances thermiques supplémentaire R1 = air intérieur/contre plaqué et R2 = contre plaqué/ air extérieur.
Rappel = surface totale d'environ 1m².

R1 = 1/(h.S) = 1/(4.5*1) = 0.22K.W-1
R1 = 1/(h.S) = 1/(7*1) = 0.14K.W-1

On rajoute ces 2 valeurs à la résistance thermique totale du panneau précedemment calculée -> Rth = 0.22+0.14+1.94 = 2.3K.W-1.
Densité de flux = Delta T/Rt = 30 / 2.3 = 13.04W/m²
Pertes totales = Densité de flux * Surface = 13.04W/m² * 1m² = 13.04W

Les ventilateurs sont une bonne idée. Mais celui interne à l'inconvénient de chauffer l'intérieur. Il faut voir si c'est intéressant ou non.
Au revoir.

Avec un petit ventilo de PC 12v / 0.12A, j'aurais au maximum un apport de chaleur de 12x0.12 = 1.44W si on considère qu'il se met en court circuit franc.
Y a t'il un avantage à réguler la vitesse de ce dernier afin que l'air passe plus ou moins rapidement dans les ailettes du radiateur?
Faut t'il que celui qui se situe à l'extérieur souffle fort de telle sorte à garder au maximum la température de la face du module peltier au plus près de la température de l'air ambiant?
Merci

[LPFR]

...
Y a t'il un avantage à réguler la vitesse de ce dernier afin que l'air passe plus ou moins rapidement dans les ailettes du radiateur?
Faut t'il que celui qui se situe à l'extérieur souffle fort de telle sorte à garder au maximum la température de la face du module peltier au plus près de la température de l'air ambiant?
Merci

Re.
Il est intéressant que les radiateurs fonctionnent au mieux, c'est à dire, avec les ventilateurs au maximum.
Par contre, c'est peut-être mieux de faire fonctionner celui de l'intérieur uniquement quand le module est alimenté.
A+

[Rahff]

Y a t-il un calcul permettant de faire une estimation sur le temps de fonctionnement du système avant d'atteindre la température de consigne ? Par exemple pour un volume d'air donné (30cm * 30cm * 70cm => 0.063m3), sachant que la température de l'air à l'intérieur de la boite est à 25°C, combien de temps faudra t-il pour pour apporter ce même volume d'air à 12°C?

Données peut être nécessaires :
-> Pertes de la boite = 13W
-> Température à l'extérieur de la boite = 20°C
-> Débit d'air des ventilateurs ventirad = 43,3m3/h
-> Résistance thermique des dissipateur = 0.6°C/W

Merci

[LPFR]

Bonjour.
L'air n'est pas le plus important. Sa capacité thermique est faible. Ce qui compte est la capacité thermique des parois et surtout celle des bouteilles.
La vitesse de montée en température peut être estimé comme:

Où Pc est la puissance du chauffage, Pp la puissance perdue à la différence de température entre l'intérieur et l'extérieur et C la capacité calorifique de tout ce qui se trouve à l'intérieur.
Cette capacité est la somme du produit de la masse de chaque objet multipliée par sa chaleur spécifique.

Au revoir.

[Rahff]

Ok merci pour toutes ces précieuses précisions.

[Rahff]

Pour les gens que ça intéresse, je mets une petite photo du prototype :

photo(1).jpg

photo-2.jpg

Il manque l'isolation extérieure avec le polystyrène. J'ai testé vite fait et ça donne un delta maxi de -10°/+10° pour l'instant.
La suite bientôt

[lechimiste69]

Bonjour
Dans le but d'un stage en L3 mécanique, je souhaitais avoir quelques informations sur la fabrication d'une enceinte controlée en température et en hygrométrie. Je voulais faire varier l'humidité de cette enceinte en gardant la même température. (ex: 25°C, 10% puis 20% puis 30% d'HR....). Comment faire ???
merci....