Frigo plein ou vide?

[ArchoZaure]

Avez vous regardé et compris la manip du post 60 ????

https://forums.futura-sciences.com/p...mmation-2.html

Je viens regarder.
Non c'est pas clair.
Vous pouvez tout à fait tracer la ligne (rapport consommation/température) autrement et là les points représentant le frigo chargé seront en dessous de la ligne.
D'autre part vous partez du fait que le rapport consommation/température d'un frigo est linéaire (donc vous tracez une ligne) mais j'aurais plutôt tendance à penser qu'on ai une courbe (pas forcément très courbée mais quand même).
Et puis il y a un truc "curieux" avec vos données : Les points pour le frigo plein sont regroupés et excluent les points pour le frigo vide.
Bon c'est pas mystérieux, ça veut dire que lorsque vous avez fait vos tests avec le même frigo (1 seul frigo), les variations de température externe n'étaient pas les mêmes (le temps était différent).
Ce qui réduit encore la pertinence des conclusions.
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[Flyingbike]

Si un frigo vide consommait plus ou moins qu'un plein, les points seraient disposés sur des droites dont le coefficient directeur est différent, ce qui ne semble pas être le cas (à pré supposer que la consommation est proportionnelle à la température ambiante). Que les points soient séparés, ça ne veut pas dire grand chose de plus que les conditions atmosphériques étaient différentes... OU j'ai raté un truc ?

Et effectivement, si c'est en régime stationnaire, il n'y a aucune raison que ce soit différent, car les échanges thermiques entre l'intérieur et l'extérieur ne dépendent pas du remplissage mais des caractéristiques du frigo et de la température extérieure.

EN partant du principe que la charge ne change rien en régime stationnaire, et pour répondre vraiment à la question, il faudrait voir ce qui se passe en réaction à une modification de la température intérieure jusqu'au retour à la température de consigne, n'est il pas ?

[XK150]

Je viens regarder.
Non c'est pas clair.
Vous pouvez tout à fait tracer la ligne (rapport consommation/température) autrement et là les points représentant le frigo chargé seront en dessous de la ligne.
D'autre part vous partez du fait que le rapport consommation/température d'un frigo est linéaire (donc vous tracez une ligne) mais j'aurais plutôt tendance à penser qu'on ai une courbe (pas forcément très courbée mais quand même).
Et puis il y a un truc "curieux" avec vos données : Les points pour le frigo plein sont regroupés et excluent les points pour le frigo vide.
Bon c'est pas mystérieux, ça veut dire que lorsque vous avez fait vos tests avec le même frigo (1 seul frigo), les variations de température externe n'étaient pas les mêmes (le temps était différent).
Ce qui réduit encore la pertinence des conclusions.

1 - Non , c'est faux , tracez comme vous voulez, mais la consommation pour les points rouges est supéreure à celle des points bleus , c'est incontestable , c'est la même ordonnée ....

2 - Je ne pars sur rien , tous les points bleus et rouges sont expérimentaux , et il me semble que je peux tracer une droite bleu interpolée sur la zone considérée qui en fait est courte , donc proche de linéaire ,

3 - J'ai dû attendre la méteo pour construire la courbe bleue sur plusieurs semaines , mais simplement les points rouges ont été mesuré dans une période de température ambiante stable ,
c'est pourquoi , ils sont groupés .

[MissJenny]

pour moi un frigo absorbe de la chaleur par sa surface, mais ensuite il accumule cette chaleur dans son volume intérieur. Un frigo vide c'est pareil qu'un frigo qui n'a pas d'intérieur, il ne peut accumuler de chaleur et donc n'a pas besoin d'energie pour l'évacuer.

[ArchoZaure]

Et effectivement, si c'est en régime stationnaire, il n'y a aucune raison que ce soit différent, car les échanges thermiques entre l'intérieur et l'extérieur ne dépendent pas du remplissage mais des caractéristiques du frigo et de la température extérieure.

Oui mais justement, vous supposez ici que l'intérieur du frigo c'est ce qui est délimité par les parois. On peut bien entendu le modéliser de cette manière mais dans ce cas on doit juste faire de la thermo à l'équilibre.
Modèle statique donc.
La question sur la possibilité de circulation est alors hors sujet.

Or de manière plus élémentaire, le modèle est ici plus complexe et inclue la circulation de la chaleur (modèle dynamique), une fois qu'on a mis toute la masse à une certaine température, la circulation de la chaleur dépend aussi de la masse.
La masse isole "l'intérieur de la masse" de "l'extérieur de la masse"... un frigo en panne dans le frigo si vous voulez ou une couche isolante en plus.
Cette masse doit être comptée dans l'isolation avec le monde extérieur et donc elle diminue les "pertes thermiques".

[ArchoZaure]

pour moi un frigo absorbe de la chaleur par sa surface, mais ensuite il accumule cette chaleur dans son volume intérieur. Un frigo vide c'est pareil qu'un frigo qui n'a pas d'intérieur, il ne peut accumuler de chaleur et donc n'a pas besoin d'energie pour l'évacuer.

C'est le four qui accumule de la chaleur , mais je pense qu'on comprend le raisonnement.

[yves95210]

Pour en revenir à l'expérience de pensée que j'avais suggérée (faisant abstraction des cycles de fonctionnement du moteur du frigo, puisque celui-ci est éteint au début de l'expérience):

En supposant que la pièce où se trouve le frigo est parfaitement isolée (on est dans une expérience de pensée...), une fois la porte du frigo ouverte la température de l'air qu'elle contient (et celle du contenu du frigo) va évoluer jusqu'à un nouvel équilibre dépendant de sa température initiale, de la température initiale du contenu du frigo, de la capacité thermique de l'air et de la capacité thermique du contenu du frigo (air + aliments solides ou liquides, disons de l'eau dans des contenants hermétiques pour simplifier).

Cette évolution sera plus ou moins rapide suivant l'inertie thermique de ce contenu, mais la température finale de la pièce ne dépend que des paramètres ci-dessus (et pas de l'inertie thermique). Et à températures initiales (de la pièce d'une part, du contenu du frigo d'autre part) identiques, la température finale ne dépend que de la capacité thermique du contenu du frigo, quel qu'il soit, et de la capacité thermique de l'air contenu dans la pièce.

Je me trompe ?

Le rôle du frigo (une fois qu'il est en régime permanent, tout son contenu ayant atteint une température homogène de 3 ou 4°C) est d'empêcher cette évolution, passivement grâce à l'isolation de ses parois, et activement (puisque l'isolation ne peut pas être parfaite) grâce à son moteur (compresseur) et à la circulation d'un fluide "frigorigène" (ou calorigène, c'est selon...).

Intuitivement il me semble donc que, plus la capacité thermique de son contenu est élevée, plus il faut lui fournir d'énergie pour maintenir sa température constante (inférieure de X °C à celle de la pièce).

Mais apparemment (selon les experts en réfrigérateurs), j'ai tout faux... Quelqu'un est-il capable de m'expliquer pourquoi ?

[ArchoZaure]

Intuitivement il me semble donc que, plus la capacité thermique de son contenu est élevée, plus il faut lui fournir d'énergie pour maintenir sa température constante (inférieure de X °C à celle de la pièce).

Non. Ça dépend uniquement de l'isolation, qui dépend donc ici de la conductivité thermique du matériau isolant.

La conductivité thermique (ou conductibilité thermique) d'un matériau est une grandeur physique qui caractérise sa capacité à diffuser la chaleur dans les milieux sans déplacement macroscopique de matière¹. C'est le rapport de l'énergie thermique (quantité de chaleur) transférée par unité de temps (donc homogène à une puissance, en watts) et de surface au gradient de température. Notée λ (anciennement K voire k), la conductivité thermique intervient notamment dans la loi de Fourier.

https://fr.wikipedia.org/wiki/Conduc...3%A9_thermique

[ArchoZaure]

Ah oui et j'oubliais, le flux de chaleur dans un matériau n'est pas linéairement proportionnel à son épaisseur.
Plus il est épais et moins il perdra (ou ici et c'est pareil) ou il va acquérir, de la chaleur.
C'est comme quand vous mettez un truc gelé pas assez longtemps dans le four, à l'extérieur ça peut être brulant et à l’intérieur c'est encore gelé.
Plus c'est épais et plus ça résiste.

C'est ce qui permet aux lacs de ne pas geler jusqu'au fond... plus la glace est épaisse et plus elle isole (c'est pas linaire à l'épaisseur).

[SK69202]

L'expérience de XK150 est faite avec un frigo classique, si je comprends le "1968" et les références dans la discussion au freezer.
Dans ce cas la température interne n'est pas homogène et l’inhomogénéité varie entre la phase compresseur en fonction et celle où il est stoppé et que l'intérieur se réchauffe.

La température ne suffit pas, à températures égales, pièce et enceinte un frigo plein demande plus de temps pour se réchauffer et se refroidir.
De plus les flux de chaleur sont différents le réchauffement dépendant de la surface du frigo et le refroidissement de l'enceinte dépend de celle du condenseur, d'où sans doute des temps chauffe/refroidissement différent entre plein et vide.

Conclusion réservée pour l'instant.

[yves95210]

Non. Ça dépend uniquement de l'isolation, qui dépend donc ici de la conductivité thermique du matériau isolant.

Je parlais évidemment du même frigo, donc avec la même isolation, avec seulement un contenu différent. Sinon l'expérience de pensée n'a évidemment aucun intérêt...

[ArchoZaure]

Je parlais évidemment du même frigo, donc avec la même isolation, avec seulement un contenu différent. Sinon l'expérience de pensée n'a évidemment aucun intérêt...

Mais non. Je répépète : Le contenu aussi fait partie de l'isolant.

[yves95210]

Ah oui et j'oubliais, le flux de chaleur dans un matériau n'est pas linéairement proportionnel à son épaisseur.
Plus il est épais et moins il perdra (ou ici et c'est pareil) ou il va acquérir, de la chaleur.
C'est comme quand vous mettez un truc gelé pas assez longtemps dans le four, à l'extérieur ça peut être brulant et à l’intérieur c'est encore gelé.
Plus c'est épais et plus ça résiste.

Ben oui, c'est aussi pour ça que je ne parlais (au début de mon message) que des températures finales après arrêt du frigo et ouverture de la porte, une fois l'équilibre atteint (contenu du frigo et air de la pièce à la même température), indépendamment du temps nécessaire pour y arriver.

[yves95210]

Mais non. Je répépète : Le contenu aussi fait partie de l'isolant.

et ma réponse précédente s'applique aussi à cette remarque. Si on arrête le frigo et qu'on ouvre la porte, au bout d'une durée plus ou moins longue l'ensemble de la pièce (contenu du frigo inclus) sera à la même température. Cette durée dépend évidemment des caractéristiques du contenu du frigo (capacité thermique et conductivité thermique), mais la température finale ne dépend que de sa capacité thermique (à moins d'imaginer qu'il s'agit d'un isolant parfait).

[Archi3]

Désolé, ça ne tient pas debout. On ne consomme pas d'énergie à maintenir des aliments froids.
L'énergie consommée par un réfrigérateur en régime stationnaire correspond à l'évacuation de la chaleur qui est rentré par les parois et pas son contenu.
En Revanche, si le remplissage du réfrigérateur se fait avec des aliments qui sont plus chaud que la consigne, là, forcément on consomme pour refroidir les aliments à la consigne.

ben moi je vote pour Garion : le frigo est un système thermodynamique qui doit évacuer la chaleur entrant par les parois, et ce flux thermique dépend du gradient thermique entre l'extérieur et l'intérieur mais n'a aucune raison de dépendre de la quantité de matière qu'il y a dedans si la température est la même.

Si l'expérience montre que la consommation d'énergie est différente, ça ne peut être qu'à cause d'une carte de température différente à l'intérieur du frigo, ce qui est par ailleurs tout à fait possible si la présence d'aliments gêne la convection par exemple, mais c'est plus complexe que de dire que c'est juste à cause de l'inertie thermique.

[MissJenny]

est-ce qu'il ne faut pas une certaine masse à l'intérieur du frigo pour qu'il y ait un flux de chaleur? Si on imagine un frigo à la paroi sans épaisseur et à l'intérieur absolument vide, aucune chaleur ne peut y pénétrer il me semble. Ca c'est un cas limite mais il me fait penser que moins il y a de masse à l'intérieur du frigo, moins il peut y avoir de flux de chaleur.

[XK150]

L'expérience de XK150 est faite avec un frigo classique, si je comprends le "1968" et les références dans la discussion au freezer.
Dans ce cas la température interne n'est pas homogène et l’inhomogénéité varie entre la phase compresseur en fonction et celle où il est stoppé et que l'intérieur se réchauffe.

La température ne suffit pas, à températures égales, pièce et enceinte un frigo plein demande plus de temps pour se réchauffer et se refroidir.
De plus les flux de chaleur sont différents le réchauffement dépendant de la surface du frigo et le refroidissement de l'enceinte dépend de celle du condenseur, d'où sans doute des temps chauffe/refroidissement différent entre plein et vide.

Conclusion réservée pour l'instant.

Oui , Bosch mural de 1968 .
Tc de prise de température interne : à l'interieur du frigo , " en l'air " pas de fluctiuation notable pendant les mesures .
Une mesure dure environ 12 heures , après une mise à l'équilibre de 5 heures environ .
Il y a environ 3 mois de manip durant la période estivale dans un appartement inoccupé , sans aucun courant d'air en entrant une fois par jour au plus ...

[ArchoZaure]

Si on imagine un frigo à la paroi sans épaisseur et à l'intérieur absolument vide, aucune chaleur ne peut y pénétrer il me semble.

C'est bien vu.
D'ailleurs vous venez de citer le meilleur isolant thermique en terme de conduction qui soit : Le vide.
Par définition puisque la conduction thermique fait appel à l'agitation de la matière (comme une diffusion préférentielle du mouvement). Donc s'il n'y a pas de matière, il n'y a plus de conduction thermique.
Après il reste la propagation de l'énergie d'agitation par rayonnement du corps noir, qui lui (le rayonnement électromagnétique) passe quand même à travers le vide.

[yves95210]

Oui , Bosch mural de 1968 .

Faudrait savoir ce que Bosch aurait dit du problème à l'époque...

Parce que si aujourd'hui les fabricants de réfrigérateurs disent que leurs appareils consomment moins lorsqu'ils sont pleins (mais pas trop) que lorsqu'ils sont vides, c'est peut-être parce que leur conception a un peu évolué dans cet objectif (après tout ça favorise l'usage normal d'un frigo, qui n'est pas d'être vide...), moyennant une optimisation du cycle de refroidissement (périodicité, durée...) ?
ou une amélioration de la circulation d'air et de la précision du thermostat (je suppose que si la température intérieure est plus homogène et mieux contrôlée, moins ça demande d'énergie pour la ramener au niveau souhaité à chaque cycle) ?

[Archi3]

est-ce qu'il ne faut pas une certaine masse à l'intérieur du frigo pour qu'il y ait un flux de chaleur? Si on imagine un frigo à la paroi sans épaisseur et à l'intérieur absolument vide, aucune chaleur ne peut y pénétrer il me semble. Ca c'est un cas limite mais il me fait penser que moins il y a de masse à l'intérieur du frigo, moins il peut y avoir de flux de chaleur.

comment ça, je ne comprends pas? si il y a une différence de température il y a toujours un flux de chaleur !

le frigo en fonctionnement est une machine thermique qui prélève une chaleur Q à l'intérieur du frigo avec un travail W et rejette Q'=Q+W à l'extérieur. La chaleur Q est exactement compensée par celle qui rentre par les parois du frigo à l'état stationnaire (puisque c'est stationnaire...). Donc W est déterminé par la chaleur Q qui rentre par les parois.

[ArchoZaure]

Oui , Bosch mural de 1968 .
Tc de prise de température interne : à l'interieur du frigo , " en l'air " pas de fluctiuation notable pendant les mesures .
Une mesure dure environ 12 heures , après une mise à l'équilibre de 5 heures environ .
Il y a environ 3 mois de manip durant la période estivale dans un appartement inoccupé , sans aucun courant d'air en entrant une fois par jour au plus ...

C'est important toutes ces précisions.
Par exemple la précision du "'Où se trouve le thermomètre et qu'est-ce qu'il mesure".

Moi j'aime bien votre expérimentation.
Ça permet (le Wattmètre Velleman ne peut pas mentir) de déterminer la réalité des faits.
Vu qu'on est à la limite entre la théorie et l'ingénierie.
Par exemple on peut se poser ENSUITE (suite aux données mesurées qui font foi) la question de savoir si la fréquence de l’arrêt/démarrage du compresseur a une incidence sur la consommation.

Une question par exemple qu'on doit se poser.
Est-ce que la fonction de certains frigo permettant de faire circuler l'air a un effet sur la consommation ?
https://www.ubaldi.com/guides/refrig...id--gup149.php

[ArchoZaure]

comment ça, je ne comprends pas? si il y a une différence de température il y a toujours un flux de chaleur !

Non. Il faut de la matière pour conduire la chaleur, on a donc effectivement un cas particulier avec le vide.
Et dans ce cas on passe au niveau de la propagation dans le vide par onde électromagnétique (infrarouge par exemple).

[yves95210]

Par exemple on peut se poser ENSUITE (suite aux données mesurées qui font foi) la question de savoir si la fréquence de l’arrêt/démarrage du compresseur a une incidence sur la consommation.

Une question par exemple qu'on doit se poser.
Est-ce que la fonction de certains frigo permettant de faire circuler l'air a un effet sur la consommation ?
https://www.ubaldi.com/guides/refrig...id--gup149.php

ces deux questions rejoignent ce que je disais un peu plus haut...

[MissJenny]

comment ça, je ne comprends pas? si il y a une différence de température il y a toujours un flux de chaleur !

ah ok. J'avais compris que la température était une propriété de la matière, et donc que l'intérieur vide n'avait pas de température.

[titijoy3]

ah ok. J'avais compris que la température était une propriété de la matière, et donc que l'intérieur vide n'avait pas de température.

l'intérieur d'un frigo vide d'aliments est plein d'air, non ?

[Archi3]

Non. Il faut de la matière pour conduire la chaleur, on a donc effectivement un cas particulier avec le vide.
Et dans ce cas on passe au niveau de la propagation dans le vide par onde électromagnétique (infrarouge par exemple).

le rayonnement compte comme transfert de chaleur et obéit aussi aux lois de la thermodynamique

[Archi3]

ah ok. J'avais compris que la température était une propriété de la matière, et donc que l'intérieur vide n'avait pas de température.

meme réponse, il y a aussi une "température de rayonnement" (la température du corps noir émettant le même rayonnement, en l'occurence la même densité d'énergie). Une machine thermique peut en principe "pomper de l'énergie" du rayonnement, et si il y a des parois, elles émettent aussi du rayonnement. Ca explique en particulier pourquoi on a froid meme quand on a une température de l'air de 20°C mais à proximité de murs ou de fenêtres froides (d'ou l'importance de l'isolation), parce qu'une partie de la chaleur qu'on reçoit vient du rayonnement des murs, et que si il manque, on a froid.

[XK150]

C'est important toutes ces précisions.
Par exemple la précision du "'Où se trouve le thermomètre et qu'est-ce qu'il mesure".

Moi j'aime bien votre expérimentation.
Ça permet (le Wattmètre Velleman ne peut pas mentir) de déterminer la réalité des faits.
Vu qu'on est à la limite entre la théorie et l'ingénierie.
Par exemple on peut se poser ENSUITE (suite aux données mesurées qui font foi) la question de savoir si la fréquence de l’arrêt/démarrage du compresseur a une incidence sur la consommation.

Une question par exemple qu'on doit se poser.
Est-ce que la fonction de certains frigo permettant de faire circuler l'air a un effet sur la consommation ?
https://www.ubaldi.com/guides/refrig...id--gup149.php

Les mesures de conso ( pour UN point ) sur 12 heures environ , c'est pour rendre négligeable l'effet d'un cycle marche-arrêt de plus ou de moins sur le résultat .

Quand aux réfrigérateurs qui consommeraient moins plein que vide , je n'y crois pas . C'est du miracle ou du mouvement perpétuel , au choix du vendeur !

Le TC de mesure interne est " en l'air " scotché à la paroi , au milieu du volume principal : je n'ai jamais vu de fluctuation notable à l'équilibre , un tc , c'est facile mieux que 1/4 de ° .

[yves95210]

Bon, si je peux tenter une explication malgré mon incompétence notoire en thermodynamique...

Je suppose que la température de l'air est assez homogène dans le frigo, que le thermostat (qui mesure cette température, et pas directement celle des aliments) est assez précis, et que le moteur se met en route dès que la température relevée atteint un seuil haut, par exemple 0,5°C au-dessus de la consigne, et s'arrête dès qu'elle atteint un seuil bas, par exemple 0,5°C en-dessous de la consigne. Mais lorsque ces seuils sont atteints la température des aliments n'a augmenté / diminué que d'une petite fraction de 0,5°C, du fait de leur inertie thermique.

Le transfert de chaleur à travers les parois du frigo se fait entre l'air qu'il contient et l'air de la pièce où il se trouve, et il s'agit donc de refroidir un volume d'air d'autant plus petit que le volume occupé par les aliments est important (de plus, quand la température de ce volume d'air augmente, la présence des aliments, plus froids, contribue à freiner cette augmentation). Tant que le frigo n'est pas plein au point d'empêcher une bonne circulation de l'air(*), la quantité d'énergie qu'il consomme devrait donc être plus faible lorsqu'il contient des aliments que lorsqu'il est "vide" (mais pas vide d'air : au contraire il en contient plus).
NB : il ne s'agit pas de la quantité d'énergie consommée pour amener les aliments à la température de consigne, évidemment d'autant plus importante qu'on dépose une quantité d'aliments importante dans le frigo...

(*) Une des améliorations qui ont été apportées aux réfrigérateurs "modernes" par rapport à ceux des années 1960 concerne justement la circulation de l'air, ce qui doit les rendre plus tolérants à un remplissage important.

[XK150]

Plus on aurait de masse à tenir froide ( ou à tenir chaud , pour les fours ) et moins l'on consommerait !

Nous sommes proche de l'énergie libre et gratuite , je m'incline respectueusement !