Echauffement local

[invite715ef3b4]

Bonjour,

je suis concepteur en mécanique, et pas particulièrement bon en électronique. J'ai un projet à réaliser, lequel comportant un système de résistance chauffante. J'ai trouvé la plupart des formules pour calculer de quoi j'avais besoin mais j'ai encore besoin d'aide ...

je m'explique :

Tout se passe dans l'eau.
On veut, en lui appliquant un courant éléctrique, chauffer une feuille de cuivre d'environ 1 cm² afin de varier très localement la température de l'eau (ed'environ + ou- 5°C). Les générateurs à disposition sont réglable en ampérage et voltage.

Je n'arrive pas à piger de combien de vol et d'ampère j'ai besoin pour ce faire !

Pouvez-vosu m'aider ?
Merci beaucoup.
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[invite715ef3b4]

Je continu à chercher et en fait j'ai trouvé une loi qui dit :

1 calorie = augmentation de 1°C dans 1 gramme d'eau.
Mais je ne sais pas si cette loi est proportionnelle, en ce cas pour un litre il faut 1000 cal ?

je précise que la résistivité de la feuille est de 5,67x10e-7 ohm (c'est du cuivre).

Je trouve que pour élever la température de 5°C il me faut un ampérage énorme (pas disponible surtout) donc j'ai du me tromper quelque part ...

je continue de chercher.

[DAUDET78]

Faut se pencher sur un truc qui me dépasse ..... la conductibilité thermique ! en effet ta surface de 1Cm² de cuivre est refroidi par l'eau (stagnante? agitée?) et le calcul me dépasse. Par contre, pour 5°, de mon expérience d'aquariophile, je pense qu'une résistance de 20W est largement suffisante pour faire des tests.
1/ comment mesures-tu la température du cuivre?
2/ tu disposes de 12V XXL Ampères ?

[invite715ef3b4]

A tout hazard si qqun lit ce topic ...

Je pense être bon dans mes calculs, le problème reste que l'ampérage demandé est très important, il em faut donc augmeter la resistivité, changer le matériaux en somme.

Connaissez vous des matériaux spécifiques aux résistances chauffantes ?

En vous remerciant.

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite715ef3b4]

Alors en fait l'eau est à 20°C, et on veut localement la chauffée à 25 environ.

Le générateur dispo est typé école (12 - 24v et je ne me souviens plus la plage des A).

Ce que j'ai trouvé en gros ça donne 20925 J, une résistance (avec le cuivre) de 5.67x10e-5 ohm, pendant 10 secondes, j'ai besoin de 6075 A. Deux TGV !
J'ai donc pensé changer de matériaux pour augmenter la résistivité et diminuer l'ampérage.

la température du cuivre, qui est au final plus celle de l'eau juste au dessus du cuivre, est mesurée aavec une petite sonde (coupleur thermique l'a-t-on nommée ...)

[DAUDET78]

Non, tu n'as pas besoin de puissance importante si tu veux élever ton cm² de cuivre de 5° par rapport à la température de l'eau . Avec une 8 Ohms alimenté en 12V, ça doit faire papa maman
Peux tu répondre à ma question #3 ?

[PA5CAL]

Bonjour

Je pense que raisonnement est incorrect, car je ne vois pas apparaître l'élément le plus important dans l'affaire : la résistance thermique entre l'eau et l'extérieur.

D'un autre côté, la capacité thermique n'est utile que lorsqu'on souhaite déterminer l'énergie (et non la puissance) minimale à apporter ou bien la vitesse de montée en température.


L'énergie communiquée à l'eau par le courant électrique fait augmenter sa température jusqu'à un point où on atteint l'équilibre entre la puissance apportée et la puissance dissipée vers l'extérieur.

Il est donc seulement nécessaire de connaître la résistance thermique entre l'eau et l'extérieur R_th(eau-amb) (en °C/W) et la température ambiante T_amb pour déterminer quelle puissance est nécessaire pour atteindre une certaine température de l'eau T_eau :

P = (T_eau - T_amb) / R_th(eau-amb)

Si la feuille a une section S (en mm²), une longueur L (en mm) et une résistivité (en Ω.m), alors pour un courant I (en A) on a :

P = 1000.I²..L/S

Avec ces deux formules on répond à la question.

[invite715ef3b4]

Le problème est que je ne connais pas Rth(eau-amb), mais un élément important est à préciser :

Le système est noyé dans 4 à 5 mètres cube d'eau, sensé représenter l'océan. Etant donnée que la chauffe est locale (le but est d'avoir un "courant" très très faible d'eau chaude), est-il nécéssaire de connaitre la température ambiante ?

Si oui est-ce qu'on peut calculer Rth(eau-amb) ?

Merci beaucoup.

DAUDET78, la troisième question doit être sur l'eau: elle est stagnante.

[PA5CAL]

Cette précision était nécessaire.

La température ambiante est donc celle des 4 ou 5 m³ d'eau, loin du dispositif. La "température de l'eau" est celle régnant proche du dispositif. En fait, comme on aura un gradient de température dans l'eau, il va être difficile de savoir exactement de quoi on parle (température de l'eau en contact avec la surface de la feuille, ou à distance de 1 mm, ou encore de 1 cm ?).

Il n'empêche que la résistance thermique dont je parle, et qui va dépendre ici à la fois des phénomènes (1) de convection et (2) de conduction thermique dans l'eau, est le paramètre essentiel à connaître. On ne peut pas y couper.

Pour l'obtenir, il est possible de modéliser les deux phénomènes, mais cela suppose de connaître précisément d'autres paramètres physiques (topologie et dimensions du dispositif, viscosité et coefficient de dilatation de l'eau, constantes thermodynamiques...). A mon avis l'expérimentation devrait donner des résultats beaucoup plus simplement et avec moins d'erreur.

[invite715ef3b4]

Je suis d'accord pour l'expérimentation, mais comment dois-je procéder ?

J'ai la chance de travailler en face du dispositif, donc je peux éventuellement faire ça rapidement.

[DAUDET78]

Tu fais ta manip avec une résistance 8 ohms sur du 12V ref 532-8246 radiospares.fr
http://radiospares-fr.rs-online.com/...220#breadCrumb
(je sais pas si le lien marche !)
Tu n'as pas répondu à la question :
Comment tu mesures la température de ton cm² de cuivre?

[invite715ef3b4]

la température du cuivre, qui est au final plus celle de l'eau juste au dessus du cuivre, est mesurée aavec une petite sonde (coupleur thermique l'a-t-on nommée ...)

Je ne saurais t'en dire plus, c'est apparement une sonde de température qui serait placé juste au dessus du petit morceaux de cuivre. Je me renseignerai là-dessus.

[invite715ef3b4]

Bien, voilà le problème résolu,

Q est le résultat de l'energie déployée pour élever une masse d'eau de (m) kg (ici 2x10^-3 kg) d'un écart de température donné (5°C) :

Q=m×C×∆ϴ

Q=X×4186×5

Q=(2∙10^(-3))×4186×5

Q=41,86 J

(le séquenceur d'équation de word est bcp plus pratique ..)


Ensuite on calcul la puissance nécéssaire à cet élévation :

P=Q/T

P=41,86/10 (on choisi 10 secondes)

P=4,186 Watt

Avec P=UxI et un U de 24 V on trouve I=0,17 A

Avec U=RxI on trouve R=137 Ohm

Seulement après calcul de la résistivité de ma feuille de cuivre qui donne environ 1,7x10^-6 Ohm, on est très loin du compte.
Plutot que de prendre un matériaux couteux pour obtenir la bonne résistance, j'ai donc choisi de prendre une résistance de puissance (sur radiospares).

Merci beaucoup pour votre aide, maintenant au moins je sais de quoi je parle ...

A bientôt.