Quelqu'un pourrait-il répondre aux questions suivantes:
Quelle est l'énergie, dans divers unités de mesure (kJoules, Watts, etc.) contenue dans dans 1 m3 d'eau à 90°? Quelle est la méthode de calcul pour d'autres volumes et en fonction de la température existante? Comment calcule t-on la perte d'énergie en fonction du coefficient d'isolation du contenant lors de son stockage?
Merci d'avance.
papimusique
Bonjour Papimusique,
Je pense qu'il s'agit d'un lapsus: le Watt est une unité de puissance, pas d'énergie.Quelle est l'énergie, dans divers unités de mesure (kJoules, Watts, etc.)
Le Watt.heure est une unité d'énergie noté W.h
( ou Wxh, pour être bien clair, mais surtout pas W/h comme on le voit hélas trop souvent).
L'unité légale d'énergie est le Joule, et 1 W.h = 3 600 Joule
Pour passer de la notion de puissance P (exprimée en Watt)
à celle d'énergie W (exprimée en Joule),
nous avons besoin d'introduire la notion de dûrée t (exprimée en secondes)
L'énergie est égale à la puissance X le temps:
Energie (en Joule) = Puissance P(en Watt) X Temps t(en secondes)
Par exemple une chaudière d'une puissance de 5 000 Watt qui fonctionne pendant 10 heures, c'est-à-dire 10 x 3600 secondes aura consommé (ou produit, si les pertes pouvaient être négligées) une énergie W égale à:
E = 5000 x 10 x 3600 = 180 000 000 Joule, soit 180 méga-Joule.
Vous voyez bien qu'ici, l'unité officielle d'énergie n'est pas d'un usage tès pratique.
C'est pourquoi, dans la pratique, nous lui préférons le W.h, et l'énergie apportée à notre chaudière (ou: produite par ...) s'écrit alors:
E = 5000 (Watt) x10 (heures) = 50 000 W.h, soit 50 kW.h
Pour en revenir à la question initiale:
je ne peux pas vous répondre si vous ne me dites pas quelle sera la température finale de cette masse d'eauQuelle est l'énergie contenue dans dans 1 m3 d'eau à 90°
Imaginons que vos 1 000 kg d'eau à 90°C servent à chauffer une maison comportant 5 radiateurs de 1 000 W chacun.
Au plus fort de l'hiver, nous aurons peut-être besoin d'une puissance instantanée de 5 fois 1 000 W, soit 5 kW.
Pendant combien de temps allons nous avoir assez d'énergie pour que la température de l'eau ne descende pas en dessous de 60°C ?
Temperature initiale 90°C
Temperature finale 60°C
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Différence de température dT = 30°C
Energie dépensée (en Joule) = masse d'eau x chaleur massique de l'eau x Différence de température dT
masse d'eau m = 1 000 kg
chaleur massique de l'eau = 4186 Joule/°C/kg (*) voir en bas de page
différence de température dT = 30°C
Energie dépensée = 1 000 x 4186 x 30 = 125 580 000 Joule, soit 125 580 kJ
Nous avions vu un peu plus haut que
Energie W(en Joule) = Puissance P(en Watt) X Temps t(en secondes)
nous pouvons exprimer le temps en fonction de l'énergie disponible et de la puissance demandée:
Application numérique:
En divisant cette dûrée par 60, nous obtenons 418 minutes, soit environ 7 heures.
En pratique, une chaudière de chauffage central ne fonctionne pas en continu.
Par exemple, en considérant que les radiateurs n'aient besoin d'énergie que le tiers du temps, nous multiplions alors par 3 le temps, soit 21 heures.
Bilan:
Le mètre-cube d'eau à 90°C a bien chauffé la maison pendant une journée.
Sa température est maintenant de 60°C.
Comment nous chaufferons-nous après-demain?
Désolé d'avoir été auusi long!
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(*) En toute rigueur, les températures doivent s'exprimer en Kelvin
chaleur massique de l'eau = 4186 J · kg^-1 . K^-1
J'ai utilisé la lettre E pour désigner l'Energie, bien qu'elle soit habituellement désignée par la lettre W
(mais risque de confusion avec les Watt)
Ouk A Passi, Bonjour et merci,
J'explique le but de mon intervention...
Je suis en train de travailler la possibilité d'utiliser un moteur stirling que j'envisage de réaliser (si les calculs donnent des prévisions réalistes) pour produire en permanence 3OO Watts d'électricité avec comme stockage de l'eau chaude.
Aussi je m'interroge et fais des expériences diverses...
J'ai par exemple constuit une parabole de 1,40 m de diamètre
(environ 2 m2) pour calculer le temps mis en pratique pour élever 1 litre d'eau à 100°.
Réponse... ne pas compter moins de 20 minutes! Cela représente donc 3 litres en 1 heure X 8 heures en moyenne d'ensoleillement par jour, soit 24 litres!
C'est peu!
Je finis par me demander si la mode de l'énergie solaire actuelle n'est pas une vaste escroquerie!
Depuis, j'ai trouvé le moyen de produire mon eau chaude avec un procédé technique simple à mettre en oeuvre, peu coûteux, à plat, sur des surfaces de plusieurs m2, sur le sol ou dans des combles.
Donc actuellement, je cherche à savoir:
Si j'arrive à avoir avec mon procédé 1m3 d'eau à ma disposition à 90°, combien de temps je vais faire fonctionner mon moteur, s'il a un rendement de 50 %, ce qui serait techniquement possible au regard des derniers brevets déposés.
Le résultat de mon calcul serait 15 heures.
Est-ce exact?
mais ça se complique...
24 heures par jour, minimum 5 jours d'autonomie...
D'après mes calculs, il me faudrait 8 m3... et je n'ai pas compté les pertes d'énergie de cette masse d'eau chaude du fait d'une isolation imparfaite de la cuve de stockage!
Là où ça se complique encore, c'est pour la surface nécessaire de capteur solaire pour produire cette eau chaude à 90 °! Entre nous, je pense plutôt atteindre 70 ° plutôt que 90!
Je calcule sur mes bases d'origine, soit 80 °.
1 m2 produit donc 12 litres d'eau à 90° sur une journée.
d'ensoleillement.
Combien de surface de panneaux dois je disposer pour produire mes 8 m3 d'eau chaude, sachant qu'en moyenne dans ma région, on peut calculer 3 jours de soleil pour un sans, sur une année, donc 2,6 m3 .
2600 litres divisé par 12 litres donne 216 M2!
J'espère que je me trompê quelque part!
Si vous savez où est l'erreur, merci de me corriger.
papimusique
bonjour,
le rendement du moteur stirling dépend trés fortement de la difference de temperature entre la source chaude et la source froide.s'il a un rendement de 50 %
Je ne pense pas que tu puisse esperer beaucoup mieux que le rendement d'un cycle de carnot
a savoir rendement = 1 - TF/TC avec TF (source froide en ° Kelvin) et TC (source chaude en ° Kelvin)
avec un delta T de 100 ° aux temperatures ambiantes tu obtient un rendement maxi de 30 %
en considerant un rayonnement solaire de 700 W par m² il faut moins de 5 min pour elever 1 la temperature de 1 litre d'eau de 80°CJ'ai par exemple constuit une parabole de 1,40 m de diamètre
(environ 2 m2) pour calculer le temps mis en pratique pour élever 1 litre d'eau à 100°.
Réponse... ne pas compter moins de 20 minutes! Cela représente donc 3 litres en 1 heure X 8 heures en moyenne
si tu met 20 minutes, c'est que ton systeme à 75 % de pertes. C'est déja pas mal, mais il doit encore y avoir de nombreuses choses à ameliorer pour descendre à moins de 10 minutes.
Les pertes dans un capteur solaire dependent enormement de la temperature au quel ce systeme travail. Il est beaucoup plus facile d'avoir un bon rendement en travaillant sur de gros volumes à basse temperature que sur de petits volumes à haute temperature.
Mais la le rendement du moteur stirling s'effondre...
Il faut donc particulierement soigner la conception des capteurs et eventuellement differencier les capteurs en fonction de la temperature à la quelle ils travaillent. Pour monter de 20 à 40° les panneaux plans marchent trés bien, pour monter plus haut en temperature, les capteurs a tube sont efficaces et pour aller encore plus haut des concentrateurs paraboliques. En soignant bien l'isolation thermique partout
fred
bonjourJe suis en train de travailler la possibilité d'utiliser un moteur stirling que j'envisage de réaliser (si les calculs donnent des prévisions réalistes) pour produire en permanence 3OO Watts d'électricité avec comme stockage de l'eau chaude.
ton projet est il à but utilité (vraiment besoin de ces 300W) ou juste pour le plaisir?
Bonjour à tous les deux.
Mon moteur stirling serait pour mes besoins d'habitation, donc utilitaire.
Pour ce qui est du mauvais rendement supposé de ma parabole, j'ai essayé avec 2 produits réflecteurs qui donnent le même résultat, le mylar et le miroir adhésif. j'ai éliminé le film en aluminium.
Il est moins bon réflecteur que les 2 autres produits car récupérant une partie de l'énergie produite et très difficile à coller sans plis.
Je ne connais pas de paraboles disponibles sur le marché d'une dimension équivalente à la mienne qui donnerait un meilleur résultat que 1 litre d'eau en ébullition en moins de 20 minutes.
Curieusement, j'ai trouvé une étude d'une université, limoges, je crois, qui déclarait produire avec les mêmes dimensions de parabole 1 litre d'eau en 5 minutes... avec de l'aluminium comme réflecteur...
C'est sur cette bas là que j'ai décidé de me lancer dans mes expériences et mes projets.
J'ai du mal à croire ce résultat... le calcul de ma forme de parabole est bon.
Il y a une grande différence entre obtenir 1 litre d'eau bouillante en 5 minutes ou en 20 minutes... soit en une journée 24 litres ou 96 litres...
Mon avis peut évoluer si on me démontre en pratique que l'on récupére au moins 700 Watts d'un capteur solaire thermique en 1 heure et non pas en 1 journée de soleil.
Je vais faire l'expérience bientôt si on m'affirme que c'est possible et calculer de même, l'augmentation de température d'un litre d'eau en 1 heure.
papimusique
bonjour,
le principal probleme, quand tu chauffes de l'eau au moyen d'une parabole, ce n'est pas de chauffer l'eau , c'est d'éviter qu'elle se refroidisse.
les tubes sous vide reglent en partie ce probleme, mais ils sont d'une construction delicate pour un amateur.
c'est dans cet esprit que je te conseillait de ne pas utiliser les mêmes technologies de capteur en fonction de la temperature de travail.
Les capteurs plans, les plus economiques te permettent de monter la temperature de l'eau entre la temperature ambiante et la temperature ambiante + 15 ou 20 ° d'une avec un bon rendement. Pour monter plus haut en conservant un bon rendement, il faut changer de technologie. Les tubes sous vide, plus couteux, te permettent de gagner encore 20 ou 30 ° en gardant un rendement honorable. pour terminer, les systemes a concentration semblent indispensables. Un tube sous vide au foyer d'un reflecteur cylindroparabolique devrait être performant
fred
Ne peux tu pas t'en passer de ces 300W? Es tu isolé du réseau EDF? Ça fait beaucoup de boulot, beaucoup de complication pour si peu d'énergie...Bonjour à tous les deux.
Mon moteur stirling serait pour mes besoins d'habitation, donc utilitaire.
bonjour,
Même si cala paraît plus compliqué, il y a le plaisir de la réalisation après avoir fait travailler ses méninges!
Encore faut-il que cala soit au départ crédible, réalisable!
Il faudrait des capteurs plan sous vide!... soit...
Cela voudrait bien dire que ceux qui ont acheté depuis de nombreuses année des capteurs thermiques standard se sont fai "entuber"!
Je viens de lire une étude qui dit qu'il y très peu de différence de rendement entre les anciens types de capteur et cette nouvelle technologie...
Conclusion, le solaire est donc bien une mode écologique et non une alternative sérieuse aux autres énergies... la preuve, pour vendre le solaire, il faut le subventionner avec les bénéfices du nucléaire, sinon personne n'en voudrait, sinon les écolos purs et durs!
Toujours ma même question pour être carthésien, tenace et sérieux...
Avec cette nouvelle technologie de panneau sous vide, pour comparaison, en combien de temps passe t-on 1 litre d'eau de 15° (sortie moyenne d'une eau d'un robinet ou d'une réserve d'eau de pluie) à par exemple 70°, sachant que seul un four solaire (parabole) peut faire bouillir de l'eau à notre lattitude.
papimusique
bonjour,
il ne faut pas partir sur des conclusions trop rapides.Conclusion, le solaire est donc bien une mode écologique et non une alternative sérieuse aux autres énergies
les panneaux plan ne sont pas prevus pour chauffer l'eau a 90 ° et le font trés mal Cependant ils marchent bien à plus basse temperature. La mode semble etre aux economies d'energie et aux economies financieres, le chauffage solaire basse temperature est vraiment "in"
si tu veux monter a haute temperature, il faut simplement d'autres systemes qui sont plus delicats que de simples radiateurs peints en noir derriere une vitre.
Pour les panneaux "plans" on definit souvent une temperature dite de "stagnation" qui est la temperature qu'ils atteignent sans aucune circulation, a cette temperature de travail ils ont un rendement nul. Cela n'empeche pas qu'a des temperatures plus faibles ils remplissent parfaitement leur office.
fred
si ta parabole a un mauvais rendement il faut plutot parler de ce qu'il y a au foyer
il faut que la lumiere qui arive au foyer ne reparte pas : la solution n'est pas de mettre un truc noir au foyer : c'est de mettre une chaudiere avec un trou d'entré placé au foyer : la lumiere entre et se perd par reflexion multiple sur les paroi interne : les paroi externe peuvent etre bien isolé pour eviter les pertes
rendement maximum d'une machine thermique (striling vapeur ou n'importe quoi d'autre ) :
rendement = 1 - Tf / Tc
avec de la chaleur stocké dans de l'eau Tc = 100°c maxi
Tc = 100 + 273 = 373°K
Tf est la temperature a laquelle on reussi a refroidir la partie froide du stirling ou le condenseur de la machine a vapeur : avantage pour la machine a vapeur , le condenseur peut etre gros pour etre efficacement refroidit : avec le stirling c'est moins facile
disont 40°C
Tf = 40 + 273 = 313°K
rendement = 1 - 313 / 373 = 0.16 = 16%
mais ce n'est qu'un maximum theorique la realité est terible il faudra te contenter de moins
l'avantage du stirling est de pouvoir marcher a haute temperature il faut le mettre au foyer de la parrabole et le faire marcher a 500°C
Tc = 500°C +273 = 773°k
Tf = 80°C + 273 = 353°K
rendement = 1 - 353 / 773 = 0.54 = 54%
c'est mieux : ca fait rever !
mais le stirling au foyer doit produire quand il y a du soleil , si il ne tourne pas il faut volontairement deregler la parabole pour ne pas le faire fondre
Bonjour,
Je n'ai pas de problèmes particuliers pour la réalisation du moteur stirling "basse température". C'est surtout une affaire de surface de piston importante, de choix du fluide intérieur, de pression...
Pas de secrets! Augmentation de la puissance = obligatoirement une plus gande surface de piston... A trancher les compromis et définir les matériaux à utiliser, en se limitant à un fonctionnement face chaude de 100 °...
Pour un fonctionnement en permanence de ce moteur jour et nuit, je ne vois pour le moment que l'eau chaude comme stockage d'énergie. J'ai aussi pensé à l'air mais pas vraiment étudié le problème.
Pour ce qui est de la production de l'eau chaude, je vais suivre le conseil, la voie proposée et repartir sur une idée antérieure que j'avais laissé de coté de "capteur maison" avec lequel l'énergie captée par le réflecteur est retenue en grande partie, car contenue dans une enceinte fermée et isolée, sur la base de "réflecteurs plan".
je vais donc faire un proto et analyser les résultats, lesquels, je l'espère seront meilleurs que ma parabole de 1,40 m de diamètre et sa gamelle en cuivre "antiquité". Encore un nouveau projet!
Toujours le même objectif à ateindre, faire bouillir 1 litre d'eau en moins de 5 minutes avec le solei! Est-ce vraiment possible? Je suis en attente de vos solutions si vous en avez!
Papimusique
bonsoir,
le problème n'est pas vraiment nouveau
en 1878 augustin MOUCHOT faisait tourner un moteur à vapeur de 1/2 cheval avec une parabolle de 5 m de diametre.
http://www.outilssolaires.com/Glossaire/pop-Mouchot.htm
déja, il s'interrogeait sur le peek oil
http://cuisson-solaire.over-blog.fr/...-24345429.html
Pour en revenir à ton problème de moteur stirling, cela à déja été fait avec un moteur à vapeur, pour des puissances comparables, avec un reflecteur de 5m de diametre il y a 130 ans.
Les moyens actuels étant plus évolués, il est donc surement possible de faire un peu mieux.
cordialement
fred
Bonjour verdife,
Merci pour ces dernières informations et ces gravures.
Celles-ci sont très intéressantes et encourageantes.
Il arrivait donc à un résultat presque équivalent au mien avec une solution plus simple!
L'évolution est d'insérer "ma gamelle" dans une enceinte en verre!
Il y a donc plus qu'à faire un proto "maison" avec mon principe de capteur plan et analyser le résultat.
Au passage, ce "cheval" correspondait à quelle valeur et mesure d maintenant?
Merci d'avance.
papimusique
Pour son expérience de chauffage de l'eau, il n'avait qu'un réflecteur d'un développement de 0,5 m2, soit 1m X 0,5m!
papimusique
bonjour,
1/2 cheval cela fait un peu plus de 350 Watts.
fait une petite recherche sur four solaire ou sur solarcooking tu trouveras de multiples realisations.
pour info ce four http://www.solarcooking.org/images/chinese-para1.jpg fait à partir de tole recuperée à les mêmes performances que le tien , il fait bouillir 1 litre d'eau en 20 minutes.
fred
Bj rpapy musique,
Je ne comprends pas que tu veuilles passer par un systéme:
Calorique (soleil)+ mécanique (striling)+mécanique (générateur électrique) pour transformer cela en................calorique (chauffée eau).
Là y a qq chose de "dérangeant", !!
Les "électrons" sont bien trop précieux, pour les réduire à ce travail de "bas étage" : calories tu étais , calories tu retournetras !
Bonne jounrée
Bonjour, f6bes
Je crois que nous ne sommes pas sur la même longueur d'onde...
Je veux faire tourner jour et nuit un moteur stirling d'une puissance d'environ 300 Watts.
Moralité, je récupére de l'énergie solaire, la transforme en thermique qui se transforme par la suite en électricité.
Une autre autre raison de ce passage par le thermique pour un fonctionnement 24H/24 est que le moteur stirling en basse température doit impérativement être horizontal (position de fonctionnement du déplaceur). Si ce n'est pas le cas, la perte de rendement est très importante.
Ma démarche ne devrait pas surprendre...
Actuellement, on prends bien des atomes pour chauffer de l'eau et faire de l'électricité!
J'ai rejeté la solution du moteur thermique haute température, ne pouvant pas "bricoler" dans cette matière...
C'est hors de mes compétances et celles d'un bricoleur moyen!
papimusique
Bonjour, f6bes
Je crois que nous ne sommes pas sur la même longueur d'onde...
Je ne cherche pas à produire de l'eau chaude, mais en final de l'électricité, 300 Watts, 24h/24, via de l'eau chaude stockée.
La raison aussi de produire de l'eau chaude à coté de mon moteur stirlling est que celui-ci ne fonctionnera pas correctement autrement qu'avec son déplaceur à l'horizontale. Dans d'autres positions que l'horizontale, la perte de rendement est très importante en "basse température"...
Papimusique
Bonjour, verdifre
On est bien d'accord, difficile de faire mieux avec la solution de base simple d'une parabole et d'une gamelle!
On doit donc bien améliorer le système et c'est encore possible!
A trouver la meilleure solution adaptée à son projet!
Au bouleau! pour le plaisir!
Papimusique
En fait, s'est pour produire ta propre électricité non?
Tu réinvente la centrale à concentration solaire.
Certaines utilisent le stockage thermique pour pouvoir produire en continu le jour comme la nuit.
Le problème c'est qu'il y a un facteur d'échelle. Avec une petite installation tu perds du rendement car ton réservoir est plus petit.
Tu peux essayer de t'inspirer de ce qui se fait actuellement mais je sais pas si on trouve les infos techniques facilement.
Les concentrateurs cilyndro-paraboliques ont la cote.
http://www.univers-nature.com/inf/in...e1.cgi?id=2832
Pourquoi horizontal ?Envoyé par papimusique
Concernant la température maximum, avec une "cocotte minute", au lieu d'un gamelle, rien n'empêche d'avoir de l'eau à une température supérieure à 100°C.
En été, quand la source "froide" est à 40°C, il faut augmenter la température de la source chaude si on ne veut pas que le rendement s'effondre !
Au passage, pour le rendement, il faut aussi stocker du froid...
Bonjour,
C'est exact, et j'y pense sérieusement, le concentrateur cylindro-parabolique me parait intéressant pour produire cette eau chaude que je recherche...
Un seul axe pour fixer le soleil!
Sur cette base là, j'ai une autre solution que je compte évaluer avec des miroirs plans, faible focale, plus facile à réaliser!
Pourquoi le moteur stirling doit-il fonctionner horizontalement?
Constatation! Dans un premier temps, avant de réaliser mon propre moteur, j'ai acheté un petit moteur "gadget", environ 2 mW.
Je l'ai installé sur diverses solutions de capteurs solaires, dirigé directement sur le soleil, donc non horizontal. Je ne connais pas la raison et je ne cherche pas à la trouver... il s'arrête pratiquement de fonctionner quand il n'est plus horizontal!
NB:
Je viens de lire sur internet que le mylar ne serait pas une bonne solution pour réfléchir la lumière mais l'aluminium!
Il est à constater que les miroirs actuels sont réalisé par un dépôt d'aluminium sur du verre!
Le meilleur serait de la tôle aluminium très fine.
A exclure l'aluminium alimentaire, trop fragile car trop fin!
QUESTION:
Où trouver cette tole aluminium adéquat?
Papimusique
Bsr Papimusique,
Voir "aluminier" de ta région, là éventuellement :
http://www.almet-metal.com/reseau_france.html
(L'alu c'est pas donné !)
Pense à le vernir, sinon il ternira .
Bonne soirée
De l'alu réfléchissant pas cher: les pare-soleil estivaux pour voitures ou couvertures de survie.
Pour augmenter le rendement d'une parabole solaire: mettre l'eau dans une cocotte noire enveloppée dans un sac en plastique transparent (effet de serre) hermétique.
Bonjour, 42jerome
Le plastique va fondre!
je crains que seul le verre puisse convenir. Ce n'est pas évident pour un bricoleur et sans doute coûteux de suivre l'idée de la parabole solaire hydro semi-eliptique du type de celle qui est commercialisée actuellement .
C'est entre autre pour cette raison que ma solution de panneau solaire à faible focale à panneaux plan et verre plan me séduit et donc de la tester sur 1 ou 2 m2.
aluminium pur plus vernis : reste a trouver le bon vernis
les miroir autocollant en milar metalisé sont tres bien : le mylar est plus solide que n'importe quel vernis
j'ai recouvert des parrabole tv avec ce genre de miroir ca marche bien est ca supporte les intemperie quelques années
le mirroir autocolant doit etre coupé en bande pour s'adapter a la courbure sans plis ...
Pour fonctionner verticalement, il faut un contre poids pour équilibrer, ou un second moteur qui tourne avec un décalage d'un demi-tour. Mais, a par cela, je ne vois pas pourquoi ça poserait problème...
Les expériences que j'ai vues dans les pays du tiers-monde montre que ça marche: le plastique ne touche pas la cocotte noire: la lame d'air les sépare.: ça fait comme une cloche. La cocotte est posée sur une planche de bois ainsi le plastique ne touche jamais la cocotte.
