Expérience isolation thermique.

[RosaParks]

Bonjour,

Nous sommes un groupe de terminal S option science de l’ingénieur et nous avons besoins de vos lumière concernant les calculs théoriques d'une expérience d'isolation.

Voici notre expérience : nous avons crée une boite en polyuréthane extrudée avec un lambda de 0.025 W/(m².K). Notre expérience consiste a mettre une plaque de matériau, isolant ou non, au milieu de la boite et chauffer un des deux compartiments afin que celui-ci augmente en température. Afin de tester le matériau qui sert de cloison, on a placé un capteur thermique qui est branché à un arduino dans l'autre compartiment qui n'est pas chauffé, dans l'optique qu'il prenne une acquisition toute les 30 minutes. on peut alors comparé les matériaux entre eux et savoir quel matériaux est le meilleur isolant et/ou possède une meilleure inertie.

Cependant nous sommes confrontés à un problème : nous voulons faire des calcules théoriques afin de prévoir quel température il fera dans le compartiment non chauffé, et comparer ce résultat théorique avec ceux obtenus par l’expérience. On veut donc calculer théoriquement les variations de la chaleur au cours du temps dans le compartiment vide avec une température de 50 ° dans le compartiment chauffé.
On commence avec de la laine de bois comme matériau qui séparent les deux compartiment.
Laine de bois ( lambda = 0.040 W/m².K et d’épaisseur 5 cm ). Température ambiante de 20°. La boite est épaisse de 6cm et possède comme dimension 59 cm de largeur et de longueur et 39 de hauteur.

Merci d'avance pour votre aide qui nous sera probablement très précieuse.

Cordialement,

Un groupe d'étudiant en Terminal SSI.
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[RosaParks]

Bonjour, nous avons toujours besoin d'un éclaircissement de votre part. Si quelqu'un pouvait nous fournir ne serait-ce qu'une piste de calcul nous lui en serions très reconnaissant.
Bonne journée.

[herakles]

Est ce que les déperditions à travers les parois de la boîte en polyuréthane extrudé sont prises en compte avec la température extérieure ?

Ou sont-elles jugées insignifiantes malgré le delta de T entre une ambiance intérieure à 50°C et une ambiance extérieure à 20°C, delta qui n'est pas le même entre la partie chauffée et la partie non chauffée ? .

[RosaParks]

Dans un premier temps les déperditions ne sont pas comptées. Nous peaufinerons notre modèle par la suite, le but étant de montrer l'ajustement du calcul théorique par rapport à la réalité en ajoutant de plus en plus de paramètres pris en comptes.

[A voir en vidéo sur Futura]

[herakles]

Je suis sceptique, vu les dimensions de votre boîte , qui devraient être plus grandes et au moins supérieures à 1m de façon à mettre en jeu d'autres paramètres = convection , rayonnement et conduction .

Les boîtes chaudes gardées qui servent à tester un matériau font en général plus de 2m x 2m x 2m dans tout laboratoire d'étude , avec un convecteur ou une source rayonnante dans le local chauffé .

D'autre part , un dispositif de réfrigération pour maintenir les mêmes températures des deux côtés , avec comptage de l'énergie extraite , est quelquefois installé dans le local froid .

Bien entendu , cela suppose de gros moyens qui ne doivent pas être à votre portée .

Mais vous pouvez placer une grande boîte remplie d'eau (constamment remuée ) dont vous mesurez la température toutes les 30 minutes dans le local non chauffé , cela donnera un aperçu plus réaliste de la quantité d'énergie qui transite à travers la paroi étudiée .

ceci dit , je ne suis pas ingénieur ni informaticien , simplement architecte, un tant soit peu au courant des phénomènes de transmission d'énergie à travers une paroi .

[invite66766bab]

D'accord avec Heracles

[RosaParks]

En quoi chauffer de l'eau change la donne si ce n'est une différence de température plus flagrante ?
De plus notre problème principal consiste à trouver le calcul de base permettant de simuler une température en fonction du lambda de l'isolant.
Nous avons testé avec une formule du type :
O = ∑ Uj.Aj.(Ti-Tj)

Avec Uj : coefficient global d'échange de la paroi j
Aj : surface de la paroi j
Tj : température ambiance de l'autre coté de la paroi j
Ti : température du local étudié (ce que l'on cherche)

U = 1/Rgénéral

Avec Rgénéral = Rsurface.interne + Rsurface.externe + ∑ des couches (épaisseur/lambda)

Cependant ce calcul ne nous a pas permis de trouver une température cohérente (plus froide que la température ambiante de la pièce)

[herakles]

Il est plus délicat de mesurer la température de l'air en un point donné , à cause des courants d'air parasites et de convection dans le local froid , à moins de brasser l'air dans ce local , mais cela fausse la résistance thermique superficielle de la paroi étudiée ( Rsi = 0.17 , et pour l'estérieur 0.13 à 0.15 selon la position de la paroi ..)

L'eau a au moins le mérite de "stabiliser " la température et de donner une moyenne plus réaliste , aussi bien que si vous mettiez une dizaine de sondes en pluieurs points de la pièce et que vous en faisiez la moyenne des températures relevées .

on peut aussi bien remplacer la boîte à eau par une brique pleine ou un carreau de béton en fond de la pièce , placée face à la paroi étudiée ( dimensions 60x30 par exemple ) .
les sondes seraient collées sur la brique ou le carreau .

[cornychon]

Salut,

Des mesures et des calculs simples

J’ai souvent eu à réaliser des préparations de laboratoire destinées à caractériser ou vérifier les calculs des transferts thermiques d’une zone à une autre.

Dans ce cas, pour rester en gros dans ce qui est demandé, je prendrais deux demi caisses parfaitement symétriques.
Pour faire simple une caisse parfaitement coupée en deux.
Je rapprocherais les deux demi-caisses pour n’en faire qu’une qui soit étanche à l’air à l’interface des deux caisses.
Je mettrais une source chaude réglable à l’intérieur de la caisse.
Je chaufferais pour obtenir en gros + 40°C à l’intérieur si je suis dans un labo à +20°C.
Je m’arrange pour éviter les courants d’air et des variations de températures significatives dans le local.
Il y a bien sur des sondes de températures un peu partout ! !
A l’équilibre thermique, j’ai une température int T2, une température ext T2 et une puissance dissipée P1
J’obtiens une résistance thermique par conduction globale R1
Entre les deux moities de caisse, il n’y a aucun échange thermique.
La résistance thermique d’une demi-caisse qui n’a pas d’echange « à la coupure » est de 2 R1.

Je coince entre les deux caisses un isolant thermique.
Je chauffe dans une caisse et j’attends l’équilibre thermique.
Je me retrouve avec :
Les deux températures intérieures
La température extérieure
La résistance thermique par conduction des caisses
Avec le R et le ΔT je peux calculer le flux de chaleur qui passe d’une caisse à l’autre,
Je calcule la résistance thermique de l’isolant qui se trouve entre les deux caisses

Remarque importante
On calcul facilement la résistance thermique globale de l’isolant qui se trouve entre les deux caisses.
On néglige les pertes qui se font sur les bords de l’échantillon.
Au plus la caisse est grande, au plus ces pertes deviennent négligeables.

Pour calculer les pertes sur les bords, ce n’est pas de la tarte. Les calculs donnent souvent des résultats complètement à cote du raisonnable et du possible.
Le pifomètre bien affuté d’un expérimentateur qui a un peu de bouteille, arrive à estimer les fuites avec une précision suffisante !

J’ai donné la méthode expérimentale pour bien expliquer les phénomènes, mais connaissant les propriétés physiques des isolants, il est possible de calculer sans passer par l’expérimentation.

[RosaParks]

Merci de vos conseils d'expérimentation

La formule théorique reste O = ∑ Uj.Aj.(Ti-Tj) ?