Capteur de flux thermique

[invitefee79fbf]

Salut à tous,

Dans le cadre de mon projet, j'aimerais mesurer la conductivité thermique (lambda) d'un matériau (en l’occurrence un aerogel).
N'ayant pas trouvé de moyen expérimental pour la mesurer directement, je pense plutôt mesurer le flux de chaleur traversant ce matériau, puis calculer la conductivité thermique avec la loi de Fourier.

J'ai vu qu'il existait de tels capteurs, mais je n'ai pas trop compris comment ils fonctionnaient, si comment les utiliser. Auriez-vous des informations à me donner ?
Pensez-vous que je pourrait mesurer le flux thermique traversant mon matériaux, d'une épaisseur d'un cm, ayant un lambda environ égal à 14 mW.m^-1.K^-1 ? Et comment ?


Merci d'avance pour votre aide !
-----

[cornychon]

Bonjour,

Dans les années 70 j’ai mis au point un appareil à mesurer la resistance thermique d’un échantillon de matériaux. Connaissant les caractéristiques dimensionnelles et le flux thermique, on a la conductivité thermique.

Voir ce lien pour le principe :
http://www.techno-science.net/?ongle...efinition=3362
Je ne suis pas d’accord avec les explications. De plus, le nombre de points de mesures est insuffisant.

Sur le schéma, l’indication bain thermique était en fait un bloc de cuivre dans lequel je faisais circuler de l’eau du robinet. La temperature du bloc est proche de la constante.
A la partie supérieure, un bloc de cuivre contenait une résistance chauffante.
Entre les deux blocs, deux barres de cuivre diamètre 20 mm, long 250 mm.
Soit une barre de 500 mm coupée en deux.
Un système mécanique à glissières permettait de faire toucher parfaitement les deux extrémités des barres.
Tous les 50 mm, il y avait un petit trou pour y recevoir un thermocouple.
J’avais donc environ 10 points de mesures.

Oublions quelques instants les pertes thermiques entre le cuivre et l’air, et la résistance thermique de la jonction centrale (interface entre les deux barres)

A l’équilibre thermique, la chute des températures représente une droite.
Avec la jonction entre les deux barres, on constate deux droites décalée l’une par rapport à l’autre. Ce décalage correspond à la résistance thermique de la longueur de cuivre équivalente.
Le gros avantage de ce système est de pouvoir mesurer des interfaces avec et sans graisse, des matériaux très minces, des colles, des aérogels, des matériaux.

Lors de la réalisation des mesures, je mettais environ 100 mm de laine de verre autour de l’appareil.
Les deux droites sont théoriquement parallèles, mais les pertes se mesurent par la déformation des deux parallèles.

Si tu travailles en laboratoire, c’est facile à mettre en œuvre.

A l’époque, cette idée avait fait l’objet d’un brevet. Les universitaires qui travaillaient sur les composants informatiques venaient me voir pour faire des mesures.

Les fournisseurs de matériaux type colles, graisses conductrices, matériaux minces, donnaient des conductivités thermiques issues d’approche théoriques.
Rien à voir avec la réalité. Il pouvait y avoir des écarts pouvant aller jusqu’à un facteur 10 ! ! !

[Larzacien]

bonjour, Mais l'aérogel, c'est en vente où ????

On dit que c'est exceptionnel, mais c'est impossible à trouver, dommage.

[invitefb8419fe]

aerogel.org le labo officiel

leur sponsor officiel : http://www.buyaerogel.com/

ce qui, je suis en train de m'apercevoir, n'a rien à voir avec le sujet de cette discussion ...

[A voir en vidéo sur Futura]

[Larzacien]

bonjour, ça n'a peut-être rien à voir avec le sujet de la conversation, mais depuis qu'on en entend parler, et qu'on entend dire que c'est exceptionnel, on aimerait bien en trouver dans les merlins pinpin castoche et autre brico discount.

[invitefb8419fe]

ca n'arrivera pas , pas avant 10 ans

le brevet de l'aerogel est americain, je crois qu'une chercheuse en inde à reussie a en generer à partir de cosse de riz , faisant baisser le cout

mais, quoi qu'il en soit, c'est une matiere qui potentiellement envois en préhistoire tous les autres type d'isolation. donc flingue le marcher. (1cm d'aerogel = 17 cm de plostyrene si je me rappel bien)

une entreprise suisse propose des ITE en renovation a partir de plaque d'aerogel en morceau.

bref, c'est l'avenir mais nous sommes au présent ...

[invitefee79fbf]

Salut à tous,

Je vais un peu reprendre mon topic en main.

Tout d'abord sur les aérogels. Je m'en suis procuré en envoyant plusieurs mails à des entreprises allemandes qui en fabriquent, l'une d'elle m'a envoyé 3 plaques format A4 d'un matériau qu'ils développent à base d'aerogel. Mais ce n'est pas ce solide semblable à un gel bleu clair et transparent, avec des super propriétés.
Ça ressemble plutôt à ça :
http://www.buyaerogel.com/wp-content...mm-300x300.jpg

Je n'ai pas encore essayé de découper une plaque, de l'approcher du feu ou de faire d'autres expériences du genre, je ne sais pas encore vers quoi m'orienter.



Sinon, merci beaucoup cornychon, ton lien est intéressant.
Mais je ne vois pas vraiment comment mettre ton procédé de mesure en œuvre pour mesurer le lambda de ma plaque.

En fait, je pensait plutôt contourner le problème de la mesure directe de ce lambda en mesurant plutôt le flux thermique qui traverse ma plaque, pour ensuite calculer le lambda avec la loi de Fourier : j=-λ*div(T) avec j le flux et la T la température.
Appliqué à un solide plan (mon matériau) d'une épaisseur e et dont je néglige les effets de bord, j’obtiens j=-λ*(T₂-T₁)/e avec T₂ et T₁ les températures de chaque côté de ma plaque.

Il existe des moyens à première vue relativement simples de mesurer le flux thermique, et c'est sur ces moyens que j'aimerais de l'aide.

-> Comment mesurer le flux thermique (capteurs de flux thermique : lesquels connaissez-vous ?)


Merci de votre aide, et joyeux Noël à vous et à votre famille

[laplaya]

Le principe est celui de cornichon :

Établir un flux thermique en régime permanent entre deux plaques conductrices qui sont donc à température constante mais différentes.

En général on cherche à déterminer la puissance nécessaire pour maintenir la plaque chaude qui se refroidit à travers l'isolant à mesurer, si c'est une résistance électrique, un multimètre suffit !

La source froide devant simplement être suffisamment puissante pour maintenir la température de la plaque froide (l'exemple de l'eau courante est ce qu'il y a de plus simple comme le fait cornichon !)

Bien sur on isole le tout de l'extérieur.

[cornychon]

-> Comment mesurer le flux thermique (capteurs de flux thermique : lesquels connaissez-vous ?)
Merci de votre aide, et joyeux Noël à vous et à votre famille

Bonjour,

Si j’avais à caractériser la résistance thermiques de tes échantillons, je partirais d’une résistance thermique totale comme décrite dans le lien suivant.

La résistance thermique totale RT d'une paroi d'ambiance intérieure chaude à ambiance extérieure froide,
http://www.energieplus-lesite.be/index.php?id=10252

Tu réalises par exemple une caisse parallélépipédique en contreplaqué épaisseur 10 mm
Elle pourrait avoir comme dimensions extérieures :
Une base de 29.7 x 29.7
Une hauteur de 21


A l’intérieur de la caisse :
Une source chaude réglable, d’environ 1 kW
Pour avoir un minimum de rayonnement, placer la source chaude dans un peu de laine de roche
Un ventilateur pour obtenir un air isotherme,
Un ou deux thermocouples pour mesurer les températures de l’air ambiant.
Un à deux thermocouples pour mesurer l’air ambiant extérieur,
La caisse doit être pendue avec du fil de fer pour garder toutes les faces à l’air libre extérieur.

Tu fais dissiper à l’intérieur un flux de chaleur constant,
A l’équilibre thermique, tu as l’énergie dissipée et le ΔT int-ext.
Tu as donc la résistance thermique entre deux isothermes.
Au besoin, tu as également la résistance thermique par unité de surface.

Tu remplaces ensuite une des faces de 21 x 29.7 en contreplaqué par l’échantillon de 21 x 29.7 à mesurer.
Si nécessaire, pour lui donner un peu de tenue mécanique, utiliser un bout de grillage à poule qui a une résistance thermique négligeable.

Tu règles ensuite la dissipation de la source chaude pour retrouver les mêmes températures des deux isothermes.

Avec la différence de flux thermique et le ΔT air int-ext tu as la résistance thermique. Avec cette résistance thermique, tu as la conductivité thermique.


Nota :
Pour faciliter la préparation de cette expérience, rendre les mesures plus fiables, il est tout à fait possible de partir sur une caisse plus grande. Seule la différence de flux de chaleur compte

[inviteb0ee93a8]

Bonjour

Je me permet de répondre à cette discussion car je vois que la réponse à la question n'a pas été donnée.
Un capteur de flux est une simple plaque, d'une résistance thermique bien connue et très faible sur laquelle on mesure la différence de température entre chaque face. De cette façon on retrouve le flux de chaleur qui le traverse.

L’intérêt de ce type de capteur est qu'il permet de ne pas trop perturber le flux initial, correspondant à une situation établie. Dans ton cas cela n'a pas d'importance, vu que tu ne désires pas connaitre le flux, mais uniquement la valeur de résistance thermique. Pour ceci il suffit de poser une couche d'un isolant de valeur connue (par exemple une couche de polystyrène ; pour une meilleure estimation il faut utiliser une résistance qui soit du même ordre de grandeur que l'aérogel donc il faut adapter l'épaisseur) et prendre ces 2 isolants en sandwich entre 2 plaques de températures différentes. Il suffit alors de mesurer la température entre les 2 isolants.

Si l'aérogel est collé à la plaque froide : Soit Tc la température de la plaque chaude, Tf la température de la plaque froide, Ti la température intermédiaire, Rc la résistance connue de l'isolant additionnel, R la résistance de la plaque d’aérogel.
Il suffit de résoudre l'équation Ti-Tf = (R / (R+Rc)) * (Tc-Tf)

Il faut réaliser la mesure une fois que la température mesurée ne bouge plus depuis suffisamment longtemps, et se placer suffisamment loin des bords (au moins à 3x l'épaisseur formée par les 2 isolants)

[cornychon]

Bonjour

Je me permet de répondre à cette discussion car je vois que la réponse à la question n'a pas été donnée.
Un capteur de flux est une simple plaque, d'une résistance thermique bien connue et très faible sur laquelle on mesure la différence de température entre chaque face. De cette façon on retrouve le flux de chaleur qui le traverse.

L’intérêt de ce type de capteur est qu'il permet de ne pas trop perturber le flux initial, correspondant à une situation établie. Dans ton cas cela n'a pas d'importance, vu que tu ne désires pas connaitre le flux, mais uniquement la valeur de résistance thermique. Pour ceci il suffit de poser une couche d'un isolant de valeur connue (par exemple une couche de polystyrène ; pour une meilleure estimation il faut utiliser une résistance qui soit du même ordre de grandeur que l'aérogel donc il faut adapter l'épaisseur) et prendre ces 2 isolants en sandwich entre 2 plaques de températures différentes. Il suffit alors de mesurer la température entre les 2 isolants.

Si l'aérogel est collé à la plaque froide : Soit Tc la température de la plaque chaude, Tf la température de la plaque froide, Ti la température intermédiaire, Rc la résistance connue de l'isolant additionnel, R la résistance de la plaque d’aérogel.
Il suffit de résoudre l'équation Ti-Tf = (R / (R+Rc)) * (Tc-Tf)

Il faut réaliser la mesure une fois que la température mesurée ne bouge plus depuis suffisamment longtemps, et se placer suffisamment loin des bords (au moins à 3x l'épaisseur formée par les 2 isolants)

Bonjour,

Deux réponses ont été données, tu en donnes une troisième.

Peux-tu SVP nous donner le lien ou la référence du document sur lequel tu as trouvé ton approche théorique ?

Approche que je n’ai pas vérifié mais que j’admets exacte sur le plan théorique.

Sur le plan pratique il faut réaliser un appareil de laboratoire:
Coté plaque chaude, installer une source métallique chaude, stable, uniforme, pour obtenir un isotherme.
Coté plaque froide, installer une source métallique froide, stable, uniforme, pour obtenir un isotherme.
Pour les deux plaques, une seule solution, avoir une épaisseur importante pour uniformiser les températures.
Avoir un nombre important de points de mesures pour éviter des erreurs, surtout en Ti.

[cornychon]

mais, quoi qu'il en soit, c'est une matiere qui potentiellement envois en préhistoire tous les autres type d'isolation. donc flingue le marcher. (1cm d'aerogel = 17 cm de plostyrene si je me rappel bien)
..

Bonjour,

Juste un petit commentaire sur la conductivité thermique des aérogels.

Conductivité des aérogels, 0.011 à 0.013 W/m*k
http://isolation.*****************.c...endre/aerogels

Conductivité de l’air, 0.0262 W/m*k
http://fr.wikipedia.org/wiki/Conduct...mat.C3.A9riaux

Conductivité de la LDV, 0.034 à 0.056 W/m*k
http://www.labrivert58.fr/SWaP/DOC/conducte.pdf

Sauf erreur de ma part, on peut dire que :
- Un aérogel isole en gros 3 fois mieux que la laine de verre.
- Un aérogel isole deux fois mieux que l’air calme.

Pourquoi un aérogel conduit deux fois moins bien la chaleur que l’air ???
Avec un vide partiel dans les alvéoles ?
Avec ………………………………. !!!


Pour mémoire :
Les aérogels à base de silice arrivent à 3 kg de matière par m3 d’isolant.
Les laines de verre utilisées comme isolant thermique arrivent entre 20 et 100 kg de matière par m3 d’isolant.

[invitefee79fbf]

Bonjour,

Premièrement, bonne année à tous !
Deuxièmement, merci à tous pour vos réponses, elle m'ont toutes été utiles
Troisièmement, désolé de l'intervalle de temps relativement élevé entre mes réponses, j'essaye de passer quand je peux et oublie souvent de le faire.


Venons-en enfin au vif du sujet.

Pour commencer, ce que j'ai déjà fait.
J'ai fabriqué un boitier cylindrique (diamètre 10mm) à partir d'une boite de conserve, isolée avec un peu de lino (sol vinyle) et entouré d'une plaque d'un alliage d'alu.
Le tout monté sur support, avec un trou en dessous et de quoi fixer une lampe qui sera ma source de chaleur.
J'ai essayé différentes puissances de lampe, et finalement j'utilise celle de plus faible puissance (28 W), car avec les autres la température se stabilisait à plus de 120°. J'utilise pour l'instant un thermomètre de cuisson (qui ne monte donc que jusqu'à 120°) en attendant un thermocouple.
Voilà à quoi ça ressemble :


Je peux ensuite mettre des disques de différents isolants au dessus, pour les comparer.

La question est de savoir si la température dans ce cylindre se stabilisera à moins de 200° (qu'en pensez-vous ?), je ne le sais pas et le suppose pour imaginer ma première expérience ci-dessous. Qu'en pensez-vous ?

Première expérience relativement simple : mettre un isolant au dessus, attendre que la température se stabilise, puis réessayer avec d'autres matériaux. On pourra donc les classer en fonction de la chaleur que chacun laisse passer, le meilleur sera celui pour lequel la température stabilisée à l'intérieur sera la plus haute.
Qu'en pensez-vous ?



Cornychon, dans ton message du 26/12/2013, tu propose de fabriquer une caisse :

 Cliquez pour afficher

Tu réalises par exemple une caisse parallélépipédique en contreplaqué épaisseur 10 mm
Elle pourrait avoir comme dimensions extérieures :
Une base de 29.7 x 29.7
Une hauteur de 21


A l’intérieur de la caisse :
Une source chaude réglable, d’environ 1 kW
Pour avoir un minimum de rayonnement, placer la source chaude dans un peu de laine de roche
Un ventilateur pour obtenir un air isotherme,
Un ou deux thermocouples pour mesurer les températures de l’air ambiant.
Un à deux thermocouples pour mesurer l’air ambiant extérieur,
La caisse doit être pendue avec du fil de fer pour garder toutes les faces à l’air libre extérieur.

Tu fais dissiper à l’intérieur un flux de chaleur constant,
A l’équilibre thermique, tu as l’énergie dissipée et le ΔT int-ext.
Tu as donc la résistance thermique entre deux isothermes.
Au besoin, tu as également la résistance thermique par unité de surface.

Tu remplaces ensuite une des faces de 21 x 29.7 en contreplaqué par l’échantillon de 21 x 29.7 à mesurer.
Si nécessaire, pour lui donner un peu de tenue mécanique, utiliser un bout de grillage à poule qui a une résistance thermique négligeable.

Tu règles ensuite la dissipation de la source chaude pour retrouver les mêmes températures des deux isothermes.

Avec la différence de flux thermique et le ΔT air int-ext tu as la résistance thermique. Avec cette résistance thermique, tu as la conductivité thermique.

Je peux remplacer cette caisse par mon cylindre. La source chaude, c'est mon ampoule. Reste la question de savoir si la température se stabilisera, où s'il faudra utiliser un ventilateur pour la réguler.
A moins que tu pense juste à un petit ventilateur (type ordinateur) à placer dans le cylindre pour que l'air circule et la température soit constante dans tout le volume ? Est-ce vraiment utile dans un si petit volume ?
Tu dit ensuite que j'ai "la résistance thermique entre deux isothermes". Comment ? Je peux mesurer le ΔT, mais pour calculer la résistance il me faut le flux :



Pour répondre à ton dernier message, je n'ai pas d'aerogel "pur", qui ressemble à ça : http://www.gizmodo.fr/wp-content/upl...8/aerogela.jpg, mais des plaques, précisément comme celle-ci :

Je ne pense donc pas avoir la conductivité donnée pour un aerogel de silice.
Par contre, je ne sais pas exactement ce qu'il y a dans cette plaque. Elle correspond à ce produit, pour les germanistes :http://www.stadur-sued.com/produkte/aerogele/spaceloft
Je pense qu'il y a des fibres entre pour que le tout tienne ensemble, mais je ne connais pas le pourcentage d'aerogel qu'elle contient.
Je n'arrive pas à me renseigner sur ce qu'il y a précisément dans une telle plaque, si quelqu'un a, ou trouve, cette info, ça m'intéresse.

Merci en tout cas de tes réponses !




HansGruber, ton expérience est intéressante.

 Cliquez pour afficher

il suffit de poser une couche d'un isolant de valeur connue (par exemple une couche de polystyrène ; pour une meilleure estimation il faut utiliser une résistance qui soit du même ordre de grandeur que l'aérogel donc il faut adapter l'épaisseur) et prendre ces 2 isolants en sandwich entre 2 plaques de températures différentes. Il suffit alors de mesurer la température entre les 2 isolants.

Si l'aérogel est collé à la plaque froide : Soit Tc la température de la plaque chaude, Tf la température de la plaque froide, Ti la température intermédiaire, Rc la résistance connue de l'isolant additionnel, R la résistance de la plaque d’aérogel.
Il suffit de résoudre l'équation Ti-Tf = (R / (R+Rc)) * (Tc-Tf)

Il faut réaliser la mesure une fois que la température mesurée ne bouge plus depuis suffisamment longtemps, et se placer suffisamment loin des bords (au moins à 3x l'épaisseur formée par les 2 isolants)

Pensez-vous qu'en utilisant mon dispositif et sa lampe comme source chaude, et l'air ambiant comme source froide, et en plaçant un cylindre d'aérogel un un de laine de roche (ou de polystyrène) l'un sur l'autre sur le dessus de mon cylindre , cela fonctionnera ?
Je mesurerais donc la température Tc autour de l'ampoule, Tf de l'air ambiant et Ti entre les deux cylindre.
L'équation que tu donne viens que quelle formule ?

Merci en tout cas de ta proposition !



Merci à tous de vos messages, n'hésitez pas à poster vos propositions d'expériences à faire sur ce matériau pour montrer qu'il est meilleur, ou pas, qu'un autre isolant !

[cornychon]

Bonjour,

J’admets déjà que ta boite de conserve fait 10 cm de diamètre et non 10 mm !

Tu as réalisé une préparation avec les moyens techniques que l’on trouve dans une maison.
Si la température monte trop avec 28 Watts, tu peux mettre une autre ampoule extérieure en série.
Pour comparer les isolants, il faut impérativement attendre l’équilibre thermique.
Tu pourras comparer la résistance thermique des bouts d’isolants plus ou moins épais.
Tu pourras les classer entre celui qui isole le plus et celui qui isole le moins.
Ce genre d’essais conduit à un classement inexploitable.

Pour caractériser des résistances thermiques, il faut viser au minimum ce que j’ai indiqué dans ma réponse #9.

Pour connaître le flux de chaleur il faut mesurer la tension et l’intensité (P = U x I)
Pour faire varier le flux de chaleur, il faut faire varier la tension avec un variateur de tension.

[invitefee79fbf]

Soit, ç’aurait du être 100 mm .
Mesure la tension et l'intensité de quoi ? En multipliant les deux j'aurais la puissance, pas le flux ?

En quoi mon classement sera inexploitable. J'admet qu'il sera pas rigoureux du point d vue scientifique, mais si j'ai la même température avec une épaisseur de 10 mm d'aérogel et avec une plaque de laine de roche de 200 mm, on pourra en conclure que l'aérogel est plus intéressant.
Comme dit, ça ne me satisfait pas tout à fait d'un point de vue scientifique, mais je n'ai pas trop d'idée sur comment faire mieux.

J'envisage de fabriquer un dispositif d’acquisition de la température (thermocouple + carte arduino) afin de pouvoir tracer les courbes d'évolution de la température.

[cornychon]

Pour arriver à l’équilibre thermique il faut une tension et une intensité constante. Ca conduit à une puissance constante et un flux thermique constant.

J’aime bien ceux qui comme toi veulent faire des mesures avec les moyens du bord.
Dans ton cas il faut :
- Ne pas travailler sur des échantillons trop petits,
- Essayer de rendre négligeable les effets de bord,
- Faire varier un seul paramètre à la foi.

Amuse-toi à dessiner sur une boite de 100 mm de diamètre 10 mm d’aérogel et 200 mm de laine de roche.
Le flux thermique ne va traverser l’isolant perpendiculairement à l’axe de la boite. Impossible d’exploiter quoi que ce soit.

Si tu remplaces ta boite de petits pois par une lessiveuse de 80 cm de diamètre les résultats seront déjà moins faux !

[inviteb0ee93a8]

HansGruber, ton expérience est intéressante.

Pensez-vous qu'en utilisant mon dispositif et sa lampe comme source chaude, et l'air ambiant comme source froide, et en plaçant un cylindre d'aérogel un un de laine de roche (ou de polystyrène) l'un sur l'autre sur le dessus de mon cylindre , cela fonctionnera ?
Je mesurerais donc la température Tc autour de l'ampoule, Tf de l'air ambiant et Ti entre les deux cylindre.
L'équation que tu donne viens que quelle formule ?

Merci en tout cas de ta proposition !



Merci à tous de vos messages, n'hésitez pas à poster vos propositions d'expériences à faire sur ce matériau pour montrer qu'il est meilleur, ou pas, qu'un autre isolant !

Bonjour

Sympa ton petit montage.
En effet tu peux utiliser la lampe comme source chaude et l'air ambiant comme source froide, mais :
- Il faut éviter de monter trop haut en température si tu testes un isolant avec des fibres organiques (pas plus de 80/90°), avec la laine de verre ça a moins d'importance.
- Il ne faut pas que l'épaisseur totale des couches d'isolants dépasse environ 1/3 du diamètre de la boite, donc environ 3cm. Il faut faire les mesures de t° au centre.
- Il faut que la température soit homogène sur chaque face de l'isolant, pour ça tu peux ajouter une couche de métal de chaque coté.

La formule que je t'ai donnée dérive de l'équation de la loi de Fourier, je l'ai simplement mise sous une autre forme.

En ce qui concerne ta boite :
Mesurer la puissance de la lampe ne servira à rien du tout, par contre ton approche sur la température est correcte, mais la différence d'un isolant à un autre risque d’être très faible car la majorité de la chaleur est surtout dissipée par les bords (le lino ne peux pas vraiment être considéré comme un isolant).

[invitefee79fbf]

Une petite réponse rapide en attendant mieux :

- Je ne comprend pas de quel intensité et de quel courant tu parles. Ceux de l'ampoule ?

- Pas de problème de température, mon isolant est sencé résister jusqu'à 200 degrés C.
- Je ne pense pas que la dissipation de chaleur par les bords soit énorme, en les touchants quand l'intérieur est a plus de 100 degrés on ne sent presque pas de chaleur.

[cornychon]

Une petite réponse rapide en attendant mieux :

- Je ne comprend pas de quel intensité et de quel courant tu parles. Ceux de l'ampoule ?

- Pas de problème de température, mon isolant est sencé résister jusqu'à 200 degrés C.
- Je ne pense pas que la dissipation de chaleur par les bords soit énorme, en les touchants quand l'intérieur est a plus de 100 degrés on ne sent presque pas de chaleur.

Salut,

Si ta lampe ou un autre récepteur est soumis à une tension U et qu'il est traversé par un courant d'intensité I pendant un temps t il va absorber de l'énergie électrique.
Cette énergie est notée W
Le flux thermique W = U.I.t
Avec :
U en Volt
I en Ampère
t en seconde
W en Joule.
Remarque: si le temps t est mesuré en heure, W est obtenu en Wattheure ; (Wh).
Le wattheure : 1 Wh = 3600 J
le Kilowattheure : 1 KWh = 1000 Wh = 3 600 000 J

Toucher avec le doigt un isolant pour estimer des températures n’est pas réaliste !!!!!

Tu mets dans un four de cuisine chauffé à 150 °C, un bout de laine de roche et un bout de cuivre.
Deux heures plus tard, les deux échantillons sont à la même température. Avec un doigt, tu vas constater que l’isolant est presque froid et le cuivre très chaud est impossible à toucher.

Estimer le volume de l’isolant impacté par le flux de chaleur qui s’écoule de l’intérieur vers l’extérieur de ta boiter de conserve est impossible à faire au doigt mouillé !
Comme dit plus haut, il faut travailler sur des grandes surfaces pour pouvoir négliger les écoulements de chaleurs sur les bords.

[invitefee79fbf]

Je connais la puissance électrique, celle de la lampe est de 28W.
J'ai préfèré travailler sur un petit volume car je pense qu'il sera difficile d'avoir une température constante dans un grand volume.
Quoique, je viens de penser qu'en utilisant un vieux four comme enceinte, ça pourrait le faire.

[Boumako]

Bonjour

Pourquoi veux tu avoir une température stable dans l'enceinte ? il suffit qu'elle soit stable à la surface de l'isolant que tu veux tester.

[cornychon]

Je connais la puissance électrique, celle de la lampe est de 28W.
J'ai préfèré travailler sur un petit volume car je pense qu'il sera difficile d'avoir une température constante dans un grand volume.
Quoique, je viens de penser qu'en utilisant un vieux four comme enceinte, ça pourrait le faire.

C'est une très bonne idée

Dans ce cas, il faut viser la chaleur tournante. Elle permet une bonne repartissions des températures dans le volume, une régulation des températures pas trop mauvaises, un rayonnement directe quasi inexistant des résistances chauffées au
rouge.

Cette méthode permet la régulation de la température que tu auras décidée, quelle que soit l’isolant mis à la place de la porte. T1 – T2 doivent être constants
Avec un compteur de consommation, tu as le flux thermique qui varie avec les performances de l’isolant.
http://www.conradpro.fr/ce/fr/produc...f=searchDetail

Il faut étalonner le dispositif avec un isolant dont on connaît la conductivité thermique
Tu pourras en fonction de la surface de la porte calculer la résistance thermique R.
Tu pourras mesurer le ΔT int/ext.
Tu connaitras le flux total injecté dans le four par le compteur de consommation Φ 1

Tu connaitras le flux qui passe par la porte Φ 2 = (T1 – T2) / R

Les pertes par les parois du four sont Φ 1 - Φ 2 = Φ 3

Avec les autres isolants tu connaitras à l’aide du compteur de consommation le nouveau flux total injecté dans le four Φ 4.
Tu auras le flux qui passe dans l’isolant Φ 4 - Φ 3 = Φ 5
Rappel : T1 et T2 constants.
Tu auras R5 = (T1 – T2) / Φ 5
Avec R5 et la surface de l’échantillon tu détermines la conductivité thermique de l’isolant.

[invitefee79fbf]

Bonjour,

J'en reviens à ma demande initiale.
J'aimerais obtenir la conductivité thermique lambda expérimentalement.
Pour y arriver, étant donné qu'il me semble impossible de la mesurer directement à mon niveau, je pense mesurer le flux pour calculer ensuite la conductivité thermique.
Voici mon raisonnement :
De la loi de Fourier j'ai déduis que le flux thermique était égal à lambda fois la surface S d'isolant fois la différence de température entre les deux côtés de l'isolant, le toit divisé par l’épaisseur e de celui-ci.



Reste plus qu'à mesurer le flux. Mais toujours la même question, je ne sais pas du tout comment m'y prendre.


HansGruber proposait plutôt de mesurer la résistance thermique :

il suffit de poser une couche d'un isolant de valeur connue (par exemple une couche de polystyrène ; pour une meilleure estimation il faut utiliser une résistance qui soit du même ordre de grandeur que l'aérogel donc il faut adapter l'épaisseur) et prendre ces 2 isolants en sandwich entre 2 plaques de températures différentes. Il suffit alors de mesurer la température entre les 2 isolants.

Si l'aérogel est collé à la plaque froide : Soit Tc la température de la plaque chaude, Tf la température de la plaque froide, Ti la température intermédiaire, Rc la résistance connue de l'isolant additionnel, R la résistance de la plaque d’aérogel.
Il suffit de résoudre l'équation Ti-Tf = (R / (R+Rc)) * (Tc-Tf)

Il faut réaliser la mesure une fois que la température mesurée ne bouge plus depuis suffisamment longtemps, et se placer suffisamment loin des bords (au moins à 3x l'épaisseur formée par les 2 isolants)

Validez-vous cette approche expérimentale ?
Je ne vois pas trop non plus d'où viens la formule, dérivée de la loi de Fourier.

Merci à vous.

[invitefee79fbf]

Bonjour

Pourquoi veux tu avoir une température stable dans l'enceinte ? il suffit qu'elle soit stable à la surface de l'isolant que tu veux tester.

Soit, il faudrait alors la mesurer aussi à la surface de celui-ci.
Mais il me semble difficile que dans une petit enceinte la température puisse être constante sur les bords et différente au milieu.

[invitefee79fbf]

Salut,

Si ta lampe ou un autre récepteur est soumis à une tension U et qu'il est traversé par un courant d'intensité I pendant un temps t il va absorber de l'énergie électrique.
Cette énergie est notée W
Le flux thermique W = U.I.t
Avec :
U en Volt
I en Ampère
t en seconde
W en Joule.

W est plutôt une puissance non ?
Et dans ce cas c'est plutôt électrique que thermique il me semble ? Je ne vois pas pourquoi avec la tension et le courant qui entre dans ma lampe j'aurais un transfert thermique. De l'énergie se dissipe aussi en lumière. De plus le flux qui sort de la lampe n'est pas forcément celui qui traverse mon isolant.

La définition du flux thermique que je connais est plutôt la puissance thermique qui traverse une surface (par unité de temps). Donc la dérivée de Q par rapport au temps. Donc bien homogène à une puissance.


Merci quand même pour toutes tes réponses, merci de continuer à m'éclairer !

[cornychon]

W est plutôt une puissance non ?
Et dans ce cas c'est plutôt électrique que thermique il me semble ? Je ne vois pas pourquoi avec la tension et le courant qui entre dans ma lampe j'aurais un transfert thermique. De l'énergie se dissipe aussi en lumière. De plus le flux qui sort de la lampe n'est pas forcément celui qui traverse mon isolant.
La définition du flux thermique que je connais est plutôt la puissance thermique qui traverse une surface (par unité de temps). Donc la dérivée de Q par rapport au temps. Donc bien homogène à une puissance.
Merci quand même pour toutes tes réponses, merci de continuer à m'éclairer !

Salut,

Avant de mettre en équation, il faut bien comprendre les phénomènes physiques et identifier les paramètres à prendre en compte.

L'énergie électrique consommée par un appareil est égale au produit de sa puissance P consommée par la durée t de son fonctionnement

http://webetab.ac-bordeaux.fr/Pedago...o/e08puiss.htm

La chaleur produite par ta lampe est W = U.I.t
L’énergie consommée est égale à l’énergie produite (Rayonnement visible ou pas)

Le flux qui sort de ta lampe n’est pas celui qui traverse ton isolant.
Je t’invite à relire ma réponse # 22 pour comprendre la méthode de mesures.
Si tu n’y arrive pas, je ne peux pas aller plus loin dans mes explications
Si un point accroche, je suis disponible pour t’aider.

Il faut impérativement faire des mesures à l’équilibre thermique. Ca veut dire que toutes les températures et flux thermiques sont en régime stationnaire

[invitefee79fbf]

Mais ton énergie, U*I*t dépend de valeurs électriques, donc je ne comprend pas trop pourquoi il y aurait un lien immédiat avec la chaleur. En tout cas je ne le savais pas.
Je comprend bien que l'énergie consommée est égale à l’énergie produite, mais peut être qu'il a plusieurs types d'énergies produite, et la chaleur est l'une d'elle. Je ne vois pas pourquoi l'énergie produite serait égale à l'énergie thermique, il y aussi une énergie qui part en lumière.

Par exemple pour des composants électroniques cherche souvent à calculer la puissance, mais il y a des pertes par effet Joules à prendre en compte. Ici c'est justement ces pertes d'ordre thermique qui je veux mesurer.

Enfin le lien entre les deux ne me parait pas évident.


Dans ta réponse 22, tu proposes d'utiliser un compteur de consommation. Je saurais donc ce que consomme ma source de chaleur en énergie. Je ne vois toujours pas le lien avec le flux, qui est une puissance. Soit, on peux calculer la puissance à partir de l'énergie, ou l'inverse, mais alors toujours le même problème : on mesure l'énergie thermique et on veux un flux de chaleur, c'est ça que je ne comprends pas.

Merci.

[cornychon]

Un fer à repasser chauffe en fonction de la tension en volts appliqué à la résistance et l’intensité du courant qui passe dans la résistance. P = U x I
L’intensité est directement lie à la résistance I = U / R, C’est la loi d’ohm ! ! !

La littérature traitant des transferts de chaleur reconnaît trois modes de transmission de la chaleur : Conduction, rayonnement et convection.
Une ampoule de 22 Watts branchée en 220 volts laisse passer 220 / 22 = 10 A
Les 22 Watts consommés au compteur sont dissipés suivant trois modes : Conduction, rayonnement et convection. La somme des trois est égale à 22 Watts.

Un composant électronique se comporte comme un fer à repasser. Il dissipe ce qu’il consomme sous forme de chaleur.

[Boumako]

Bonjour

Soit, il faudrait alors la mesurer aussi à la surface de celui-ci.
Mais il me semble difficile que dans une petit enceinte la température puisse être constante sur les bords et différente au milieu.

Non ce n'est pas si compliqué, il faut simplement poser une plaque de métal de chaque coté des isolants pour avoir une température homogène et mesurer au centre.
Je t'ai fais un petit schéma : En gris les plaques métalliques. La puissance dissipée dans le volume n'a pas besoin d’être connue, il faut juste qu'elle soit suffisante pour produire une différence de température significative entre les 2 faces.

Si l'aérogel est collé à la plaque froide : Soit Tc la température de la plaque chaude, Tf la température de la plaque froide, Ti la température intermédiaire, Rc la résistance connue de l'isolant additionnel, R la résistance de la plaque d’aérogel.
Il suffit de résoudre l'équation Ti-Tf = (R / (R+Rc)) * (Tc-Tf)

En ce qui concerne cette formule :
Pour chaque isolant on à Dt = R * flux (Dt étant le delta de température entre les faces, R la résistance thermique totale, peu importe qu'il y ai 1 ou 100 couches, et le flux est la quantité de chaleur qui traverse).
R / R + Rc nous donne la "proportion" de la résistance thermique R par rapport à la résistance thermique totale. En multipliant cette proportion par le Dt total on retrouve bien le Dt entre les faces de l'aérogel. Est-ce que c'est plus clair ?

[cornychon]

Bonjour



Non ce n'est pas si compliqué, il faut simplement poser une plaque de métal de chaque coté des isolants pour avoir une température homogène et mesurer au centre.

Bonjour,

Tu as raison, sur le principe ce n’est pas compliqué. Il suffit de faire des mesures.

C’est aussi simple que mesurer le pouvoir calorifique inferieur d’un combustible Il suffit de mesurer en joules la chaleur sensible libérée par la combustion de 1 kg du combustible en question.

Concrètement :
Peux tu décrire une préparation détaillée sur les formes, les matières, les dimensions, les épaisseurs, la manière d’obtenir une source chaude conséquente, stable, uniformément repartie.
Même chose pour obtenir une source froide conséquente, stable, uniformément repartie.
Indiquer les aménagements des points de mesures, les sondes et appareillages utilisés pour faire les mesures.

Dans une campagne de mesures réalisée sur le coin d’une table d’une cuisine, il n’y a pas de place pour l’improvisation, les impasses, la médiocrité
Si la marge d’erreur est trop importante, les résultats de mesures ne sont pas exploitables.