Résistance thermique

[Lasaucisse5635]

Bonjour,

Je dois effectuer un exercice de cours sur les transfert thermiques. Le contexte est le suivant :
Un caisson en acier de dimension 920*950*250 mm est dans un environnement ou la température extérieure est de -25°C. Ce dernier possède un isolant afin que la température intérieure soit de 5°C.
C'est pourquoi, le but de mon exercice est de calculer le flux nécessaire.

Voici comment je pense résoudre le problème :
1/ Calcul de la résistance thermique totale => RTh totale = Rth convection isolant + Rth conduction isolant + Rth conduction caisson + Rth convection caisson
2/ Ensuite je calcul le flux nécessaire => flux = 1 / (Somme RTH Totale)

De ce fait, j'aurai plusieurs questions :
1/ Cette démarche est-elle bonne?
2/ Puis-je prendre pour le coefficient d'échange convectif h=25 pour une température extérieure à -25°C?
3/ La résistance thermique de l'isolant (type laine de verre) à une résistance thermique de 0.04 W·m-1·K-1 est-elle la même pour la Rth convection isolant et Rth conduction isolant?
4/ Aussi, je voudrais savoir aussi s'il faut que je calcule les résistances thermiques pour chaque face du caisson? C'est à dire sur la face avant, celle sur le côté puis celle sur le dessus?

Merci de votre aide.
-----

[Lasaucisse5635]

Bonjour,

Personne peut me dire si ma démarche est bonne?

Merci.

[Lasaucisse5635]

Help please!!!!

[invite2313209787891133]

Bonjour

Je vais répondre à tes questions numérotées :
1/ Oui la démarche est bonne
2/ Ca dépend ; le coefficient d'échange dépend surtout de "l'agitation" de l'air. Un coefficient de 25 représente une moyenne de ce que l'on aurait si ton boitier était exposé à l'air de l'extérieur. Si par contre il se trouve à l'intérieur (dans un garage par exemple) ce coefficient sera plus proche de 10.
3/ Je ne comprend pas très bien ta question...La résistance thermique de la couche de laine de verre reste la même, à 2 exceptions près : Si elle est humide, ou si de l'air est insufflé de force à travers.
4/ oui, toutes les faces exposées dissipent de la chaleur.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Lasaucisse5635]

Merci beaucoup de ton aide, Dudulle!

[Lasaucisse5635]

Bonjour,

Voilà, j'ai terminé mon calcul mais je trouve que mon ratio (flux total/Déperditions totales) est plus important lorsque j'utilise un isolant plutôt que sans! Je n'arrive pas à comprendre pourquoi!!!

J'ai mis en pièce jointe mon fichier de calcul, afin que vous puissiez constater ma démarche et sûrement une erreur de ma part!

Merci

[invite2313209787891133]

J'ai regardé ton fichier, mais je ne comprend pas très bien. Qu'appelle tu flux total, et pourquoi fais tu une distinction avec les déperditions ?
Il y a quelque chose qui "consomme" de l’énergie dans le boitier ?

[Lasaucisse5635]

J'appelle flux total, la puissance qu'il est nécessaire d'avoir dans la boite afin d'avoir 5°C dans le caisson. Cela me permettra par la suite de déterminer un élément chauffant. Je me trompe?
J'ai fais une distinction avec les déperditions (déperditions surfaciques + PE) car le prof m'a dit de faire comme cela. Cela est-il nécessaire?

Mais dans l'ensemble la démarche est-elle correcte?

Merci

[invite2313209787891133]

Dans l'ensemble c'est correct oui (du point de vue d'un prof je demanderai quand même plus de précisions sur ce coefficient de 2 que tu prends, car ce n'est pas forcément très pertinent).
Par contre tu ne dois pas faire la distinction entre ces 2 flux, car la puissance que tu injectes dans le boitier pour le maintenir à 5°C correspond exactement à ce qui est dissipé.

[Lasaucisse5635]

Oui, j'ai bien compris qu'il n'y a pas de différence entre ces deux flux. C'est juste que la puissance dissipé va me permettre de trouver un élément chauffant qui a une puissance = puissance dissipée.
Sinon, je voulais savoir lorsque je fais mon ratio (flux total/Déperditions totales) en conclusion. Le ratio sur l'isolant est plus important que celui ou il n'y a pas d'isolant. Aurais-tu une explication à cela?

[invite2313209787891133]

C'est ça que je ne comprend pas : Le flux total est la puissance apporté par la résistance, et les déperditions totales correspondent à ce qui est perdu par déperdition, or ces 2 grandeurs sont toujours exactes, donc le ratio est forcément de 1, que la boite soit isolée ou non.

[Lasaucisse5635]

J'ai dû mal m'exprimer! Ce que je veux dire c'est que je trouve pour le caisson non isolé un flux total nécessaire de 1200 Watts (afin d'avoir 5°C dans le caisson). Et que dans c'est 1200 W il y a 125 W de déperditions, soit un ratio de 10,5%. Ensuite, dans mon deuxième cas, j'ai calculé avec un isolant et je trouve un flux total nécessaire cette fois-ci de 115 W avec 22 W de déperditions. Ce qui donne comme ratio 19,5%.

En fait, ma question était que lorsque l'on compare les deux ratios, on remarque que le caisson qui n'est pas isolé perds moins de watts comparé au caisson isolé ? Peut-être que je suis complètement hors sujet en disant cela.

[invite2313209787891133]

Je ne comprend toujours pas...
Tu chauffes avec 1200W dans la boite, il y a 125W qui sont dissipés. Le reste il passe où ?

[Lasaucisse5635]

Et bien le reste permet de maintenir l'intérieur du caisson à 5°C, non?

[invite2313209787891133]

Non : Si le boitier est initialement froid il faudra effectivement plus de 125W pour le chauffer, mais une fois que la température va atteindre 5°C il faudra exactement 125W pour le maintenir à cette température.

[Lasaucisse5635]

Je suis désolé mais je crois que je ne comprends plus grand chose...

Je vais t'expliquer ce que j'ai compris. En fait le flux total que j'ai calculé et qui est de 1200 W est la puissance nécessaire qu'il faut fournir au caisson pour avoir (et maintenir) une température de 5°C. Et dans c'est 1200 W il y a 125 W qui correspondent aux pertes! C'est pourquoi je vais choisir un élément chauffant capable de me fournir une puissance de 1200 W. je me trompe?

[invite2313209787891133]

J'ai bien peur que ce soit le cas : Si tu fourni 1200W au système et que seulement 125W sont dissipés vers l'extérieur ça signifie que tu accumules de l’énergie quelque part.

Imagines que tu remplisses un sac en tissu avec de l'eau, et plus ce sac est rempli plus il "fuit". Si tu rentres 1.2l par heure et qu'il n'y a que 0.125l qui goutte en dessous sans que jamais le sac ne déborde c'est qu'il y a quelque chose qui ne va pas non ?

Peut être pourrais tu expliquer comment tu trouves ces 1200W ?

[Lasaucisse5635]

Peut être pourrais tu expliquer comment tu trouves ces 1200W ?

Je fais référence au fichier de calcul (Notice.xls) que j'ai joints dans les messages précédents.

Sinon, je suis complètement largué pour interpréter les résultats (de mon fichier de calcul) que j'ai trouvé...Pourrais-tu m'aider?

[Lasaucisse5635]

Je suis complètement perdu parce que tu viens de dire! Je n'arrive pas à comprendre! ça veut dire qu'il faut combien de puissance pour chauffer le caisson, 125W?

[invite2313209787891133]

Bonjour

J'ai regardé plus attentivement ton fichier, et je comprend ton erreur :
Dans un 1ere temps tu calcules le flux de chaleur qui est traversé par chaque paroi et en fais la somme. Le résultat est correct.

Dans un second temps tu fais la somme des résistances thermiques de chaque face, or cette somme n'a aucun sens car tes résistances thermiques ne sont pas en série, tu ne peux pas les additionner comme tu le fais. Ton second calcul ne correspond donc à rien.

[Lasaucisse5635]

Bonjour,
Je te remercie de prendre le temps de m'expliquer mes différentes erreurs!

Dans un second temps tu fais la somme des résistances thermiques de chaque face, or cette somme n'a aucun sens car tes résistances thermiques ne sont pas en série, tu ne peux pas les additionner comme tu le fais. Ton second calcul ne correspond donc à rien.

Si je ne peux pas faire la somme des RTH de chaque face en série pour calculer les déperditions thermiques U, dois-je faire la somme des RTH en parallèles? ou plutôt calculer pour chaque face les déperditions individuelles et ensuite faire la somme?

[invite2313209787891133]

Tu peux faire la somme de l'inverse des résistances, pondérée par la surface. Tu peux aussi faire la somme de toutes les déperditions, mais si tu regardes bien tu verras que ça revient à effectuer le même calcul que précédemment.

[Lasaucisse5635]

Re,

Donc comment peut-on calculer les déperditions de ce caisson?

[Lasaucisse5635]

Bonjour,

Comme tu as pu me le confirmer, mon calcul sur le flux est correct. Mais c'est sur la partie du calcul des déperditions ou cela coince un peu.

Donc pour calculer le coefficient de déperditions U
il faut que je fasse U = 1/RTH surface avant + 1/RTH surface arrière + 1/RTH surface droite + ...
C'est cette méthode qu'il faut que j'applique?

[invite2313209787891133]

oui c'est bien ça, en multipliant par la surface concernée à chaque fois.
Ou sinon tu peux calculer chaque U individuellement.

[Lasaucisse5635]

Si je choisis la méthode de calculer chaque U individuellement pour chaque surface. Je peux ensuite faire la somme des U, c'est-à-dire U surface avant + U surface arrière + U surface droite + ... afin de trouver le U totale ?

Mais ensuite lorsque je veux trouver les Déperditions totales je fais la somme des deux calculs suivants :
- Les déperditions surfaciques des parois extérieures
- Le Calcul des ponts thermiques
C'est pourquoi, je voulais savoir si je pouvais regrouper ce calcul en un seul par Q = U * V * (Delta T)
avec :
Q = quantité d'énergie perdue (W)
G = le coefficient de déperdition (W/K/m3)
V = le volume (m3)
Delta T = T1-T2 (K)
Est-ce-que ce calcul comprend l'ensemble des pertes? C'est-à-dire les ponts thermiques?

[Lasaucisse5635]

Bonjour,

Personne pourrait me dire si cette méthode est correcte?

[invite2313209787891133]

En réalité tous ces calculs ne servent à rien ; tu as déjà calculé la quantité de chaleur qu'il faut utiliser pour maintenir la boite à 5°C ; cette quantité de chaleur correspond aux déperditions.

En ce qui concerne les ponts thermiques c'est tout autre chose : Il faut chercher les zones où peuvent s'effectuer un transfert par conduction (pattes de fixation par exemple) et quantifier la chaleur qui y circule avec le delta de température (connaissant la section et la composition de ces ponts).

Un exemple : Une tige en fer de 1cm² traverse 4cm d'isolant. D'un coté elle se trouve à 5°C, de l'autre à -25°C (elle est fixée sur une grosse structure en métal).
La quantité de chaleur qui passe par la tige est égale à 80 / 0.04 * 1*10^-4 * 30 = 6W