Fil conducteur chauffant

[Louic]

Bonjour à vous.

Voila, je cherche à dégager de la chaleur à l'aide d'un fil conducteur.
Mon but est d'atteindre une température de 200°C...mais avec une puissance la plus faible possible.

La puissance dissipée par effet joule est P=r.i², ok ça c'est bon.
Ensuite pour arriver à ma température, je dois prendre en compte toutes les déperditions thermiques (rayonnement, convection, conduction)
J'ai fait quelques expériences dont voila ce que j'en tire :

lorsque je place mon fil conducteur dans l'air je consomme une puissance d'environ 20 watts (pour une dimension précise).
Normalement et d'après un petit calcul que j'ai fait, si je met une couche isolante autour de mon fil, la température devrait être bien plus grande.
Or en faisant le test, je me rend compte qu'au contraire la température est plus faible.

Donc si je veux chauffer mon fil, le meilleur des cas possibles est de le placer dans l'air ? je ne peux rien faire pour diminuer la puissance à fournir ?
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[invite2313209787891133]

Bonjour

La température du fil est plus faible dans un 1er temps car le fil chauffe la matière qui l'entoure, mais il devrait ensuite monter en température, sauf si "l'isolant" n'isole pas vraiment...

[invite07941352]

Re,
Et ce genre de comparaison ne peut se faire qu'à l'équilibre thermique de tout l'ensemble, ce qui risque de prendre un "certain temps" ...

[LPFR]

Bonjour.
Comment mesurez-vous la température du fil ?
Au revoir.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Louic]

Bonjour,

Alors pour vous répondre à tous.
@Dudulle : j'ai utilisé plusieurs isolants différents. Bon des fois ce sont des matières plus ou moins isolantes, je l’admets. J'ai fait mes tests avec des fils de Polyester et de polyamide car je connaissais les caractéristiques thermiques de ces matières. J'ai aussi fait un test en mettant une gaine en PVC. Je suis passé par une société spécialisé dans ce domaine pour ça (j'ai eu de la chance). Au final j'observe toujours ce que je vous ai dit. C'est le fil électrique seul qui consomme le moins de puissance pour chauffer. Après j'ai fait mes mesures sur 10 minutes. Je ne l'ai pas précisé, désolé, mais c'est un temps que j'aimerai ne pas dépasser.

@Catmandou : Le problème c'est que l'équilibre n'est pas vraiment mon but. Je cherche juste à atteindre 200°C avec mon fil. Un point important, et je m'excuse encore de ne pas l'avoir dit car ça change tout, c'est que mon temps max pour atteindre cette température est 10 minutes.

@LPFR : j'ai récupéré du matos assez précis. J'utilise des thermocouples que je peux placer à l'intérieure de ma corde (et non sur les bords). J'utilise une petite épingle pour rentrer les capteurs (qui font la taille d' 1mm de diamètre). Comme je ne suis pas réellement précis sur la position du fil lorsque le diamètre de mon ensemble (fils électrique, isolant) est grand, je multiplie les capteurs. Je récupère les données avec une borne d'acquisition que j'ai reliée à mon ordinateur.
Je me suis débrouillé pour récupérer tout ce matériel et bien faire les choses car je trouvais mes premiers résultats bizarres. Enfin ce n'était pas ce que j'espéré. ET comme ça me semble toujours étrange j'ai posté mon problème sur le forum.


si vous avez d'autres questions n'hésitez pa

[LPFR]

Re.
Donc, votre problème n'est pas la température du fil, mais la température de la partie de l'isolant chauffé (et peut-être fondu) par le fil.
Et ce que vous mesurez est bien quelque chose qui ressemble à la température d'une partie de l'isolant.
Je pense qu'avant de continuer (du moins pour moi) il faudrait que vous nous expliquiez exactement ce que vous voulez faire.
Car pour chauffer un fil à 200°C en utilisant le moins de puissance, il faut l'isoler avec un isolant qui ne refroidisse pas le fil. Le vide, par exemple, ou un gaz, raréfié de préférence et mauvais conducteur (comme dans les ampoules électriques).

Et pour mesurer la température du fil et non celle de l'isolant, le plus précis (à des prix abordables) est de mesurer la résistance électrique du fil lui même et déduire la température d'après les propriétés du matériau (ou en ayant étalonné le fil au préalable).

Bref, sans savoir ce que vous voulez faire, je n'y peux rien pour vous.
A+

[invite2313209787891133]

Bonjour

Il est possible que tu atteignes le rayon critique en ajoutant un isolant : Lorsque l'on ajoute de la matière on diminue le transfert par convection/rayonnement, mais on ajoute une perte par conduction, qui peut éventuellement devenir plus grande que si il n'y avait pas d'isolant.

Quel est le diamètre de ce fil ?

Pour info Rc = / h

[Louic]

Ok.
Alors j'ai un but final qui diffère un peu de ce que je vous ai décris précédemment. Mais bon autant vous dire tout de suite ce que je veux faire au final.

J'ai un ensemble de fils de polypropylène tressé entre eux faisant un diamètre total de 5mm. Autour de cet ensemble j'ai tressé une 20aine de fils métalliques en acier inoxydable de diamètre 0.25mm. Le tressage est assez serré de fassant à faire un maillage de 2mm.
Le but étant de fondre le polypro grâce à la chaleur dégagée par les fils électriques.
J'ai déjà posté plusieurs sujets sur ce forum afin d'obtenir un résultat théorique. Même si au final je prends tous les phénomènes physiques en compte je me retrouve avec bien trop d'inconnus.
- Par exemple le fait que le polypropylène soit en fibre et non plein cela implique que j'ai de l'air dans ma corde. Du coup ça complexifie pas mal le modèle.
- Ensuite les données matériaux ne sont pas vraiment représentatives de la réalités. Il y a toujours des petites variations. j'ai contacté les fournisseurs de mes matériaux pour obtenir les données exactes mais ce sont des fibres faites en grandes séries sans réellement de précisions sur les caractéristiques physiques.
- Un autre problème c'est la résolution de mes équations. Je me retrouve vite avec de belles grosses formules qu'il m'est des fois très difficiles de résoudre. Les logiciels comme mapple, matlab, mathematica me pondent des solutions interminables.
Enfin bref.

Actuellement je consomme 20W pour chauffer 20cm de corde. Pour 10m de corde je passe à presque 600W. Beaucoup trop pour moi. Donc je cherche un moyen de diminuer la puissance à fournir.
J'ai aussi une contrainte de coût. Déjà le gainage de la corde, j'ai trouvé ça cher pour finalement peu de résultat. Donc utiliser un gaz rare ou travailler sous vide, ça devient un peu plus tendue.

[invite2313209787891133]

Dans ce cas la meilleure solution consisterait à mon avis à placer un simple tube, si possible avec une faible émissivité, autour de ton montage, par exemple un tube d'aluminium.
De cette façon tu vas réduire la dissipation par convection et par rayonnement.

[Louic]

faible emissivité = faible rayonnement, OK
mais pourquoi cela va réduire la convection aussi ?

Est ce que changer la matière des fils électriques peut résoudre un peu mon problème ?
Par exemple si je trouve un matériaux avec une résistivité plus grande.

En fait je ne comprend pas pourquoi quand je met une meilleure isolation à ma corde, je dois fournir une plus grande puissance. Technique, le fait d'isoler ma corde, cela va garder la chaleur à l'intérieure, il faudra donc moins de puissance pour atteindre mes 200°C.

[invite2313209787891133]

La convection va se réduire car l'air ne pourra plus circuler : Le tube se remplira d'air chaud immobile qui agira comme un isolant là où de l'air frais se renouvelle rapidement au contact du fil si il n'est pas entouré.

La puissance à fournir est plus grande car la chaleur se dissipe par conduction ; pour que l'isolant commence à devenir efficace il faudrait que Rc soit < R fil.
Ici tu as un r fil 3mm (diamètre de 4+2). Pour que l'isolant commence à devenir efficace il lui faut donc un plus petit que Rfil * h = 0.003 * 10 = 0.03W/m.K ; tu peux chercher il n'en existe pas (sauf peut être certains matériaux exotiques comme l'aérogel).

Charger la nature des fils va diminuer la perte par radiation, mais de très peu sur le global.

[invite2313209787891133]

En fait j'ai dis une bêtise : Si tu utilises un bon isolant (type laine de verre) avec en plus une couche à très faible émissivité à la surface ça doit être jouable ; il ne faudra pas dépasser un rayon d'environ 8mm.