Fonte de glace + Canicule

[MoussierElPatate]

Bonjour. Je me casse les dents sur un problème qui me paraissait simple au début mais qui commence à m'énerver...
En pleine période de canicule, je cherchais un moyen de refroidir ma chambre. Désespéré, je mets 4 kg d'eau au congel pour faire de la glace et la mettre dans ma chambre afin de rafraîchir un peu. Pendant ce temps je calcule la différence de température que j'obtiendrai grâce à la fonte de cette glace et... 22°C..... Evidemment c'est énorme je m'attendais à 3°C maximum et je ne trouve pas...
Je vous explique mon calcul.
Je calcule d'abord l'énergie absorbée par les 4 kg de glace du fait qu'elle fond grâce à l'enthalpie de fusion (qui est de 333 kJ/kg pour la glace) : 333*4 = 1332 kJ.
Ensuite j'utilise la formule Q=m.c.ΔT pour déterminer l'abaissement de température que j'aurai dans la pièce de volume V=50 m³ environ. On a donc ΔT = Q/(m.c) avec Q=-1332kJ (ce qu'on a calculé au dessus) ou -1332000 J, m la masse de l'air (m = μ_air * V = 1.2*50 = 60 kg) et c la capacité thermique de l'air d'environ 1000 J.kg^-1.K^-1. Ce qui donne ΔT = -1332000/(60*1000) = 22 K ou °C...
Si quelqu'un peut m'éclairer sur mon interrogation, je le remercie d'avance et en attendant... J'AI CHAUD !
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[Black Jack 2]

Bonjour,

Tu oublies la capacité thermique des murs, plafond et sol et celle des meubles ...

[ilovir]

Bonjour

Il manque le temps dans votre calcul : l'abaissement de température dépendra du temps mis par la glace pour fondre. C'est toujours la même énergie, mais si la glace fond en 3 heures, ça abaissera moins la température dans la chambre que si elle fond en 5 mn.

Hors, vous savez combien de temps met la glace pour fondre ?

[ilovir]

En me relisant, j'ai l'impression que je n'ai pas été très clair.

Si on raisonne en théoricien de la physique, votre calcul est juste si on le rapporte à une masse d'air dans un calorimètre parfaitement adiabatique sans aucun autre échange thermique que celui avec la glace. Dans ce cas, vous obtenez vos 22 °, voire même un peu plus car il y a encore la chaleur sensible de réchauffement des 4 kg d'eau. Et on ne soucie pas du temps que ça prend.

Si on raisonne en occupant qui a chaud, il faut que la production de froid combatte les apports de chaleur par les murs de la pièce, par les fenêtres, par les occupants (y compris la condensation de leur sueur), et par l'aération. C'est le problème du climaticien, et là il faut raisonner en flux, c'est à dire en énergie par unité de temps. Dans ce cas, plus la glace fond vite, plus on voit la température baisser.
En pratique, sans calcul, on ne verra quasiment aucune baisse de température dans une pièce ordinaire. Certains placent la glace dans le courant d'air d'un ventilateur, mais ça ne va pas loin.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Black Jack 2]

Bonjour,

Je précise ma réponse.

La glace ne sert pas qu'à refroidir l'air ... mais elle doit aussi refroidir les matériaux utilisés pour la chambre (murs, plafond ...).
Même si ceux - ci étaient bien isolés vers l'extérieur, il faudrait quand même refroidir la masse de ces matériaux.

Un chambre de 50 m³ a à peu près des dimensions de 4 X 5 X 2,5 (en m), ce qui représente une surface d'environ (mur, plafond, sol) 58 m²
Supposons des murs (et le reste) constitués de béton de 9 cm d'épaisseur (qu'on peut évidemment discuter, le but est juste de montrer où je veux en venir)

On a donc environ 58 * 0,09 = 5 m³ de béton ... qui ont évidemment une capacité thermique non négligeable.

masse de béton : m = 5 * 2200 = 11000 kg (environ)
capacité thermique massique du béton : 880 J/(kg.K)

--> pour le béton de construction de la chambre : il faut 880*11000 = 9,7.10^6 J pour le refroidir de 1 °C

La fonte du glaçon donnant 1332 kJ, il serait seulement susceptible de refroidir les murs de 1332.10^3/(9,7.10^6) = 0,14 °C

Donc, même si il n'y a pas (ou pas beaucoup) d'échange thermique avec l'air extérieur, le glaçon en fondant ne pourrait refroidir l'ensemble air-béton de la chambre que de 0,14 °C, soit peanuts.

On peut évidemment ergoter sur l'épaisseur de béton ou ... que j'ai utilisée dans l'exemple, mais quoi qu'il en soit, on trouvera toujours en pratique une variation de température extrêmement faible en tenant compte de la capacité thermique des matériaux de construction de la chambre)

Si de plus, on tient compte que la température extérieure nocturne est élevée et que les murs ne sont pas parfaitement isolant et que une personne dégage aussi environ 100 W en permanence ...

On voit bien que l'effet sur la température moyenne de la pièce par la fonte du glaçon est minime.

[LeMulet]

D'un point de vue pratique.

Pour refroidir "la pièce", il faudrait isoler les murs au mieux (par exemple avec des couvertures de survie), de manière à ne refroidir que l'air.
De plus, il faudrait éviter au maximum la circulation de l'air entre la pièce et l'extérieur.
Qui plus est, pour améliorer le transfert de chaleur, il ne faut pas garder la glace sous forme d'un bloc, mais le fragmenter (l'idéal serait de l'avoir sous forme de neige), et l'étaler au mieux pour augmenter la surface de contact avec l'air circulant.
Pour améliorer le refroidissement, il faut également brasser l'air dans la pièce (faire de la convection), sinon l'air froid va former une couche qui reste en bas, ce qui va moins refroidir l'air chaud en haut.

[MoussierElPatate]

Merci à tous pour vos réponses !
Effectivement j'avais pensé aux transferts de chaleur vers les murs et l'extérieur, mais je ne pensais pas que ceux-ci étaient si important au point de passer des 22 degrés de différence à 0, mais effectivement vos calculs sont convaincants pour l'expliquer. Plus qu'à aller acheter une clim, ou plutôt attendre la fin de la canicule qui est pour bientôt...

[albanxiii]

Bonjour,

Si on raisonne en théoricien de la physique..

Non, cela s'appelle raisonner comme un lycéen ou un étudiant paumé qui poste sur futura "C koi la formule pour ...". Un physicien tient compte de la situation réelle.

Plus qu'à aller acheter une clim, ou plutôt attendre la fin du monde qui est pour bientôt...

Voilà !

[Jaunin]

Bonjour,
C'est juste une petite information.
Cordialement.
Jaunin__

http://www.msn.com/fr-ch/finance/eco...Io7?ocid=ientp

[LeMulet]

Bonjour,
C'est juste une petite information.
Cordialement.
Jaunin__

http://www.msn.com/fr-ch/finance/eco...Io7?ocid=ientp

Tient justement.

D’abord, sachez qu’il ne s’agit absolument pas d’un climatiseur mais bien d’un rafraîchisseur d’air (voir la vidéo de présentation ci-dessous).
Concrètement, l’air est ventilé après être passé par un filtre imbibé par l’eau mise dans le réservoir.

L’idée est donc de remplir l’appareil d’eau fraîche afin de faire tomber la température de la pièce…

Mais d’après l’UFC-Que Choisir, qui a testé le produit, cet effort est bien inutile. L’effet bénéfique ne se ressent qu’à moins de 70 centimètres du cube, quand un ventilateur classique porte jusqu’à 6 mètres.

Commentaire d'un internaute : "Ça ne rafraîchit absolument rien même en mettant de l'eau glacée dans la cuve."

UFC-Que Choisir et l'internaute ne font-ils pas une erreur ?

[ilovir]

Blackjack

On peut évidemment ergoter sur l'épaisseur de béton ou ... que j'ai utilisée dans l'exemple, mais quoi qu'il en soit, on trouvera toujours en pratique une variation de température extrêmement faible en tenant compte de la capacité thermique des matériaux de construction de la chambre)

Peine perdue : au fur et à mesure qu'on refroidit les parois depuis l'intérieur, elles se réchauffent avec la chaleur venant de l'extérieur.

albanxii

Non, cela s'appelle raisonner comme un lycéen ou un étudiant paumé qui poste sur futura "C koi la formule pour ...". Un physicien tient compte de la situation réelle.

Désolé de vous contredire, mais l'échange de chaleur entre deux corps placés dans un calorimètre considéré adiabatique, c'est bien de la physique théorique pure. Et bien sur, cela s'apprend au lycée.

Celui qui tient compte de la situation réelle (2ème paragraphe de mon post), c'est le technicien.

[LeMulet]

Un autre détail qui semble avoir été négligé.
Le cube de glace n'est pas à 0°C.

[Black Jack 2]

Bonjour,

"Un autre détail qui semble avoir été négligé.
Le cube de glace n'est pas à 0°C."

C'est un détail qui ne changera pas les ordres de grandeur.

La capacité thermique massique de la glace est de 2,06 kJ·kg-1·K-1
Alors que la chaleur latente de fusion de la glace est de 333 kJ·kg-1

Supposons par exemple les 4 kg de glace à -20°C, il faut 165 kJ pour la ramener à 0°C sans changement d'état.
Alors qu'il faut 1332 kJ pour le changement d'état glace-eau(liquide) à 0°C