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Niveau maths sup
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Problème de thermo/transfert thermique

Posté par
Kinouco
19-08-21 à 16:45

Bonjour, je viens sur ce forum pour savoir si quelqu'un pouvait m'aider pour un projet de prepa.

Dans mon projet, j'aimerai faire chauffer de l'eau jusqu'à ébullition à l'aide d'une résistance et savoir quel devrait être la puissance de cette résistance pour y arriver dans un certain temps. Dans un premier temps ca allait si je supposer que la résistance est dans l'eau. Cependant, pour être le plus réaliste possible (car je dois réaliser ce projet après mes calculs), je dois faire une étude ou la résistance est collée à un récipient en fer qui contient l'eau.

Malheureusement je n'ai pas réussi à déterminer la puissance nécessaire pour ma résistance et je ne sais pas comment m'y prendre pour le faire (je pense qu'il faut passer par des formules de conduction ou convection mais je n'en ai pas vu cette année et je ne les comprends pas).

Voilà les données que j'ai : 100mL d'eau à évaporer en 30min avec Tinitiale= 20°C
Récipient en fer de 100g,
Ceau= 4 187 J /K/kg
Cfer= 460 J/K/kg
Enthalpie massique de vaporisation : 2264 kJ/kg

J'avais déjà calculé l'énergie thermique nécessaire pour évaporer toute l'eau :
Comme on est a pression cste :
ΔH=Q donc  Q=ΔH1 +ΔH2 avec ΔH1 l'Enthalpie pour passer l'eau de 20 à 100°C et ΔH2 l'enthalpie pour passer de 100g de liquide à 100g de vapeur
Or ΔH1=m*Ceau*(Teb-Ti) et ΔH2=m*Δhvap
AN : Q= ΔH1 + ΔH2 = 0.1*4185*80 + 0.1*2260*10^3= 2.595*10^2 kJ=72.078 W.h
Or on veut que Δt=30 min donc P=Q/Δt=144.16W

Après ca je suis bloqué car je n'arrive pas à en déduire la température que devrait avoir le récipient en fer, et donc la puissance de la résistance (avec un rendement si possible dut au perte).
Merci d'avance pour votre aide !!

Posté par
vanoise
re : Problème de thermo/transfert thermique 19-08-21 à 20:00

Bonjour
Pour avoir un premier ordre de grandeur, il suffirait de rajouter à la quantité de chaleur que tu as calculée, celle nécessaire pour faire passer l'ensemble {résistance chauffante + récipient métallique} de la température initiale à la température de 100°C.La capacité thermique massique du fer est connue, il te suffit de mesurer la masse de métal.
Pour avoir un résultat plus réaliste, il faudrait tenir compte de la puissance thermique cédée à l'air ambiant par convection. Celle-ci vérifie la loi de Newton :
Pc=h.S.(Tint - Text)
où S est l'aire de la surface de contact de l'air ambiant avec le récipient .
h est une constante sans doute de l'ordre de 10 U.S.I.
Le produit h.S peut facilement être déterminée si tu dispose d'un thermomètre et d'un chronomètre. Tu chauffes de l'eau jusqu'à une température de l'ordre 90°C et tu étudies son refroidissement en fonction du temps.
Je te liasse réfléchir et poser des questions complémentaires si tu le juges utile.



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