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Niveau maths spé
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puissance conduction

Posté par
jonus
24-12-13 à 14:27

Bonjour, je suis bloquee dans mon DM.

On cherche les pertes dues a la conduction thermique. Le congelateur est capable de maintenir pendant 6h au maximun au-dessous de 0°C, sans decongelation, la temperature de 20 kg d'aliments en cas de panne de courant. On considere que la temperature de congelation des aliments est 0°C.

11) Calculer la puissance moyenne relative aux pertes par conduction thermique.
J'ai comme donné: plusieurs capacites thermiques, les dimensions du congelateur, enthalpies de chgmt d etat. Par contre la conductivite thermique n'est pas donné.

Merci de votre aide et joyeux noel.

Posté par
jonus
re : puissance conduction 12-02-14 à 20:28

Je sais que c'est difficile, mais il n'ya personne qui sais?

Posté par
Iamat
re : puissance conduction 13-02-14 à 10:56

Salut,

Si tu as la température initiale des aliments (normalement -18°C)
et la capacité thermiques des aliments


L'énergie reçue pour sans décongeler est:

Masse * capacité calorifique (température finale-initiale)

La puissance = énergie/temps

Posté par
jonus
re : puissance conduction 13-02-14 à 19:26

Merci, alors le temps pour le calcul c'est 6h (en secondes)? La puissance de conduction c'est pas avec la densite de courant thermique et la surface? (J'ai pensee a ca car on a les dimensions du congelateur et on l'utilise pas pour les autres question, par contre pas on n'a pas la conductivite thermique). Merci beaucoup.

Posté par
Iamat
re : puissance conduction 13-02-14 à 22:32

quelle est l'unité de la puissance de conduction?

si c'est W/m² il faut effectivement diviser par la surface du congélateur

Posté par
jonus
re : puissance conduction 13-02-14 à 23:13

Selon le cours, on a: P=j*S avec P le flux thermique en watt, j le vecteur densite de courant thermique en W/m2 et S la surface. Ma question est si la puissance moyenne de conduction est P ou j?

Posté par
Iamat
re : puissance conduction 14-02-14 à 09:13

Salut,

Je n'ai jamais entendu parlé de puissance de conduction mais à mon avis le terme puissance indique qu'il s'agit d'une grandeur de en W.

Et en faisant énergie /temps tu obtiens bien une puissance (en utilisant les unités J et s tu obtiens des W).

Posté par
jonus
re : puissance conduction 14-02-14 à 11:46

Ok merci, la puissance de conduuction vient du chapitre de conduction thermique.

Posté par
Iamat
re : puissance conduction 14-02-14 à 11:59

et quelle est l'unité de la puissance de conduction?

Posté par
jonus
re : puissance conduction 14-02-14 à 16:18

La puissance de conduction ou flux thermique s ecrit en watt, normalement elle s ecrit P=jS comme je l'ai dit avant mais je pense que ca doit etre comme vous l'avait dit a la premiere reponse vue qu on n a pas j.

Posté par
J-P
re : puissance conduction 14-02-14 à 17:12

Il manque une foule de données ...
Pourquoi ne pas écrire un énoncé complet ?
-----

dtheta/dt = - k.(theta - theta(ext))

dtheta/dt + k.theta = k.theta(ext)

theta(t) = C.e^(-t/k) + theta(ext)

theta(0) = thetao

thetao = C + theta(ext)
C = thetao - theta(ext)

theta(t) = thetao.e^(-t/k) - theta(ext).e^(-t/k) + theta(ext)

theta(t) =  theta(ext) + e^(-t/k).(thetao - theta(ext))

- theta(t) est la température des aliments dans le frigo en fonction du temps (origine d'horloge au moment de l'arret du congelateur)
- theta ext est la température à l'extérieur du congelateur.
- thetao est la température des aliments à l'instant c = 0

Il reste à déterminer la valeur de k:
k est la constante de temps de refroidissement, elle est proportionnelle à la capacité thermique des aliments dans le frigo et à la résistance thermique qui s'oppose à l'échange de chaleur ... qui elle dépend de l'aire d'échange du congelateur avec l'extérieur et l'isolation des paroies.

On ne peut pas calculer k par cause de manque des données utiles pour le faire dans l'énoncé donné ici.
-----
Avec les données manquantes connues, on a alors la courbe de refroidissement en fonction du temps :

theta(t) =  theta(ext) + e^(-t/k).(thetao - theta(ext))

On peut donc calculer la température après 6 h ... en en déduire le delta theta sur ces 6 h

et en multipliant par la capacité thermique des aliments dans le frigo et divisant par les 6 h (dans l'unité adéquate) on aura la puissance moyenne relative aux pertes par conduction thermique (sur les 6 h)
-----
Une autre voie de résolution serait de disposer d'un graphique donnant l'évolution de température en fonction du temps (et alors plus besoin d'en établir l'équation comme ci-dessus)

et se servir des infos via le diagramme pour en déduire la valeur de k et ...
-----
Sauf distraction.  


Posté par
jonus
re : puissance conduction 14-02-14 à 18:57

Merci JP pour votre aide mais j'ai pas compris comment vous faite pour trouver l'eq differentielle? La cste de temps de refroidissement n'est pas donne et j'ai jamais vue. de cette cste dans mon cours.

Posté par
J-P
re : puissance conduction 14-02-14 à 19:46

C'est un peu difficile de poursuivre sans connaître ce qui t'a été enseigné.

Comme je l'ai écrit, pour répondre un peu sérieusement à ton problème, il manque plein de données. (soit écrites, soit des graphes)

Sans ces données, je ne vois pas comment aider plus.

Posté par
jonus
re : puissance conduction 14-02-14 à 20:50

la partie de l enonce qui manque:
On s interesse a la puissance necessaire au fonctionnement de ce refrigerateur en regime permanent, en ete, alors qu'il est a moitie rempli en volume par une masse m=20 kg d'aliments. On commence par evaluer la puissance perdue au passage a l'etat solide de la vapeur d'eau contenue dans l'air humide a l'interieur du congelateur lorsqu'on l'ouvre et le referme (condensation de la vapeur d'eau). On considere que lors d'une ouverture-fermeture, tout l'air contenu dans le congelateur est renouvele. Il faut aussi tenir compte de l'etancheite imparfaite des compartiments. Pour cela, on estime que tout se passe comme si l'oon ouvrait 40 fois par demi-journee (12h) le congelateur.
La quantite de vapeur d'eau presente dans l'air peut se caracteriser par son humidite relative, Hr, rapport de la pression partielle de l'eau a sa pression de vapuer saturante a la meme temperature, ou par son humidite absolue Ha, rapport de la masse de vapeur d'eau exprimee en gramme presente dans un volume donne a la masse d'air sec de ce volume exprimee en kg. Le diagramme de l'air humide est fournie en annexe 1. La courbe limitant le graphique a gauche correspond a la quantite maximale de vapeur d'eau que l'air peut contenir sans q'elle ne se condense.
Donnees:
Dimensions du congelateur, pression atmospherique, pression saturante de l'eau a 30degres, chaleur latente massique de vaporisation de l'eau a 0degres, chaleur latente massique de fusion de la glace a 0degres, chaluer latente massique de decongelation des aliments, capacite thermique massique de l'eau liquide, vapeur et de la glace, capacite thermique massique de l'air sec, capacite thermique massique des aliments decongeles et congeles, capacite thermique du congelateur, masse molaire de l'eau et de l'air, masse volumique de l'air suppose constante entre 0 et 30 degres



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