Comment estimer la résistance thermique du four ?

Expérience et hypothèse n°13 : Les pertes thermiques par les parois sont proportionnelles à la différence de température entre intérieur et extérieur du four, cette  constante de proportionnalité étant la résistance thermique du four.

Lorsque le four atteint une température intérieure constante, l’énergie reçue par l’intérieur du four compense exactement les pertes par ses parois en direction de l’extérieur. Nous pouvons alors écrire que la puissance reçue P_reçue est égale au flux thermique Φ à travers les parois :

Φ= P_reçue 

Comme DT=Dq=R_TΦ alors connaissant l’écart de température entre extérieur et intérieur, nous pourrons tracer l’écart de température Dq en fonction du flux thermique f et vérifier ou non qu’il y a proportionnalité entre ces deux grandeurs, et en déduire la valeur de la résistance thermique du four.

Protocole

-          Pour apporter une énergie donnée, utiliser une résistance installée à l’intérieur du four alimentée par un générateur de tension alternative réglable ; 

-          Mesurer l’intensité efficace et la tension efficace à l’aide de deux multimètres en mode alternatif ;

-          Attendre que le four atteigne une température constante indiquant qu’il y a équilibre entre les pertes et apports ;

-          Mesurer la température intérieure minimale dans le bas du four et maximale dans le haut afin d’en faire une moyenne ;

-          Mesurer également la température extérieure du four pour obtenir l’écart de température Dq=q_{int moy}-q_ext ;

-          Renouveler l’expérience pour différentes puissances apportées P =U_eff.I_eff.

Mesures : 

Observations :

Nous obtenons une droite qui passe par l’origine, donc l’écart de température est bien proportionnel au flux thermique à travers les parois du four.

Interprétation :

Il est possible d’évaluer la résistance thermique équivalente des parois du four en tenant compte de la constitution des parois et de celle du double vitrage.

Par définition :  R_th = e/(S.l)

e : épaisseur de la paroi en m ; S : surface de la paroi en m² et l : conductivité thermique du matériau en W.m^-1.K^-1. 

 

 

Ainsi théoriquement, la résistance thermique du four est de 0,63 K.W^-1, alors qu’expérimentalement nous avons trouvé 0,45 K.W^-1.

Cette différence de plus de 28% peut s’expliquer. 

          

-          Les parois sont rigidifiées par des supports en bois, matériau plus de trois fois plus conducteur que la laine de chanvre. En effet nos images infrarouges, ont pu nous montrer des pertes importantes sur les bords.

-          D’autre part, ces mêmes images nous ont montré des pertes importantes par le double vitrage. En effet pour être efficace, un double vitrage nécessite un air sec et immobile, or, il n’y a pas de joint au niveau des vitres, donc des pertes par convection peuvent avoir lieu.

-          Nous avons pu constater également des pertes par les vis en inox.