CAHIER DES CHARGES. I. Conception de différents fours solaires avec relevés de température. Aliment. Rangement. Utilisateur FC1 FP1 FC2.

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Serge Desroches
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2 I. Conception de différents fours solaires avec relevés de température CAHIER DES CHARGES Déplacement Rangement FC2 FC1 Aliment FP1 Four solaire Utilisateur FC5 Fonctionnalité FC3 Soleil FC4 Prix 2

3 Solarimètre Température ( C) Courbes expérimentales 1 ère expérience effet de la cloche Cloche Thermomètre Bâche noire 2 ème expérience effet de la bâche noire 3

4 Four solaire réalisé Mise en plan avec Catia 4

5 ORIENTATION DU DOUBLE VITRAGE ET SES EFFETS Haut λ 23,4 21 juin Équinoxe λ=45 Effets du double vitrage sur les rayonnements Nord 45 λ + 23,4 21 décembre Vitre du four Orientation du rayonnement solaire à 14 H 5

6 II. Réalisation du modèle théorique et comparaison ANALYSE DES DONNEES EXPERIMENTALES Production = stockage + flux sortant dθ t φ s = C exp. + 1 θ t dt R exp Température ( C) Résolution de l équation différentielle : θ t = R exp. φ 1 e t Rexp.Cexp Courbe de la température du four réalisée avec regressi Temps (min) Modélisation de la forme : θ t = A 1 e t τ avec θ = T t T ext φ s = 140 W R exp = 0.95 C. W 1 C exp = 6900 J. C 1 6

7 CALCUL DE LA CAPACITE ET DE LA RESISTANCE THERMIQUE Modèle électrocinétique équivalent φ s Isolation du four : polystyrène extrudé C th T e R th = 2. e v λ v. S f + 1 e + arg λ arg. S f R th 1 2. e p λ p. S b + 1 e + i λ i. S b T(t) 1 2. e p λ p. S a + e + i λ i. S a 1 2. e p λ p. S c + e i λ i. S c C th = L b. l b. h. ρ a. c a e p. L b. l b + 2. l b. h 2 Calcul théorique et comparaison : + L b. h. ρ p. c p + e i. L b. l b + 2. l b. h 2 + L b. h. ρ i. c i R th = 0,87 C. W 1 R exp = 0.95 C. W 1 C th = 7500 J. C 1 C exp = 6900 J. C 1 7

8 III. Amélioration du modèle RECHERCHE DU POINT OPTIMAL AVEC MAPLE Coordonnée du point optimal : 160 C en 4 H avec une épaisseur d isolant de 15 cm Température du four en fonction de l épaisseur de l isolant et du temps 8

9 MODELISATION DU FOUR AVEC MATLAB Flux solaire (W) Four solaire Température dans le four en C Simulink du four : Puissance nécessaire pour chauffer les aliments W a = V a. E a. T t c

10 RESULTAT OBETENUE APRES AMELIORATION Ajout de 4 litres d eau et ouverture de la porte Température du four avec l ajout de 4 litres d eau 10

11 Conclusion Tableau comparatif Four traditionnel Volume 70 L 81 L Prix Four solaire réalisé Puissance W 140 W Température max 220 C 160 C Temps de chauffe (160 C) 10 minutes 4 heures Four traditionnel Four solaire réalisé 11

12 Comparaison du simple et du double vitrage Hypothèses : Verre parfaitement transparent au rayonnement solaire Corps noir parfait : absorbe et réémet l intégralité des rayonnements En régime stationnaire φ s : flux reçu du soleil : φ s = 1000 W.m 2 φ s φ v σ : constante de Stefan : σ = 5, W.m 2. K 4 φ n φ v Température du corps noir avec simple vitrage : 4 Pour le corps noir : φ s + φ v = φ n = σ. T n1 Pour la vitre : 2. φ v = φ n T n1 = 2.φ s σ 1 4 = 433 K Température du corps noir avec double vitrage : 4 Pour le corps noir : φ s + φ v2 = φ n = σ. T n2 φ s φ v1 Pour la vitre 1 : 2. φ v1 = φ v2 Pour la vitre 2 : φ n + φ v1 = 2. φ v2 T n2 = 3.φ s σ 1 4 = 480 K φ n φ v2 φ v2 φ v1

13 Résistance thermique pour le simple vitrage : R 1 = e v λ v. S f = 0,01 C. W 1 Résistance thermique pour le double vitrage : R 2 = 2.e v λ v. S f + e arg λ arg.s f = 3,37 C. W 1 Temps de chauffe pour le simple vitrage : Pendant dt : - pour le corps noir : C.dT = - σ. T 4. S. dt + φ v. S. dt τ 1 = 0 τ 1 dt = 2.C σ.s - pour la vitre : 0 = - 2.φ v. S. dt + σ. T 4. S. dt T 2 T 1 dt T 4 = 2.C 3.σ.S 1 T3 1 1 T3 2 = 19 min 30 s φ v = 1 2 σ. T4 C.dt = 1 2 σ. T4. S. dt Temps de chauffe pour le double vitrage : Pendant dt : - pour le corps noir : C.dT = - σ. T 4. S. dt + φ v2. S. dt τ 2 = 0 τ 2 dt = 3.C σ.s - pour la vitre 1 : 0 = φ n + φ v1 2. φ v2 - pour la vitre 2 : 0 = 2. φ v1 φ v2 T 2 T 1 dt T 4 = 3 2 τ 1= 29 min 15 s φ v = 2 S σ. T4 C.dt = 1 3 σ. T4. S. dt

14 Corps noir Loi de Stefan Boltzman : σ : constante de Stefan : σ = 5, W.m 2. K 4 ε = M M0 = 0,95 pour le bois (l émissivité) dφ sol ds = M (émitance totale) M 0 = σ. T 4 φ sol = σ. T 4.S. ε Loi de Wien : Cette loi permet d exprimer pour quelle valeur de longueur d onde λ m l émittance monochromatique est maximale. 0 dm λt = 0 dλ λ m. T = 2880 μm. K D où avec une température de 500 K le noir émet une longueur d onde de λ m = 5,8 μm Le corps noir émet donc des infrarouges.

15 Le solarimètre Unité : W.m 2 Fonctionnement : Il est basé sur la conversion de la puissance solaire rayonnée en grandeur électrique. Le solarimètre est destiné à mesurer le rayonnement convertible en énergie électrique par des panneaux photovoltaïques, son détecteur est une cellule photovoltaïque

16 Orientation des parois du four

17 Maple Formule de Rth et Ctot en fonction de ei : épaisseur de l isolant

18 Photos du four

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