PLAN D'EXPERIENCE POUR L'AMELIORATION DES CUISEURS SOLAIRES
Introduction
Comme pour un brûleur à gaz ou un four électrique, la performance d'un cuiseur solaire peut être évaluée par la mesure de sa puissance. Cette mesure peut permettre de comparer un cuiseur à un autre, mais surtout de mettre au point un cuiseur avec le meilleur compromis de performance et de coût (analyse de la valeur).
1 - Mesure de puissance
1 calorie (Cal), c'est la quantité de chaleur nécessaire pour élever la température de 1 gramme d'eau de 1 degré. C'est une quantité d'énergie.
L'unité universelle d'énergie est le Joule (J). Il y a donc une relation entre la calorie et le Joule :
1 Cal = 4,18 J
L'unité de puissance est le Watt (W), c'est un flux d'énergie, une quantité d'énergie par unité de temps :
1 W = 1 J / s (un Joule par seconde)
Application : quelle est la puissance P nécessaire pour élever la température de 1 litre d'eau de 1 degré en une minute ?
1 litre = 1000 g
1 mn = 60 s
pour élever la température de 1 gramme d'eau de 1 degré, il faut 1 Cal soit 4,18 J
pour élever la température de 1 litre d'eau de 1 degré, il faut 1000 Cal soit 4180 J
pour élever la température de 1 litre d'eau de 1 degré en une seconde, il faut 4180 J/s soit 4180 W
pour élever la température de 1 litre d'eau de 1 degré en une minute, il faut 60 fois moins de puissance soit :
P = 4180/60 W soit environ 70 W, c'est la puissance d'une ampoule électrique de moyenne puissance.
Application au cuiseur solaire :
On place une quantité d'eau connue (en litres) à une température T1 (en degrés) dans le récipient.
Au bout d'un certain temps (en minutes), on relève la température de l'eau T2.
La puissance délivrée par le cuiseur est :
P (en Watts) = 70 x (T2 - T1) x nombre de litres / nombre de minutes
Nota : pour limiter les erreurs dues aux pertes par convection, on travaillera à des températures proches de la température ambiante. On ne travaillera JAMAIS au voisinage de l'ébullition.
2 - Méthode de comparaison
Pour mesurer l'impact d'une modification, on doit comparer en même temps, dans les mêmes conditions, la puissance du four modifié par rapport à un four non modifié considéré comme référence.
Pourcentage d'amélioration / dégradation (par rapport au cuiseur de référence) :
Si P1 est la puissance mesurée sur le four de référence et P2 la puissance mesurée sur le four modifié :
Le pourcentage se calcule suivant la formule : (P2 / P1) - 1 multiplié par 100
Si le pourcentage est positif, il s'agit d'une amélioration, s'il est négatif, il s'agit d'une dégradation.
3 - Plan d'expérience
Il s'agit de lister toutes les idées visant à améliorer les performances du cuiseur ou à en diminuer le coût
On obtient une liste d'expériences à réaliser pour mesurer l'impact de chaque idée.
Les résultats donneront lieu à une synthèse : le meilleur compromis performances / coût
Description du cuiseur de référence : dimensions extérieures, dimensions intérieures, revêtement intérieur, type et taille du vitrage, dimensions et matériau du récipient, couleur du récipient, nombre et type de réflecteurs…
Numéro |
Objectif de l'expérience |
Description du cuiseur modifié |
Résultat |
1 |
Vérifier la validité de la mesure |
Cuiseur identique à la référence, on attend un résultat proche de 0 % |
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2 |
Utilité du double vitrage |
Simple vitrage |
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3 |
Couleur du récipient |
Récipient peint en noir |
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4 |
Couleur du revêtement intérieur |
Revêtement brillant |
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5 |
Utilité d'une vitre avant |
Plaque avant remplacée par un vitrage |
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6 |
Réflecteurs additionnels |
Ajout de 3 réflecteurs supplémentaires |
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7 |
Rôle de l'étanchéïté |
Surélever le couvercle avec des cales pour créer volontairement des fuites |
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Autres idées :
modifier la forme et le type de récipient, modifier la profondeur du four ou sa taille par rapport au récipient, surélever le récipient,