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 %

%

2

Utilité du double vitrage

Simple vitrage

%

3

Couleur du récipient

Récipient peint en noir

%

4

Couleur du revêtement intérieur

Revêtement brillant

%

5

Utilité d'une vitre avant

Plaque avant remplacée par un vitrage

%

6

Réflecteurs additionnels

Ajout de 3 réflecteurs supplémentaires

%

7

Rôle de l'étanchéïté

Surélever le couvercle avec des cales pour créer volontairement des fuites

%

 

 

 

%

 

 

 

%

 

 

 

%

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,