Solaire thermique: capteurs solaires CESI, chauffage, ECS, fours et cuiseurs solairesTracé de rayons : OptGeo, petit logiciel intéressant

L'energie solaire thermique dans tous ses états: chauffage solaire, eau chaude sanitaire, choix d'un capteur solaire, concentration solaire, fours et cuiseurs solaires, stockage d'énergie solaire par tampon thermique, piscine solaire, climatisation et froid solaire..
Aides, conseils, montages et exemples de réalisations...
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Message non lupar FALCON_12 » 04/05/12, 16:19

A suivre les rayons du soleil dans la casserole (plus simple que l'ordinateur) , on voit que tous ces rayons perdus passent entre le miroir surface du cylindre bouteille et le pseudo foyer (point de rebroussement de la caustique) , donc l'idéal pour en récupérer un max est un tuyau de diamètre R/2 ou D/4 un quart du diamètre de la demi bouteille miroir, touchant la surface du miroir, pour récupérer entre 2 à 4 fois plus de lumière sur le tube collecteur que sans miroir cylindrique.
Si R=4cm, il faut un tube de 2cm, contre la paroi du miroir bouteille qui récupère un max de lumière, 4 fois en surface à 0° et 2 fois plus environ à plus de 20° .


Je vais faire des mesure en comptant les rayons avec OptGeo. Ou alors trafiquer le source (LAZARUS) en delphi pour lui faire compter les rayons avec l'accord de l'auteur, bien entendu.


L'intérêt de cette solution est sa simplicité, qui peut être réalisée avec des tuyaux variés plastiques lisses avec alu ou mylar dessus, par exemple du PVC diamètre 125 fendu en deux, avec mylar et tuyau PVC 32 noirci appuyé contre,
ou bien demi tuyau PVC de 63 avec mylar , avec appuyé contre un tuyau de cuivre de 14-16 noirci ( noir de fumée fixé) ou tuyau plastique noir de 16, pas cher pour goutte à goutte , qui chauffera au moins deux fois plus, à courants d'air similaires.


J'ai souvent pensé à ça. A chaque fois je me suis arrêté en pensant à la résistance thermique du PVC :

Conductivité du Cuivre : 385
Conductivité du PVC : 0.2 !

Le cuivre conduit 1925 fois mieux la chaleur que le PVC !

Donc la surface noir du PVC va chauffer énormément, l'échange de chaleur en la surface noire et l'eau mauvais, et le rayonnement IR de retour va être bien plus grand.

Et tiens, existe-t-il un logiciel pour simuler cela ?


Falcon.
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dedeleco
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Message non lupar dedeleco » 04/05/12, 17:27

Non, faites le calcul avec l'épaisseur 1 mm de polyéthylène, contre l'eau froide et les unités exactes de conductivité thermique, et cela ne chauffe pas plus que l'eau pratiquement, à 5°C près.

On met souvent du cuivre non indispensable, sauf au niveau sanitaire, contre les bactéries.

Bien vérifié avec tuyau d'arrosage avec de l'eau circulant dedans au soleil .

http://fr.wikipedia.org/wiki/Diffusivit%C3%A9_thermique

polyéthylène :
0,35 W/m°C donne pour 1 mm d'épais 1000 fois plus 350W par °C et m2 et donc pour 1KW de soleil par m2 il suffit de 3°C pour assurer le flux de chaleur vers l'eau 1 mm derrière, et si concentré 4 fois plus (max de cette solution avec tubes à mylar) , on surchauffe en surface de 12°C au max si pas de pertes optiques ni rien de réfléchi et en oubliant la surface du tuyau plus grande par pi=3,14 (circonférence sur diamètre avec les rayons arrivant sur les côtés réfléchis par le miroir cylindrique).
En réalité donc on surchauffera en surface de 5 à 10°C avec le polyéthylène des tuyaux goutte à goutte de 16mm à moins de 20€ les 100m, qui tiennent plus de 10 ans au soleil sans eau dans mon jardin 83 .

Le cuivre et l'argent ont une conductivité thermique et électrique énorme par le grand libre parcours de leurs électrons.
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Message non lupar FALCON_12 » 04/05/12, 20:43

Non, faites le calcul avec l'épaisseur 1 mm de polyéthylène, contre l'eau froide et les unités exactes de conductivité thermique, et cela ne chauffe pas plus que l'eau pratiquement, à 5°C près.

Merci pour votre réponse. Je ne comprends par contre pas bien du tout ce que vous me répondez. Que voulez-vous dire ?

On met souvent du cuivre non indispensable, sauf au niveau sanitaire, contre les bactéries.

Bien vérifié avec tuyau d'arrosage avec de l'eau circulant dedans au soleil .

http://fr.wikipedia.org/wiki/Diffusivit%C3%A9_thermique



La diffusivité Thermique est une grandeur caractérisant la perméabilité thermique d'un matériau à un signal thermique de pulsation w, c'est l'équivalent de l'inverse d'une impédance dans les circuits électriques. Ici nous sommes en continu, le signal thermique est à fréquence nulle, w=0.


polyéthylène :
0,35 W/m°C donne pour 1 mm d'épais 1000 fois plus 350W par °C et m2 et donc pour 1KW de soleil par m2 il suffit de 3°C pour assurer le flux de chaleur vers l'eau 1 mm derrière, et si concentré 4 fois plus (max de cette solution avec tubes à mylar) , on surchauffe en surface de 12°C au max si pas de pertes optiques ni rien de réfléchi et en oubliant la surface du tuyau plus grande par pi=3,14 (circonférence sur diamètre avec les rayons arrivant sur les côtés réfléchis par le miroir cylindrique).
En réalité donc on surchauffera en surface de 5 à 10°C avec le polyéthylène des tuyaux goutte à goutte de 16mm à moins de 20€ les 100m, qui tiennent plus de 10 ans au soleil sans eau dans mon jardin 83 .


J'avoue ne pas comprendre ce que vous dites. Pourriez-vous le dire autrement ? A épaisseur égale, le cuivre conduit bien mieux la chaleur que le PVC, et notre problème est de transmettre la chaleur à l'eau à travers la parois du tuyau.

Vous dites donc, pour simplifier, que si je mets un tuyau de (par exemple) 20 mn de cuivre pour un millimètre d'épaisseur, noirci, avec un certain débit D d'évacuation, j'obtiens une température de surface de Théta. Et que donc, si je remplace la matière du tuyau par du PVC, toutes choses étant égales par ailleurs, j'obtiens Théta+5 comme température de surface ? C'est cela ?

Falcon.
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Message non lupar dedeleco » 04/05/12, 21:55

C'est cela avec une épaisseur de 1mm entre l'eau et l'absorption du soleil.
Cette épaisseur est faible pour que le cuivre ne soit pas indispensable.

1mm c'est 1000 fois moins que 1m et donc le flux thermique est 1000fois plus élevé pour la même différence de T et la même surface.
La table des valeurs pour plolyéthylène (mieux que PVC au soleil en UV et fusion) donne 0,35W/m°K donc on a 350W/m2 pour 1mm d'épaisseur au lieu de 1 m .
Donc 1KW/m2 de soleil donne 1000/350=3°C environ .
de plus la concentration solaire par miroir cylindrique renvoie la plus grande partie des rayons sur les côtés du tube sur une surface comme Pi.Diamètre du tube . sa longueur L au lieu de D.L si pas de miroir. Aussi ce miroir éclaire surtout la face cachée au soleil du tube et n'augmente pas beaucoup T en surface, mais augmente la chaleur fournie à l'eau par 2 à 4= Diamètre demi miroir cylindrique sur diamètre du tuyau chauffé.


J'espère que c'est plus clair.

j'ai mis le wikipedia diffusivité
http://fr.wikipedia.org/wiki/Diffusivit%C3%A9_thermique
car il donne toutes les valeurs basiques thermiques en table qui servent à calculer la diffusivité en faisant le rapport : conductivité thermique, sur capacité thermique , etc.., minimum à retenir.
La conductivité thermique est dynamique, flux thermique, faussement statique mais basique en diffusivité, qui est similaire à la pénétration d'une radiofréquence ou d'un champ magnétique brutal, dans un métal, avec profondeur de pénétration comme la racine carrée du temps, ou l'inverse de la racine carrée de la fréquence . Ce n'est pas une impédance, car il n'y a plus propagation d'onde à vitesse constante, mais diffusion, marche au hasard, avec avance se ralentissant comme la racine carrée du temps .

En mettant un thermomètre de contact (thermocouple ou infrarouge ) sur la surface du tuyau 14x16 avec de l'eau froide circulant dedans au soleil, on vérifie mon affirmation.

On le vérifie aussi en mettant la main sur un tuyau d'arrosage similaire avec eau froide circulant dedans, il n'est pas chaud du tout, contrairement au même tuyau brulant sans eau au soleil.
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Message non lupar FALCON_12 » 04/05/12, 22:43

J'espère que c'est plus clair.


Pas tellement, pour moi, pardonnez-moi.

Selon vous, à la finale, quel sera l'augmentation de température induite par l'utilisation de PVC au lieu du cuivre ?

j'ai mis le wikipedia diffusivité
http://fr.wikipedia.org/wiki/Diffusivit%C3%A9_thermique
car il donne toutes les valeurs basiques thermiques en table qui servent à calculer la diffusivité en faisant le rapport : conductivité thermique, sur capacité thermique , etc.., minimum à retenir.
La conductivité thermique est dynamique, flux thermique, faussement statique mais basique en diffusivité, qui est similaire à la pénétration d'une radiofréquence ou d'un champ magnétique brutal, dans un métal, avec profondeur de pénétration comme la racine carrée du temps, ou l'inverse de la racine carrée de la fréquence . Ce n'est pas une impédance, car il n'y a plus propagation d'onde à vitesse constante, mais diffusion, marche au hasard, avec avance se ralentissant comme la racine carrée du temps .


Nous sommes à fréquence nulle, nous nous intéressons à un problème de résistance thermique statique en régime établi. w = 0, la diffusivité n'a aucune influence ici dans notre problème.

En mettant un thermomètre de contact (thermocouple ou infrarouge ) sur la surface du tuyau 14x16 avec de l'eau froide circulant dedans au soleil, on vérifie mon affirmation.

On le vérifie aussi en mettant la main sur un tuyau d'arrosage similaire avec eau froide circulant dedans, il n'est pas chaud du tout, contrairement au même tuyau brulant sans eau au soleil

Ce n'est pas la question, me semble-t-il. Un tuyau sans eau, au soleil, finit par chauffer (par diffuser dans son épaisseur) la chaleur (l'énergie) reçue du soleil. Le flux d'eau froide va le refroidir. Ensuite, à chaque seconde, le soleil transfert à la surface du tuyau une énergie E, soit une puissance P qui va provoquer l'échauffement de la surface du tuyau. Cette énergie peut ou pas traverser facilement l'épaisseur du tuyau et acheminer à chaque seconde la chaleur. Si oui (si c'est du cuivre, très bon conducteur thermique), les joules traversent facilement et sont évacués par l'eau circulant dans le tuyau. Du coup la température de surface du tuyau est proche de celle de l'eau, la résistance thermique faible crée une faible chute température. Si maintenant la paroi du tuyau laisse mal passer l'énergie reçue (du PVC par exemple) le gradient de température est bien plus grand. A l'extrême, d'ailleurs, si le matériau est un parfait isolant, aucune énergie ne peut le traverser et elle s'accumule sur la surface de réception, sa température augmente et à moins de pouvoir évacuer cette énergie par rayonnement IR ou convection c'est la fonte assurée. Le gradient de température est donc proportionnel à la résistance thermique du tuyau. Dans notre cas on évite la casse parce que la surface d'échange du tuyau est assez grande et l'air assez (relativement) froid. Il y a donc convection et rayonnement IR. Mais le rendement s'en ressent. La diffusivité n'a rien à voir avec notre problème. Elle ne sert qu'en régime transitoire ou sinusoïdal, soit, en réponse à un échelon ou un dirac de température, ou à sollicitation périodique permanente. Ici nous somme en régime établi, avec une sollicitation (le soleil), constante, de pulsation nulle, dans des matériaux à épaisseur finie.

L'amortissement A induit par diffusivité vaut : exp(-z /delta(omega))

Ici la quantité delta(omega) vaut +infini puisque delta(omega) = sqrt{2. D \omega} et que omega=0 (la pulsation).

Donc A = 1 ce qui veut dire : aucun amortissement : la température est la même en tous points de l'épaisseur du matériau, nous sommes en régime permanent, la diffusion a été faite. L'énergie flue dans l'épaisseur à densité constante. La diffusivité ne joue plus. A ne dépend plus de z, la profondeur, il vaut 1.


Falcon.
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Message non lupar dedeleco » 04/05/12, 23:11

Lisez au moins le texte de wikipedia de diffusivité car il donne une table des conductivité thermique de matériaux que je ne fais qu'utiliser, au lieu de refuser de lire cette table à cause du titre diffusivité, qui a besoin de cette table pour calculer la diffusivité et donner tous les points de repères de base pour chaque matériau, essentiel pour éviter des erreurs.

Lisez les bases sur wikipedia sur conductivité thermique et conduction thermique, aussi.

La conductivité thermique comme la résistance électrique sont dynamiques et non statique, en physqiue, car dissipatif . même en régime stationnaire, comme celui d'une rivière qui coule en faisant tourner des moulins.

J'y peux rien si vous avez eu des cours de physique mal enseignés (très usuel), au point d'inculquer des idées fausses, qu'il est obligé de corriger à un niveau plus élevé.

Calculez la chute de température sur 1 mm de polyéthylène (pas PVC qui fond au soleil sans eau) à 1KW/m2., ai lieu d'écrire plein de phrases sans aucun chiffre, qui montrent que vous avez une bonne culture scientifique en vocabulaire, mais très rarement quantitative.

Je ne fais que cela, vous pouvez le faire pour le cuivre aussi (rapport 1000 fois plus fable environ).

Il ne faut pas se limiter à des impressions sans évaluer les ordres de grandeur, sinon on se plante, comme vous faites, en écrivant que seul le cuivre conduit assez, sans aucune évaluation quantitative précise et on dépense plein de cuivre très cher totalement inutilement !!.
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Message non lupar FALCON_12 » 04/05/12, 23:13

Bon j'ai donc pris un angle solaire de 23 ° et cherché le rayon r minimal pour avoir interception totale des rayons solaires. J'ai donc, pour un rayon R égal à 226 mm un rayon r minimum de 64 mn, soit un rapport de 3.53.

Donc dans le problème de Mr SHUTTLER il faut utiliser un rayon minimum, pour le tuyau, positionné contre le bord de la bouteille, de 40/3.53 = 11.3 mn. Soit un diamètre de 22.6 mm.

Ça passe donc à peu près avec du tuyau en cuivre de diamètre 22 mm.


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Message non lupar FALCON_12 » 04/05/12, 23:46

Lisez au moins le texte de wikipedia de diffusivité car il donne une table des conductivité thermique de matériaux que je ne fais qu'utiliser, au lieu de refuser de lire cette table à cause du titre diffusivité, qui a besoin de cette table pour calculer la diffusivité et donner tous les points de repères de base pour chaque matériau, essentiel pour éviter des erreurs.


J'ai tout lu, la table n'ajoute ou n'enlève rien au fait que la diffusivité n'a ici rien à voir avec notre problème.

Ce qui suit vient de votre document monsieur, avez-vous lu ce que j'ai écris ? je vous le redonne.

1- Nous sommes en statique, vous en convenez : donc oméga, ou w, vaut 0 rad/s.

2- D'après votre document wikipédia l'amortissement A induit par diffusivité vaut : exp(-z /delta(omega))

3- D'après votre document wikipédia la quantité delta(omega) vaut +infini puisque delta(omega) = sqrt{2. D \omega} et que omega=0 (la pulsation), nous sommes en statique (selon vous et moi, donc).

Donc, imparablement, mathématiquement, A = 1 ce qui veut dire : aucun amortissement: la température est la même en tous points de l'épaisseur du matériau, nous sommes en régime permanent, la diffusion a été faite. L'énergie flue dans l'épaisseur à densité constante. La diffusivité ne joue plus. A ne dépend plus de z, la profondeur, il vaut 1 en tous z.

Ceci provient de ce document wikipédia que vous donnez vous-même et est conforme à votre propres dires. C'est aussi conforme avec le fait qu'aucun calcul de déperditions thermique, dans une maison ou un récepteur thermique, ne prend en compte les régimes d'établissement de la diffusion mais les régimes établis.

Voilà monsieur.

Falcon.
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Message non lupar dedeleco » 05/05/12, 00:28

Vous savez lire ou, aveugle, vous suivez vos idées préconçues ??

Lisez au moins le texte de wikipedia de diffusivité car il donne une table des conductivités thermiques de matériaux que je ne fais qu'utiliser, au lieu de refuser de lire cette table à cause du titre diffusivité, qui a besoin de cette table pour calculer la diffusivité et donner tous les points de repères de base pour chaque matériau, essentiel pour éviter des erreurs.


J'uitilise la table des conductivités thermiques de matériaux que donne cet article sur la diffusivité !!!

Il y a 0,35W/m°K en conductivité thermique du polyéthylène, et la diffusivité ne me sert qu'à avoir cette valeur !!!!

La plupart des matériaux isolants et massifs, non métaux sont dans cette gamme comme le bois, les plastiques, etc... entre 0,1 et 1 environ.

Sinon, certains surchauffés avec leur maison au soleil, par canicule, même des vieux qui en sont morts, ont souffert de ne pas connaître la diffusivité thermique oubliée dans les cours sur les maisons (appelée de façon trompeuse déphasage ) !!

Aussi certaines régulations thermiques marchent mal à cause de la non compréhension de cette diffusivité thermique.

De toute manière, je constate que le mot diffusivité vous empêche de voir la table de conductivités thermiques dans cet article wikipedia :
http://fr.wikipedia.org/wiki/Diffusivit%C3%A9_thermique

que je vous invite à lire, pour parvenir à la ligne du polyéthylène colonne conductivité thermique, au lieu de pérorer contre de façon aveugle.

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Message non lupar plasmanu » 05/05/12, 05:41

Pour la conductivité thermique.

Classement
1-argent 427
2-cuivre 399
3-or 316
...
bon dernier l'air 0.026

un simple fil d'argent dans un tube transparent sous vide d'air: c'est un capteur solaire de luxe à haut rendement.

Et il n'est pas question de prix des matériaux: mais de main d’œuvre.

En bijouterie: j'ai eu à souder des pièces d’argent à moitié immergé.
C'est hallucinant la puissance de chauffe pour contrer la dissipation thermique pour monter la pièce à 900d° quand on est vers 100d° quelques cm à coté au contact de l'eau.
Qui protège les pierres semi-precieuses: qui se font explosées par la dissipation sinon.
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"Ne pas voir le Mal, ne pas entendre le Mal, ne pas dire le Mal" 3 petits singes Mizaru


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