Mes expérimentation #2

Dans la suite de l'article précédent, Mes expérimentations #1, qui est vraiment, vraiment, définitivement, carrément trop long, je vous écris aujourd'hui cette suite pour vous faire part de l’expérience réalisée cette après midi à l'arrache, après avoir reçu un colis inattendu. Pour ce qui est des deux autres brassins expérimentaux à réaliser (l'américain custom et le sans ébullition), ça sera certainement pour vendredi après-midi, quand mes examens finaux seront enfin finis !

Alors, que contenais ce colis mystère pour me motiver ainsi à faire une expérience surprise cette après midi ?... Des ingrédients, du matériel de brassage, un cadeau de tante Lucette ... ? Et bien non, deux STC-1000 en provenance directe de Chine ! Commandés la semaine dernière, on ne les attendais pas si tôt étant donné que les frais de port étaient offerts. Du coup j'ai saisi l'opportunité de pouvoir mesurer simultanément plusieurs températures pour pouvoir calculer les pertes thermiques de ma "cafetière de brassage" à l'aide de plusieurs sondes de température. Pour voir la cafetière de brassage en action, referez-vous à l'article précédent, et pour en savoir plus sur ce qu'est un STC-1000 --> Google ! En gros c'est un thermostat paramètrable avec un affichage de la température.

Le processus experimental est simple : on réunis le plus de thermomètres possible, on met une quantité d'eau aussi chaude que possible dans la cafetière, on met les sondes de températures à différentes profondeurs dans la cafetière, on isole le tout et on récolte les données patiemment en lisant un bouquin !

Le principe de l’expérience est le suivant : sachant la masse d'eau mise en jeu et sa température à chaque instant je peux tout d'abord calculer la vitesse à laquelle le liquide se refroidit. À partir de cette vitesse de refroidissement (en °C/secondes) je peux calculer l'énergie thermique (exprimée en Joules ou en Calories) perdue à chaque seconde = la puissance perdue (en Watt).

Augmenter un gramme d'eau d'un degré nécessite de lui transmettre sous forme d'énergie thermique une calorie, soit 4,18J (Joules). Et baisser la température d'un gramme d'eau d'un degré nécessite donc d'en extraire 4,18J d'énergie, car l'énergie se conserve. 

J'ai dans ma cafetière 900g d'eau. D'après les données recueillies, dans cette configuration, ma masse de 900g d'eau perd en moyenne 5,8°C par heure, ou 0,00162°C par seconde. Un changement de temperature de 0,00162°C pour un gramme d'eau correspond à une énergie thermique de 0,00162 x 4,18 = 0,00677J. Comme on étudie 900g d'eau, une perte de 0,00162°C correspond à une perte d'énergie thermique de 900 x 0,00677 = 6,09J. Et comme on perd 0,00162°C par seconde, on perd 6,09J par seconde. Et un énergie débitée chaque seconde correspond à une puissance, donc mes pertes thermiques sont finalement environ de 6,1W. C'est bien moins pire que ce que je pensais ! 

Il est interessant de noter que plus la température de mon liquide est élevée et plus les pertes thermiques sont grandes. entre 89 et 73°C mes pertes sont en moyenne de 10,9W, alors qu'entre 56 et 61°C elles ne sont que de 4,5W. Et dans la tranche de temperature qui interesse le plus le brasseur, entre 72 et 62°C, les pertes sont donc de 6,1W. Je n'aurai donc aucun mal à compenser ça avec une petite dizaine de résistances de puissance enroulées autour de ma cuve en verre. Et en plus je peut encore améliorer facilement l'isolation de ma cuve en ajoutant une couche en plus par exemple.

Une autre donnée interessante qui ressort de mon analyse est le graidant de température au seins de la cuve. En effet les températures ne sont pas homogène dans la cafetière, car les pertes thermiques sont plus rapides par le haut que par le bas. Cela est certainement du à la qualité de la coque isolante que j'ai fabriqué un peu n'importe comment il faut bien l'avouer et qui isole mieux à certains endroits qu'à d'autres ^^ Ce gradient de température est caractérisé par un écart de température assez important entre le point le plus chaud mesuré (au fond de la cuve) et le point le plus froid mesuré (2cm sous la surface de l'eau) à un même moment. La valeur de cet écart est en moyenne de 3,5°C pour les mesures effectuées sur la plage de température de brassage (72 - 62°C). L'ajout d'un micro-système de brassage motorisé pourait résoudre ce problème, mais ça rendrai aussi l'isolation plus compliquée. Je vais réfléchir à ça et si j'ai une bonne idée je vous montrerai le résultat, promis ;)

Voila c'est tout pour cette experience rapide (5H de mesures et 1H d'analyse "seulement"...). Pardon aux non initiés, les différents calculs et le vocabulaire un peu plus technique que d'habitude ne rendent pas les choses simples à comprendre. Et pardon aux eventuels scientifiques rigoureux qui me liraient, pour mes méthodes de bricoleur du dimanche, pour la précision des mesures effectuées et pour ma totale non-rigueure ! Mais bon, c'est ça l'esprit de ces experiences faire n'importe quoi tout en essayant d'avoir l'air un minimum sérieux ! :P

Si vous voulez de plus amples explications, si vous voulez voir ma feuille de calcule Excel, si vous voulez discuter de la précision des mesures et du protocole experimental, bref, si vous avez quelque chose à dire à propos de cette experience, n'hésitez surtout pas à laisser un commentaire ou alors contactez-moi par mail ! Allez, ne faites-pas vos timides ! ;)

À bientôt pour de nouvelles experiences amusantes (pour moi en tout cas ^^) ! Peace !