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2 – SYSTEMES TERMINAUX DE CONVERSION D’ENERGIE ELECTRIQUE
2-2-3-6 Fonction Convertir l’énergie
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Electrotechnique
Conversion de l’énergie électrique en énergie thermique
1- Transmission de la chaleur
1.1 La conduction
C'est l'écoulement de la chaleur à travers un corps de la partie chaude vers la partie
froide. Exemple: La panne d'un fer à souder transmet la chaleur par conduction.
La conduction s'effectue surtout dans les
matériaux solides qui sont bons
conducteurs de la chaleur (cuivre,
aluminium).
La propriété inverse est l'isolation
thermique
(Amiante, laine de verre).
1.2 La convection
Lorsqu'un liquide ou un gaz chauffé se dilate, son volume augmente, sa masse
diminue, il à tendance à s'élever, il est remplacé par le liquide ou le gaz plus froid, il
s'établit un courant de convection.
Exemple: Le radiateur de chauffage électrique appelé convecteur.
La convection s'opère surtout dans les
liquides et les gaz, elle peut être naturelle ou
forcée; on utilise alors des ventilateurs ou
des pompes.
1.3 Le rayonnement
Lorsqu'une résistance électrique est portée à une température élevée de 700 à
1000°C
Elle émet de l'énergie par rayonnement. Cette énergie se transmet aussi bien dans le
vide que dans l'air et se transforme en chaleur dans la masse des corps à chauffer.
Exemple: Le radiateur parabolique
La transmission de la chaleur par
rayonnement s'effectue surtout en
chauffage infrarouge dans l'air ou
dans le vide.
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2- Les procédés de chauffage
θ
θ+∆θ
CHAUFFER UN
ELEMENT
DIRECT
RESISTANCE
INDUCTION
ARC
2.1 Le chauffage direct
La pièce à chauffer constitue le
secondaire
en
court-circuit
d’un
transformateur
2.2 Le chauffage par résistance
La transformation de l'énergie électrique en chaleur se fait par le passage du courant
électrique dans une résistance. L'énergie électrique dans une résistance est
transformée en chaleur par la loi de Joule:
W= U .I. t
ou
W : Joules
U : volts
i : Ampères
t : secondes
2
W= R .I . t
R : Ohms
La résistance a pour valeur:
R= ρ ×
L
s
L : longueur du fil en mètres
ρ : Résistivité en ohms-mètres
s : section du fil en m2
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Les matériaux utilisés doivent avoir:
- une résistivité plus élevée que les conducteurs;
- un coefficient de température assez faible
- une température de fusion élevée
- une inoxydabilité à haute température.
Exemples de matériaux:
Superimphy --> Ni 80% Cr 20% Température limite d’emploi 1200 °C
Carbimphy --> Ni 45% Cr 25% Fe Température limite d’emploi 1150 °C
Puissance à installer: Elle doit permettre d'obtenir rapidement la température désirée
lors de la mise en service, et de parer les déperditions de chaleur.
L'énergie calorifique dégagée par l'élément chauffant est:
1 calorie = 4,19 joules
et
1 Wh =
1 Wh = 3600 joules
3600
= 859 calories
4,19
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Appareils de chauffage par résistance:
Ce procédé est utilisé dans les fours électriques, les étuves, les fers à repasser, les
radiateurs.
Exemple: four électrique ou étuve
Le transfert des calories se fait par convection
naturelle ou forcée et par rayonnement dans la plupart
des cas.
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2.3 Le chauffage par induction
Pour chauffer un corps conducteur de l'électricité, une solution consiste à le
placer dans un champ magnétique variable; c'est le chauffage par induction
électromagnétique.
On utilise un solénoïde aux bornes duquel on
applique une tension alternative de fréquence f. Le
courant alternatif produit par cette tension crée à
l'intérieur et à l'extérieur de la bobine un champ
magnétique variable.
Un corps conducteur, introduit dans le
solénoïde est traversé par le flux magnétique
variable.
Ce flux donne naissance à des courants induits dans
la masse de ce corps, appelés courants de Foucault.
Ces courants induits produisent de la chaleur par
effet Joule dans le corps qui s'échauffe.
Caractéristiques: absence de contact ou de liaison matérielle entre la source
.
d'énergie et le corps à chauffer.
Applications:
Plaque de cuisson (en domestique), fusion des métaux, traitements thermiques de la
métallurgie, agro-alimentaire, ... .
Pour obtenir un chauffage localisé ou
surfacique,
par exemple lors de traitement thermique
des métaux, on utilisera des fours à
moyenne ou haute fréquence.
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2.4 Chauffage par arc électrique
A la séparation de deux électrodes il y a création d'un arc
électrique dû à la création d'un champ électrique très élevé.
L'arc électrique permet d'obtenir des températures très
intenses (3000 °C).
Structure des fours à arc:
Dans un four à arc, la chaleur est produite par l'arc maintenu
entre les électrodes ou entre les électrodes et la masse.
Soudage à l'arc:
L'arc constitue la source de chaleur qui provoque la fusion
simultanée des pièces à souder et du métal d'apport.
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