FablabSU

Nous avons fait des recherches globales sur le calorimètre pour découvrir le sujet et commencer à réfléchir à la conception de l'objet. Nous nous sommes renseignés sur:

• Quelle caractéristique de la matière nous devons mesurer, que faut-il mettre en évidence?
• Par quel moyen nous allons le mesurer: A quelle expérience allons-nous soumettre l'objet pour en déterminer cette caractéristique?

De nombreux sites et vidéos comme cette Vidéo sur différents types de calorimètres nous a permis de cerner le principe de la calorimétrie et nous a donné un exemple peu coûteux, simple de conception et d'utilisation.

Le résultat de nos recherches est à découvrir sur la page principal du wiki de notre projet.

Finalement, nous avons décidé que notre calorimètre sera plus automatisée qu'un calorimètre classique. Notre objectif est de construire un appareil capable de -faire un suivi de la température -élever/réduire la température -connaitre la quantité de chaleur apportée à l'enceinte -réguler sa température (système de refroidissement) -isoler l'enceinte des échanges de chaleur avec l'extérieur.

Création du wiki. Retranscription des traces écrites sur le wiki. Choix des rôles de chacun.

Début des recherches sur l'organisation du calorimètre: de quelle pièces avons nous besoin? Pourquoi? Lesquelles sont présentes au PMClab ? Quels instruments et outils allons nous utiliser ? Lesquels sont présents au PMClab ? De quelles connaissances/compétences auront-nous besoins ?

Premiers schémas:

= Théorique =

Apprentissage: comment se servir d'un module Peltier? Quel phénomène est à la base de la variation de température des faces du module Peltier? Quels sont les points positifs? Les points négatifs? Un modèle Pletier est-il plus performant si on le superpose avec un autre? Est-il préférable d'utiliser un système de réfrigération (ventilateur, eau…)? A quelles températures (maximale et minimale) souhaitons-nous amener notre module?

= Expérimental =

Grâce au matériel présent au PMCla, npus réalisons des essais avec un module Peltier et un générateur avec l'assistance d'un employé du laboratoire.

Comparer les caractéristiques d'une thermistance et d'un thermocouple. Etude du prix des choix éventuels.

Récupération de trois boites creuses en polystyrène de formats différents. Récupération de morceaux plus fins et cubiques de polystyrène.

Choix important : l'enceinte sera faite et entourée d'une importante épaisseur de polystyrène, le tout dans une boite en bois réaliser à la découpeuse laser.

Début des commandes: Arduino UNO Commandé

Thermocouple Pt100 Commandé

Réalisation schémas aspects globaux du calorimètre (intérieur de la boite). Débat sur les divers blocs fonctionnels, échanges de point de vue et décision finale du design de notre projet (en réalité notre idée du design va évoluer au fil des semaines)

Réalisation schéma réel du calorimètre. Réalisation schéma fonctionnel du calorimètre. Réalisation du Diagramme de Grantt.

A consulter dans le wiki principal du projet.

Elle sera au dessus du module peltier, de préférence au centre de l'enceinte isolée. Nous allons la concevoir sur OPEN SCAD puis l'imprimer à l'imprimante 3D du PMClab. Le fichier est à retrouver sur la page du projet.

Prise de mesures de la en polystyrène.

Tests multiples sur module peltier présent au PMClab, malheureusement il n'a pas de référenceni de datasheet qui serait très utile. Nous trouvons tout de même des modèles comparables en ligne et selectionnons une datasheet. Nous gérons la tension et l'intensité électrique fournit avec beaucoup de précaution car le fonctionnement de ce genre de module est propre à chacun (manque de datasheet).

Nous avons appris à nous servir d'une thermistance pour nous accoutumer à son utilisation à l'aide d'un programme exécuté par un arduino.

#include <math.h> #define PIN_NTC 0

double Rref = 1000.0; Résistance de référence à 25°C double V_IN = 5.0; Alimentation électrique

Information de la thermistance double A_1 = 3.354016E+06; double B_1 = 2.909670E-04; double C_1 = 1.632136E-06; double D_1 = 7.192200E-08; double SteinhartHart(double R) { Division de l'équation en 4 parties. La premiere est

//uniquement A1
double equationB1 = B_1 * log(R/Rref);
double equationC1 = C_1 * pow(log(R/Rref), 2);
double equationD1 = D_1 * pow(log(R/Rref), 3);
double equation = A_1 + equationB1 + equationC1 + equationD1;
return pow(equation, -1);

}

void setup() {

Serial.begin(9600);

}

void loop() {

//Calcul de la tension sur la borne analogique
double valeurAnalog = analogRead(PIN_NTC);
double V =  valeurAnalog / 1024 * V_IN;

Calcul de la résistance de la thermistance double Rth = (Rref * V ) / (V_IN - V); Serial.print(“Rth = ”); Serial.print(Rth); Calcul de la température en kelvin( Steinhart and Hart)

double kelvin = SteinhartHart(Rth);
double celsius = kelvin - 273.15; //Conversion en celsius
Serial.print("Ohm  -  T = ");
Serial.print(celsius);
Serial.print("C\n");
delay(1000);

}

Présentation d'étape : support power point et point de vue général sur notre projet, idées, avancement, objectifs pour notre calorimètre.

Nous avons eu un TP sur la calorimétrie qui nous a permis de prendre en compte certaines précautions comme calculer la capacité thermique de notre calorimètre pour qu'elle ne fausse pas nos résultats.

• *Quelques matières qui peuvent servir d'échantillon test pour le calorimètre (et dont les températures de changement d'état sont atteignables par notre calorimètre)**

Polymères: se ramollissent ou fondent à des températures comprises entre 100 °C et 250 °C 1) La température de fusion d'un polymère croît avec sa masse molaire (la longueur des chaînes d'un polymère influe donc) ; 2) Les liaisons intermoléculaires (comme les liaisons hydrogène) peuvent être suffisamment fortes pour empêcher la fusion du produit; 3) La température de fusion d'un polymère augmente avec son degré de cristallinité (disposition régulière des chaînes)

Polymères connus : -fibres naturelles : -fibres végétales (cellulose) : bois, papier, textiles naturels (chanvre, lin, coton), etc., -fibres animales : cuir (collagène), soie et laine (kératine), etc. ; -protéines ; -les matières plastiques ; -les caoutchoucs naturels (latex) et artificiels ; -les colles ; -les peintures ; -les résines.

Nous avons décidé de prendre pour système de un ventilateur muni d'un dissipateur de chaleur directement fixé au bas du module Peltier à l'aide de pâte thermique. Nous avons scié un tube en acier pour en faire des pieds à notre calorimètre afin de le surélever pour pouvoir avoir la place de mettre le système de refroidissement. Nous avons découpé la boîte qui servira de contour au calorimètre avec la découpeuse laser et prévu une ouverture pour le module Peltier. Nous avons designé un socle avec openscad qui servira à poser les échantillons dans le calorimètre sans en salir les cloisons.

Nous avons reçu le module peltier… nous rencontrons un problème car il mesure 6mm de côté. Nous devons donc nous adapter. Nous avons:

• Décidé de réduire l'enceinte (4cm de côté contre 15cm avant la décision) en rembourrant la boîte d'origine avec du polystyrène (8-9cm d'épaisseur).
• Redimmensionné le socle qui accueillera les échantillons (1cm de diamètre au lieu de 7cm) de sorte à ce que le module peltier chauffe ne peine pas trop à chauffer l'intégralité de l'enceinte (air+socle… +échantillon). Plus il y aura d'air et plus le socle sera volumineux, plus la capacité thermique du calorimètre va fausser les résultats.

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