Calculez vos Résistances chauffantes

Calculez vos Résistances chauffantes

 

Fabriquez/Concevez vos Résistances chauffantes

Sommaire:

  1. Le matériel nécessaire pour fabriquer des Résistances chauffantes.
  2. Que voulez-vous faire chauffer? Définir la capacité thermique massique de votre matériau.
  3. Définir la puissance de chauffe nécessaire.
  4. Choix de la section du fil chauffant.
  5. L’alimentation du fil chaud.

1.Le matériel nécessaire pour fabriquer des Résistances chauffantes

Avant de ce lancer dans la fabrication de Résistances chauffantes une petite mise en garde: le tutoriel suivant met en jeu des tensions et puissances électriques qui peuvent être dangereuses pour l’Homme je ne serais en aucun cas tenu responsable en cas d’accident.

Pour fabriquer une résistance chauffante ou encore un fil coupeur chaud nous avons besoin :

  • De fils résistifs type kanthal A1 (trouvable chez la plupart des revendeurs de cigarettes électroniques au prix de 3euros les 10mètres)
  • D’un matériau diélectrique(isolant) et résistant à la chaleur(céramique, brique, béton  réfractaire etc…, silicone résistant à la chaleur)
  • D’un fusible de protection thermique à la température désirée (150°c pour l’exemple)
  • D’une alimentation( à définir en fonction de la puissance nécessaire). Pas d’inquiétude nous allons voir tout sa plus bas!!!
  • Dans l’idéal un circuit de commande pour réguler la température, une carte Arduino fait parfaitement l’affaire.

2. Que voulez vous faire chauffer ?

Pour définir ce que vous voulez faire chauffer il y a quelques paramètres à prendre en compte, tout d’abord et vous allez dire que je me répète, mais le premier certainement le plus important votre matériau doit être un  isolant électrique dans l’idéal liquide (plus facile à mettre en forme) . Pour l’exemple nous allons prendre la céramique sèche (car humide elle vous posera des problèmes en effet l’eau la rendra conductrice)

La céramique ou plutôt le grès a une capacité thermique massique de 920 J /kg/°k ( Joules / kilogrammes-kelvin ).

Pour l’exemple et pour des raisons de simplicité nous dirons que la pièce finale à faire chauffer est en céramique et pèse 1.8 kilogramme.

3. Définir la puissance de chauffe

Pour calculer la puissance de chauffe en watt vous aurez besoin des équations suivantes:

Joules=(Capacité thermique massique(J/kg/°k) x Poids ( kg) x Température à élevée);

Watt = Puissance en joules / temps de chauffe en seconde (300s pour l’exemple)

Continuons avez notre exemple le grès à donc une capacité thermique de 920 joules/kg/°, notre pièce pèse 1.8kg et nous devons élever sa température à 110°C (toujours pour l’exemple 😀 ).

Cette formule nous donne donc: 

Joules =920 J/kg/° x 1.8kg x 110°

=202400 joules

Watt = 202400/300

=674.66 Watt

Il nous faudrait donc une puissance de 674 w pour élever cette masse de céramique de 110°c en 5minutes

4.Choix de la section du fil chauffant.

Le choix de la section du fil est un paramètre important car c’est à partir de lui que vous allez pouvoir définir votre longueur de fil nécessaire ainsi que le taux de charge en watt/cm² (ce dernier facteur influencera beaucoup la durée de vie de votre fil chauffant)

Calcul de la section du fil:

Pour ce faire vous aurez besoin de connaître le facteur de température de votre fil, pour le kanthal il est de “1.04” au dessus de “1000°C” et “1” en dessous on le nommera “Fe”.

La tension d’alimentation désirée 220v dans notre cas on la nommera “Ta”.

Il ne manque plus que la puissance désirée dans chaque résistances chauffantes sachant que pour l’exemple nous avons besoin de 647w pour une chauffe en 5mn, vous pouvez soit faire une seul résistance de 600w, soit plusieurs (3 résistances de 200w en parallèles vous donnerons 600w). C’est ce que nous retiendrons pour la suite des calculs.

a.Calcul de la résistance d’un élément 20°C (air ambiant)

Résistance à 20°C = Tension d’alimentation² / Puissance d’un élément / Facteur de température 

ce qui donne:(220 x 220) / 200 / 1,04

= 232 Ohms( résistance d’un élément)

b. Calcul du diamètre de fil théorique:  

diamètre du  fil = (facteur de température / pi) x Racine cubique de ((Puissance de l’élément² / Tension alimentation²) x (Résistance du fil en Ω.mm²/m) x Facteur de température) / Taux de charge sur le fil souhaité) )

note: Un taux de charge faible, proche de “1” donnera une longue durée de vie à votre résistance.

ce qui donne : (1.04 / 3.14) x Racine cubique de (( (200 x 200 / 220 x 220 ) x 1,45 x 1,04 ) / 2.1 )

= 0.3312 x Racine cubique de ((0.82 x 1,45 x 1,04 ) / 2,1)= 0.3312 x 0.59

= 0.19 mm

Cependant le fil de 0.19 n’existe pas nous allons donc choisir une valeur proche 0.25mm ou 30awg – 30 ohm/m

c.Calcul de la longueur de fil

Longueur de fil = Résistance à 20°C / Résistance au mètre

= 232 / 30

= 7.733 m 

d.Vérification du taux de charge

Taux de charge =Puissance d’un élément/( Diamètre du fil x pi x 10 x Longueur du fil )

= 200 /(  0.25 x 3,14 x 10 x 7,33 )

= 3,47 watt/cm²

Ce qui est un peu beaucoup

A partir de la vous pouvez soit revoir votre montage et faire varier la tension ( en effet la puissance d’un élément est proportionnelle à sa tension )

Soit revoir votre calcul pour augmenter la longueur de l’élément ce qui diminuera sa puissance exemple: à 170w le filament fait environ 9m et à un taux de charge de 2.2 watt/cm² environ

5. L’alimentation de vos Résistances Chauffantes.

Nous avons donc défini au début de ce montage une tension d’alimentation de 220v donc pas besoin de montage compliquer un simple triac, un optocoupleur, 3 résistances ,1 fusible, 1 fusible thermique (optionnel mais conseillé) , un signal Pwm pour pouvoir réguler l’alimentation du filament et donc sa puissance.

 

schéma alimentation Résistances chauffantesimplantation plateau chauffant

 

Cliquer ici pour télécharger le typon

Liste des composants:

 

 

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