Le chauffage

 La régulation de la température d'eau est réalisée par différents moyens :

Chauffage chronométrique :

La température du bain de lavage est déterminée par le temps de chauffe, la puissance du thermoplongeur, la quantité d'eau ainsi que sa température au début du cycle.

Elle se calcule à l'aide de la formule de thermodynamique suivante :

 P . t = C . m . Delta T
Avec Delta T = Tf - Ti

P est la puissance en Watts délivrée par le thermoplongeur.
t est le temps de chauffe en secondes.
C est la capacité thermique massique du corps à chauffer, soit pour l'eau 4186 Joules/Kg/K (Il faut fournir 4186 Joules pour élever d'un degré un litre d'eau).
m est la masse en kg du corps à chauffer (pour l'eau 1 litre = 1kg).
Delta T est la différence entre la température finale et initiale.
Tf et Ti sont les températures finales et initiales en °C.

 

Exemple de calcul de temps de chauffe d'un cycle de lavage à 40°C avec un thermoplongeur de 2000W, et une cuve remplie de 10 litres d'eau à 15°C.

P . t = C . m . ( Tf - Ti )

t = [ C . m . ( Tf - Ti ) ] / P

t = ( 4 186 x 10 x 25 ) / 2 000

t = 1 046 500 / 2 000

t = 523, 25 secondes

Soit environ 8 minutes et 43 secondes.

 

Autre exemple avec calcul de la puissance de chauffe nécessaire pour élever 10 litres d'eau de 15°C à 60°C pendant 16 minutes :

P . t = C . m . ( Tf - Ti )

P = [ C . m . ( Tf - Ti ) ] / t

P = ( 4 186 x 10 x 45 ) / ( 16 x 60 )

P =  1 883 700 / 960

P = 1 962, 19 W

 

Par souci de simplification, ces calculs ne tiennent pas compte des déperditions de chaleur au travers des parois de la cuve (qui sont différentes en fonction du matériau).
Les produits lessiviels peuvent aussi faire varier sensiblement la capacité thermique massique de l'eau.

Cette méthode de chauffage est cependant relativement imprécise car la température d'entrée d'eau est variable au cours des saisons et la puissance de chauffe est fonction de la tension du réseau électrique.

En effet un thermoplongeur de R = 26 Ohms alimenté sous U = 230V délivre une puissance d'environ P = 2 000W :

P = U² / R

P = 230² / 26

P = 52 900 / 26

P = 2 035W

Sous 240V cette puissance est de :
240² / 26 = 2 215W

Et sous 220V :
220² / 26 = 1 862W

La température du réseau d'eau potable est d'environ 15°C en moyenne, mais elle peut varier entre 5 et 25°C au gré des saison et en fonction de la qualité d'isolation thermique des canalisations.

Si l'on ajoute à cela les variations de tension du réseau électrique on obtient les températures minimales et maximales suivantes :

Calculs réalisés avec un temps de chauffe de 14 minutes, une cuve remplie de 12 litres d'eau et une résistance de 20 Ohms, donnant une température finale de 60°C dans des conditions normales ( Ti = 15°C et U = 230V ).

 

Température minimale l'hiver avec Ti = 5°C et U = 220v :

La puissance de chauffe d'un thermoplongeur de 20 Ohms sous 220V est de :

P = U² / R

P = 220² / 20

P = 48 400 / 20

P = 2 420 W

Et la température finale (avec un remplissage à 5°C) est de :

P . t = C . m . ( Tf - Ti )

Tf = Ti + [ ( P . t ) / ( C . m ) ]

Tf = 5 + [ ( 2 420 x 840 ) / ( 4 186 x 12 ) ]

Tf = 5 + ( 2 032 800 / 50 232 )

Tf = 5 + 40,47

Tf = 45,47°C

 

Température maximale l'été avec Ti = 25°C et U = 240v :

La puissance de chauffe d'un thermoplongeur de 20 Ohms sous 240V est de :

P = U² / R

P = 240² / 20

P = 57 600 / 20

P = 2 880 W

Et la température finale (avec un remplissage à 25°C) est de :

P . t = C . m . ( Tf - Ti )

Tf = Ti + [ ( P . t ) / ( C . m ) ]

Tf = 25 + [ ( 2 880 x 840 ) / ( 4 186 x 12 ) ]

Tf = 25 + ( 2 419 200 / 50 232 )

Tf = 25 + 48,16

Tf = 73,16°C

 

Soit pour une température choisie de 60°C au départ une précision de -15 / +13°C !

 

Chauffage chronométrique thermostaté :

La température maximale est toujours régie par le temps de chauffe (choisi par le programmateur), mais un thermostat à bulbe réglable par l'utilisateur permet de limiter la température du bain de lavage.

Ceci présente entre autres les avantages suivants :

- Réduire la température pour laver du linge fragile.

- Faire des économies d'électricité car on peut allonger le temps de brassage indépendamment de la température.

- éviter en été une surchauffe en fin de lavage.

Note: Le "fil" qui relie le thermostat au bulbe n'en est pas un, c'est un capillaire (tube très fin) dans lequel est emprisonné un liquide volatil, qui en se dilatant actionne un soufflet qui ouvre ou ferme un contact électrique.

Thermostop :

Le bain lessiviel est d'abord chauffé à 30 ou 40°C.

Le plus souvent les autres circuits de la machine sont mis hors tension lors de cette phase, qui de ce fait se déroule sans action mécanique.

Après déclenchement du thermostat le cycle continue en chauffage chronométrique (avec ou sans limitation)

L'avantage de cette technique réside dans le fait que la température en fin de lavage est plus précise car indépendante de la température d'arrivée d'eau.

 

Thermostatique :

Le choix de la température se fait soit par un sélecteur (à commutateur rotatif ou touches "radio") relié à des Klixons, soit par un thermostat à bulbe réglable de froid à 90°C.

L'avance du programmateur est stoppée pendant la phase de chauffage (micromoteur de cames lente mis hors tension, ou mécanisme de pas à pas débrayé par un petit électroaimant) jusque au déclenchement du thermostat.

La régulation de température est précise et n'utilise qu'un seul pas du programmateur pour la séquence de chauffage ce qui permet par exemple d'avoir plusieurs plages de programmation indépendantes avec des séquences de rinçages et essorage optimisées pour différents types de textiles (coton, synthétiques, délicat).

 

Régulation électronique :

Système le plus utilisé de nos jours.

La mesure de température est effectuée par une sonde à thermistance CTN (Coefficient de Température Négatif) dont la valeur ohmmique diminue lorsque la température augmente.

Ou plus rarement par une sonde à thermistance CTP (Coefficient de Température Positif) dont la valeur ohmmique augmente lorsque la température augmente.

Cette valeur ohmmique est traduite en tension par un circuit électronique, puis comparée à une tension de référence (réglable par l'utilisateur avec un potentiomètre ou un sélecteur sur un réseau de résistances) à l'aide d'un circuit à base d'amplificateur opérationel monté en comparateur de tension.

Lorsque la tension fournie par la sonde est identique à la tension de référence, le comparateur coupe l'alimentation du thermoplongeur (par le biais d'un relais électromécanique ou d'un relais statique à triac) et envoie un signal au microprocesseur pour passer à la suite du programme.