Étude de conception
Objectif
Vous allez voir ici le passage du cahier de charge fonctionnel a un produit.
Contexte
Après, que nous que nous avons établi les fonctions d'un produit sans ambiguïté, nous pouvons rédiger le cahier des charges fonctionnel et établir un schéma de fonctionnement du produit. Avec des composantes nécessaires.
Pour une cafetière électrique les fonctions principales sont :
A1 – Doser l'eau
A2 – Doser le café
A3 – Chauffer l'eau
A4 – Elaborer le café
Nous pouvons imaginer comment mètre après en solution constructive notre futur produit, en habillant le schéma avec des éléments.
D'après le schéma, on observe que pour avoir un café on système percolateur, il faudra verser de l'eau chaude sur le café, donc il faudra chauffer de l'eau et la pomper.
Nous traiton le système de chauffage.
Repères
PRINCIPES RELIES AU POMPAGE DE L'EAU
L'eau entre en bas par la gauche de la tubulure sous la pression du réservoir d'eau froide situé plus haut. L'eau est chauffée par l'élément chauffant (effet Joule[3]) situé en bas de la cafetière. L'eau se transforme en vapeur d'eau. De petites bulles se créent et se fusionnent les unes aux autres pour créer de plus grosses bulles. La masse volumique[4] de la vapeur d'eau étant plus faible que celle de l'eau, ces bulles tendent à s'élever («flotter») en vertu du principe d'Archimède.
Les bulles se dirigent vers la sortie à droite et empruntent la tubulure verticale. Elles entraînent l'eau chaude «emprisonnée» entre les bulles vers le haut, vers le panier d'infusion.
Pourquoi les bulles de vapeur montent-elles?
La vapeur d'eau a une masse volumique[4]** de beaucoup inférieure à celle de l'eau. La bulle qui se forme reçoit une poussée ascendante égale à la masse de l'eau déplacée. C'est de la différence de poussée entre la pression exercée sur le dessus et celle exercée sur le dessous de la bulle que se crée la force ascendante. Voir principe d'Archimède. L'air dissous dans l'eau joue un rôle peu significatif dans le processus.
SCHEMA DU CIRCUIT ELECTRIQUE DE CHAUFAGE D'EAU
ÉTUDE DE CONSTRUCTION ET DU PROCEDE DE FABRICATION POUR L'ELEMENT CHAUFFANT
Fonction
La fonction de l'élément chauffant est de permettre l'ébullition de l'eau et de permettre son passage.
Matériaux et procédés d'obtention
L'élément chauffant est composé d'un tubage d'aluminium extrudé. La coupe du profilé comporte deux sections dont l'une sert au passage de l'eau et l'autre à contenir l'élément chauffant. Le profilage est fait d'aluminium en raison de la malléabilité et de sa conductibilité thermique. La section servant à contenir l'élément chauffant comporte en son centre un fil en alliage* Fer-Chrome-Aluminium (75% fer/ 20% chrome/ 5% aluminium) enrobé d'une couche de céramique (MgO et poudre d'alumine) introduite à l'intérieur du tube du même alliage et scellée au moyen d'une colle (l'ensemble est souvent désigné par la marque de commerce Kanthal DÒ).
* Cet alliage se distingue facilement du nichrome conventionnel par sa caractère magnétique jusqu'à
600oC.
Forme
L'élément chauffant est plié en arc de cercle de manière à communiquer et répartir la chaleur à la plaque chauffante.
La longueur du profilé est calculée de manière à assurer l'ébullition d'une certaine quantité d'eau,
ce qui influe sur la rapidité de fonctionnement de la cafetière. La rainure à l'intérieur de la conduite d'eau assure une meilleure dispersion de la chaleur dans l'eau.
