Congélation : chaleur latente, énergie et puissance

Avec les réglages initiaux (75 % d’eau, dont 90 % gèle), geler l’eau représente 72 % de l’énergie à retirer. Pour 500 kg en 4 h, la puissance moyenne atteint 10,9 kW. Vous voyez ce que le calcul mcΔT (masse × capacité thermique × variation de température) oublie : la chaleur latente, retirée pour geler l’eau sans que sa température change.

Une expérience du cours de Cyril Voyant, à manipuler dans le navigateur. Le chapitre et ses diapositives · Toutes les expériences · Lexique : chaleur latente.

Essayer et interpréter

Faites varier la teneur en eau et la part effectivement gelée : la part de la chaleur latente change. Doublez la durée : l’énergie ne bouge pas, et la puissance moyenne est divisée par deux.

Pourquoi faut-il plus que mcΔT pour dimensionner une congélation ?

mcΔT ne compte que la chaleur sensible, celle qui change la température. Geler l’eau demande en plus la chaleur latente, retirée à température constante dans ce modèle. Pour un aliment riche en eau, elle peut dominer le bilan.

Q=mΔh

P=QΔt

Δh additionne le refroidissement avant congélation, la chaleur latente et le refroidissement après congélation. P est la puissance moyenne.

Les définitions

Q, m
L’énergie à retirer et la masse.
Δh
L’énergie à retirer par kilogramme (variation d’enthalpie massique).
P, Δt
La puissance moyenne et la durée.
Chaleur sensible
La chaleur échangée quand la température change : le terme mcΔT, avec c la capacité thermique massique et ΔT la variation de température.
Chaleur latente
La chaleur retirée pour geler l’eau, sans changement de température dans ce modèle.

Hypothèses et limites

Bilan simplifié à capacités thermiques fixées, fraction de glace choisie par l’utilisateur. Il ne donne ni la cinétique de congélation, ni la puissance instantanée d’une installation. Toute l’eau d’un aliment ne gèle pas nécessairement.

Aller plus loin

Les valeurs affichées sont calculées ou construites dans le modèle indiqué : ce ne sont pas de nouveaux résultats de recherche.

Cette expérience est présentée comme animation du cours : page de référence. Version anglaise : the English tool page.