Onderzoek naar thermische isolatie (deel2)

Donderdag 10 Maart zijn we verder gegaan met het onderzoeken van thermische isolatie in de grill. Siliconenrubber had wel iets opgeleverd maar was niet ideaal. We hadden besloten om deze keer een ander isolatiemateriaal te gebruiken, namelijk steenwol. Dit is een zeer goed isolerend materiaal maar  pluist wel en je wilt het niet in je voedsel hebben. Daarom is dit afgedekt met aluminiumfolie.

Tijdens de test zijn dezelfde dingen gemeten als de vorige test. Onze hypothese was dat de grill nu nog beter zou isoleren. Daardoor zou de buitentemperatuur nog lager moeten zijn en de grill zou theoretisch gezien minder energie moeten verbruiken. Om dit laatste gedetailleerder te kunnen meten is de test uitgevoerd over een tijdsduur van 50 minuten. De eerste tien minuten is er elke minuut gemeten om de overshoot in kaart te brengen. Daarna iedere keer dat de verwarmingselementen uit of aan gingen.

Dit waren de resultaten.

Grill 1 (normale grill)

Tijd (mm:ss)	Tbinnen (˚C)	Tbuiten (˚C)	Status
00:00	18,6	21,5	Aanschakelen
00:01	30	23,5	Aan
00:02	56	28	Aan
00:03	98	38	Aan
00:04	150	43	Aan
00:05	199	67	Aan
00:06	247	83	Uit
00:07	282	98	Uit
00:08	285,5	105	Uit
00:09	278	109	Uit
00:10	270	112	Uit
18:30	197	89	Aanschakelen
19:28	199	89	Uitschakelen
24:45	197,5	88	Aanschakelen
25:50	209	85	Uitschakelen
30:10	197,5	88	Aanschakelen
30:55	202,5	89	Uitschakelen
35:45	197	85	Aanschakelen
36:45	200	86	Uitschakelen
41:44	195	85	Aanschakelen
42:20	201	87	Uitschakelen
47:42	196	89	Aanschakelen

Grill 2 (geïsoleerde grill)

Tijd (mm:ss)	Tbinnen (˚C)	Tbuiten (˚C)	Status
00:00	20,9	20,3	Aanschakelen
00:01	27	21,5	Aan
00:02	46	21,5	Aan
00:03	91	23	Aan
00:04	145	28	Aan
00:05	202	37	Aan
00:06	253	43	Uit
00:07	285	54	Uit
00:08	290	58	Uit
00:09	284	68	Uit
00:10	275	75	Uit
30:00	148,5	59	Uit
45:00	100	45	Uit
50:00	91,0	42	Uit

Wat enorm opviel is dat de geïsoleerde gril niet meer opnieuw aanging. Ook na afkoelen en opnieuw aanzetten deed deze niets meer. In eerste instantie dachten we dat er iets mis was met de thermostaat. Na het demonteren en controleren van het elektrisch circuit bleek dat de oververhittingsbeveiliging was doorgebrand.

Normaal hangt de oververhittingsbeveiliging vrij in de lucht. Door de isolatie werd deze nu tegen de verzinkte plaat van het verwarmingselement gedrukt. Deze plaat wordt veel te heet voor de beveiliging (216˚C) en daardoor werd het meteen logisch dat deze was doorgebrand.

Door dit defect was de test niet meer betrouwbaar. Wat nog wel betrouwbaar is, is de eerste tien minuten van de test. Beide grills gingen ongeveer gelijktijdig uit bij vergelijkbare temperaturen. Hieronder zie je een grafiek van de temperatuur van de behuizing van beide grills tot aan het hoogste punt van de overshoot.

De waardes van grill 1 zijn wel betrouwbaar. Op basis hiervan heb ik een grafiek gemaakt met een voorspelling van wat er gebeurd na de overshoot. De waardes van grill 1 zijn dus gemeten waardes en die van grill 2 is een voorspelling.

In de grafiek valt in ieder geval te zien dat we de buitentemperatuur flink omlaag hebben gebracht. Dit is een goede vooruitgang maar we hebben onze eis nog niet gehaald. Wat nog steeds een groot probleem is, is het warmtelek van de grillplaten naar de behuizing. De platen geven enorm veel energie direct aan de behuizing af. Wij verwachten dat als dit goed weggewerkt wordt, dat de temperatuur van de behuizing nog een flink stuk omlaag gaat.

Het laatste probleem wat dan overblijft is de overshoot. De stabiele temperatuur na de overshoot is al vrij laag. Als de grillplaten weggewerkt worden en de overshoot geminimaliseerd wordt, verwachten we de eis van maximaal 50 ˚C te halen.

Feedback van anderen

• Meneer Wattéz was zeer enthousiast over de temperatuurdaling die we bereikt hadden. Hij vind dat we zeer goed bezig zijn en verwacht dat we de grill goed kunnen isoleren.
• Willem Haak vind ook dat we goed bezig zijn. Dit komt vooral omdat we alles noteren en met de experimenten alles wetenschappelijk kunnen aantonen. Dit maakt het verschil tussen hobbyisten en wetenschappers.

Wat heb ik hiervan geleerd?

• Onze groep wist niet dat er een oververhittingsbeveiliging in de grill zat, deze hadden we namelijk nog niet gevonden. Nu weten we wel dat deze aanwezig is en waar deze zit.
• Voortaan is het belangrijk om te checken waar de oververhittingsbeveiliging zit. Ook moeten we controleren of deze bij normaal gebruik niet door kan branden.
• Controleer ook altijd of alle elektrische componenten zijn geïsoleerd. De aluminiumfolie die over de steenwol heen zat heeft ervoor gezorgd dat de aardlekschakelaar in het lab twee keer omschakelde. Dit kwam omdat er een klein stukje metaal van het verwarmingselement contact maakte met de aluminiumfolie.
• Steenwol is echt een goede isolator. Dat hebben we nu zelf kunnen zien.
• Breek een experiment nooit zomaar af. De geïsoleerde grill bereikte zo’n lage binnentemperatuur dat we al wisten dat er iets niet klopte. Toch zijn de gegevens van de andere grill prima ter controle. Ook hebben we nu een indicatie van wat er gebeurd na de overshoot.

Op welke leerdoelen is dit van toepassing?

• Leerdoel 1.6 Je kunt ecologisch verantwoord ontwerpen rekening houdend met andere kwadranten van het zonnewiel.
• Leerdoel 4.1 Je kunt huishoudelijke apparaten determineren.
• Leerdoel 4.2 De eigenschappen en globale werking van deze componenten verklaren.
• Leerdoel 4.4 Je kunt essentiële fysische metingen uitvoeren.
• Leerdoel 4.5 Je kunt de opgedane kennis en informatie toepassen op nieuwe ontwerpen.