Régulation de la Température d'une Cuve (Groupe F)
Régulation de la Température d'une Cuve dans FABLAB
Dans le cadre de notre formation en Ingénierie Chimique à l'Université Sorbonne pour l'année universitaire 2024-2025, nous avons été amenés à réaliser un projet académique dans le cadre de l’unité d’enseignement 803, intitulée 'Optimisation des Procédés Industriels'. Ce projet est mené sous la supervision du professeur Jérôme Pulpytel et porte sur la 'Régulation de la température d'une cuve à l’aide d’un module Peltier'.
L'objectif principal de cette étude est de concevoir et d’optimiser un système permettant de contrôler avec précision la température au sein d’une cuve, en exploitant les propriétés thermoélectriques du module Peltier.
Objectifs
L'objectif de ce projet réalisé au FABLAB est de construire un montage permettant de mesurer la température au sein d'une cuve, laquelle varie en fonction du module Peltier, qu'il refroidisse ou chauffe. La figure montre les résultats obtenus à la fin avec les membres de l'équipe.
Figure : Projet final et les membres de l'équipe
Réalisateurs
Notre Groupe est composé de 4 personnes :
AISSANI Nourhane ; Nourhane.Aissani@etu.sorbonne-universite.fr
BOURDANE Chayma ; Chayma.Bourdane@etu.sorbonne-universite.fr
CHAIBI Kenza ; Kenza.Chaibi@etu.sorbonne-universite.fr
DOUALI Lynda ; Lynda.Douali@etu.sorbonne-universite.fr
Ensemble, nous combinons nos connaissances et nos savoir-faire pour mener à bien notre projet et atteindre nos objectifs avec efficacité et rigueur.
Durée du projet
La durée du projet : de 06-11-2024 à 31-01-2025
Schéma du projet
Nous avons tout d'abord essayé de réaliser un petit schéma dessiné en collaboration avec les membres de l'équipe. Cela nous a permis de visualiser le montage et de mieux comprendre les étapes à suivre ainsi que les équipements nécessaires. Cette démarche préliminaire nous a aidés à clarifier notre idée et à planifier efficacement notre projet. Grâce à ce schéma, nous avons pu identifier les défis potentiels et anticiper les solutions, ce qui a grandement facilité la mise en œuvre du montage final.
Figure : Schéma dessiné du montage
Contexte du Projet
Le projet vise à contrôler la température d'un liquide contenu dans une cuve à l'aide d'un système combinant un module Peltier et une sonde de température étanche. L'utilisateur peut définir une température cible, et le système ajustera automatiquement la température du liquide pour l'atteindre, en chauffant ou refroidissant selon les besoins.
Matériels
- Module Peltier : TEC1-12706, Cet élément thermoélectrique peut chauffer ou refroidir selon le sens du courant
- Alimentation 12V : pour fournir de l'énergie au module du Peltier : batterie 12V
- Sonde de température étanche PT100 : Pour mesurer précisément la température du liquide dans la cuve.
- Microcontrôleur Arduino UNO R3 : Pour gérer les lectures de température et contrôler le module Peltier.
- Module MOS : Pour permettre au microcontrôleur de contrôler la puissance délivrée au module Peltier.
- Dissipateur thermique : en aluminium avec ventilateur intégré ou bien + système de ventilation (éviter surchauffage max transfert thermique) A fixer sur le coté chaud du module Peltier pour dissiper la chaleur (ou le froid) produit par le module.
- Cuve : Pour contenir l’eau à chauffer/refroidir. (0,5 à 1litre)
- Pompes/ agitateur à Hélices : Pour homogénéiser la température dans la cuve.
- Supports et fixations : Pour maintenir le module Peltier, le dissipateur, et la sonde de température en place.
- Pâte thermique à base de silicone ou d'argent de jaute conductivité thermique (>1.5 W/mK) : pour +++ conductivité thermique entre Peltier et Dissipateur
- Câblage, Fils de connexion (jumper wires), connecteurs à souder adaptés aux tensions et courants utilisés, tuyaux d'eau.
- Resistance
- Lampes
Journal du bord - Régulation de la Température d'une cuve avec module Peltier
Séance [06-11-2024]
Lors de cette première séance, nous avons récupéré le matériel nécessaire et commencé à comprendre le rôle ainsi que le fonctionnement de chaque composant utilisé dans notre projet. Ensuite nous avons rassemblé notre support sur lequel nous avons fixer le montage de notre projet.
Figure : Support + Matériels du projet
Objectifs fixés pour la prochaine séance programmée le 15-11-2024 : chercher et proposer pour chaque membre du groupe un montage sur Tinkercad.
Séance [15-11-2024]
Après que chacun de nous a effectué des recherches pour proposer un montage sur Tinkercad, nous avons programmé cette séance pour discuter d'avantage des montages proposés.
Tinkercad : Joue un rôle crucial dans votre projet de régulation de la température d'une cuve. Cette plateforme en ligne permet de concevoir et de simuler des circuits électroniques de manière intuitive et interactive. En utilisant Tinkercad, chaque membre du groupe peut créer et tester des montages électroniques spécifiques à la régulation de la température. Cela facilite la visualisation et la compréhension des différentes configurations possibles avant de les implémenter physiquement. Ainsi, Tinkercad aide à optimiser le processus de conception et à garantir que les solutions proposées sont viables et efficaces pour maintenir la température de la cuve à un niveau optimal.
Les montages proposés pour l'équipe sont les suivants :
Figure : Montage proposée par recherche dans la littérature
Après avoir discuté en profondeur pour bien comprendre les objectifs et les exigences du projet, nous avons comparé les différents montages proposés par chaque membre de l'équipe. Cette comparaison nous a permis d'évaluer les avantages et les inconvénients de chaque montage en termes de faisabilité, d'efficacité et de compatibilité avec notre matériel disponible, tel que l'écran LCD, carte Arduino, module Peltier (présenté par LED), breadboard et sonde de température noir TMP. Finalement, nous avons choisi le montage qui nous semblait le plus adapté pour réaliser le montage réel, en tenant compte de tous ces critères. Cette approche nous a permis de nous rapprocher de notre objectif final et de garantir que le montage choisi répondra aux besoins spécifiques de notre projet de régulation de la température d'une cuve.
Figure : Montage proposée sur Tinkcard
Avec le code Arduino suivant :
Figure : Code Arduino sur Tinkcard
Objectifs fixés pour la prochaine séance programmée le 29-11-2024 : faire le montage, une première essai à tester.
Séance [29-11-2024]
Lors de cette séance, nous avons commencé à réaliser le prototype de notre projet. Après la fixation du support dans la première séance, nous avons procédé aux connexions entre les différents composants du projet, notamment l'Arduino, la breadboard, le MOSFET, les indicateurs LED et les résistances.
Voici les Connexions principales du projet :
MOSFET |
Module Peltier |
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LED |
Arduino |
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Alimentation externe (pour le module Peltier) |
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Les résultats de notre montage obtenus au Fablab sont illustrés dans la figure suivante :
Figure : Première essai du montage
Objectifs fixés pour la prochaine séance programmée le 06-12-2024 : tester le fonctionnement de Arduino, en utilisant le code.
Séance [06-12-2024]
Lors de cette séance, nous avons procédé à tester le code Arduino suivant sur le montage.
Mais nous n'avons constaté aucun réponse de la part du montage.
L'écran LCD ne répond pas non plus, ce qui nous a permis d'identifier un problème. Donc nous avons décider de chercher et déterminer si le problème provient du montage, du code ou d'un élément manquant dans les deux. Nous avons donc décidé d'arrêter ici pour cette séance, car nous n'avons pas pu détecter l'origine du problème. et de aller faire des recherches dans la littérature.
Séance [11-12-2024]
Aujourd'hui, nous avons procédé à la construction de notre plaque du projet, qui comprend :
- Nom du module MU5CI803 : OPTIMISATION ET CONTROLE DES PROCEDES,
- Nom du Projet,
- Nom du Groupe F,
- Code QR pour le Wiki FABLAB,
- Noms des réalisateurs du projet,
- Logo de Sorbonne Université.
Pour construire cette plaque, nous avons utilisé le logiciel Inkscape et la machine de découpe au laser :
Inkscape est un éditeur de graphiques vectoriels open-source, similaire à Adobe Illustrator. Il utilise le format de fichier SVG (Scalable Vector Graphics) et permet de créer et manipuler des illustrations techniques et artistiques, telles que des logos, des diagrammes et des typographies
Figure : Logiciel Inkscape
La machine de découpe au laser est un appareil qui utilise un faisceau laser à haute densité pour découper des matériaux. Ce procédé de fabrication permet une découpe précise et rapide de divers matériaux en concentrant une grande quantité d'énergie sur une petite surface
Figure : Machine de coupe par Laser
La plaque obtenus pour notre projet est la suivante :
Figure : Plaque de notre Projet
Séance [15-01-2025]
Lors de cette séance, notre objectif était de débuter la construction de notre montage sur le support déjà fixé. Pour ce faire, nous avons commencé par percer des trous dans la plaque afin d'insérer les différents équipements nécessaires à la fixation du montage. Cette étape initiale est cruciale pour assurer la stabilité et la fonctionnalité de l'ensemble.
Figure : Perçage des trous sur la plaque
Nous avons pris soin de mesurer et de marquer les emplacements des trous avec précision pour éviter toute erreur. Une fois les trous percés, nous avons procédé à l'installation des composants, en veillant à ce qu'ils soient solidement fixés et correctement alignés. Cette préparation minutieuse nous permettra de poursuivre le projet dans de bonnes conditions et d'assurer le bon fonctionnement du montage final
Séance [17-01-2025]
Afin d'assurer une répartition homogène de la température dans l'ensemble du mélange réactionnel au sein de la cuve, nous avons initialement opté pour l'installation d'un petit agitateur. Cependant après avoir constaté que nous disposions d'une pompe, nous avons envisagé de l'utiliser comme alternative plus efficace.
Figure : Agitateur
Cette pompe à pour rôle d'aspirer l'eau à partir d'un réservoir externe et de la refouler à l'intérieur de la cuve. Ce système permettrait d'améliorer la circulation de l'eau et d'assurer une meilleure régulation thermique, en évitant ainsi toute variation de température susceptible d'affecter le processus de réaction.
Séance [22-01-2025]
Lors de la dernière séance du 15-01-2025, nous avons presque terminé de préparer tous les équipements et le matériel nécessaires pour assembler et fixer le montage final. Nous avons soigneusement vérifié chaque composant pour nous assurer qu'il est prêt à être utilisé. Ensuite, nous avons procédé à l'assemblage en suivant les étapes prévues, en veillant à ce que chaque élément soit correctement positionné et solidement fixé. Cette préparation minutieuse est essentielle pour garantir la stabilité et le bon fonctionnement de notre montage. Les résultats finaux de notre projet sont illustrés dans la figure suivante :
Figure : Montage du projet
Figure : Equipements du projet
Les figures montre clairement les différentes équipement de l'assemblage. Nous sommes satisfaits des progrès réalisés jusqu'à présent et nous continuerons à travailler avec diligence pour atteindre nos objectifs.
Voici le résultats obtenus pour le produit fini :
Figure : Montage du projet finale
Séance [27-01-2025]
Après avoir réalisé le montage, cette séance avait pour objectif de tester un code Arduino sur le montage réalisé. Nous avons soigneusement préparé le montage en vérifiant chaque composant et en nous assurant que tout était correctement assemblé. Ensuite, nous avons chargé le code Arduino suivant pour voir comment le montage réagirait.
Le code Arduino, est le suivant :
Avec ce code Arduino, nous avons rien observé dans le montage, ce qui signifie qu'il ne fonctionne pas. Nous n'avons pas encore identifié la source du dysfonctionnement. Nous allons continuer à examiner le montage et le code pour trouver la cause du problème et y remédier.
Séance [28-01-2025]
Lors de cette séance, nous avons tenté de tester un code Arduino sur le montage réalisé. Voici le code que nous avons essayé :
Avec ce code Arduino, nous avons constaté que la lampe répondait en s'allumant en vert
Les résultats obtenus sont illustrés dans la vidéo suivante.
Figure : Vidéo de montage avec code de essai 1
Cependant, nous avons également observé que l'écran LCD ne détectait toujours pas la température, bien qu'il soit allumé. Face à cette situation, nous avons procédé à une vérification minutieuse de plusieurs aspects du montage et du code afin d'identifier les éventuelles erreurs. Malgré nos efforts, il semble qu'il reste encore des ajustements à faire pour que tout fonctionne correctement. Nous continuerons à travailler sur ce projet avec détermination, dans le but de trouver une solution et de faire en sorte que le montage fonctionne comme prévu. Nous sommes convaincus qu'avec persévérance et rigueur, nous parviendrons à surmonter ces obstacles et à atteindre nos objectifs.
Séance [29-01-2025]
Lors de cette séance, nous avons tenté de corriger le code afin que notre montage fonctionne correctement.
Code Arduino du projet finale :
#include <OneWire.h>
#include <DallasTemperature.h>
#include <Wire.h>
#include "rgb_lcd.h"
// Data wire is connected to pin 2
#define ONE_WIRE_BUS 2
OneWire oneWire(ONE_WIRE_BUS);
DallasTemperature sensors(&oneWire);
rgb_lcd lcd;
void setup() {
pinMode(3,1);pinMode(9,1); pinMode(10,1);
lcd.begin(16,2); // Initialize the LCD
lcd.setRGB(255,255,0);
sensors.begin();
}
void loop() {
sensors.requestTemperatures(); // Send the command to get temperature readings
float tempC = sensors.getTempCByIndex(0); // Read temperature in Celsius
lcd.setCursor(0, 0);
lcd.print("La temperature est : ");
lcd.setCursor(0, 1);
lcd.print(tempC);
if(tempC<35) digitalWrite(3,1);
else digitalWrite(3,0);
if(tempC>=35)digitalWrite(9,1)
delay(200);
digitalWrite(9,0);
if(tempC<35)digitalWrite(10,1)
delay(200);
digitalWrite(10,0);
}
Ce code Arduino nous a permis d'obtenir les résultats suivants :
Figure : Montage final
Après avoir constaté un problème dans notre approche initiale, nous avons identifié et corrigé l'erreur. Une fois ce changement effectué, les lampes ont fonctionné correctement et ont répondu au code Arduino. Les résultats obtenus sont illustrés dans la figure suivante.
Figure : Montage final
Nous avons constaté et conclu qu'il n'est pas possible d'alimenter simultanément la pompe et l'Arduino. En effet, lorsque le module Peltier commence à chauffer, la pompe s'arrête. Nous avons donc déterminé qu'il est nécessaire de fournir une alimentation séparée pour chaque composant.
Séance [31-01-2025]
Soutenance du Projet finale illustré dans la figure :
Conclusion
Le projet de régulation de la température d'une cuve à l'aide d'un module Peltier a été une expérience enrichissante et formatrice. Nous avons réussi à concevoir et à assembler un système capable de contrôler la température d'un liquide contenu dans une cuve, en utilisant les propriétés thermoélectriques du module Peltier. Le montage final inclut divers composants tels que le microcontrôleur Arduino UNO R3, une sonde de température étanche PT100 et module MOSFET.
Problèmes rencontrés
Nous avons rencontré au début des problèmes dans le code Arduino, notamment avec l'écran LCD qui ne détectait pas la température, bien qu'il soit allumé Nous avons procédé à une vérification minutieuse de plusieurs aspects du montage et du code pour identifier les éventuelles erreurs, mais on 'a juste modifié un branchement de câble et on 'a réussi à avoir un fonctionne correctement de l'écran
Perspectives
Pour améliorer ce projet, plusieurs perspectives peuvent être envisagées :
- Optimisation du Code : Continuer à affiner le code Arduino pour résoudre les problèmes de détection de température et améliorer la précision du contrôle de la température.
- Amélioration du Montage : Revoir le montage pour s'assurer que tous les composants sont correctement connectés et fonctionnent de manière optimale.
- Ajout de Fonctionnalités : Intégrer des fonctionnalités supplémentaires telles que des alertes en cas de dépassement de la température cible, ou la possibilité de contrôler le système à distance via une application mobile.
- Tests et Validation : Effectuer des tests supplémentaires pour valider le fonctionnement du système dans différentes conditions et s'assurer de sa fiabilité à long terme.
Nous sommes convaincus qu'avec persévérance et rigueur, nous parviendrons à surmonter ces obstacles et à atteindre nos objectifs. Ce projet nous a permis de développer nos compétences en ingénierie et en travail d'équipe, et nous sommes impatients de continuer à travailler sur ces améliorations pour aboutir à un système pleinement opérationnel.
Remerciement
Nous tenons à exprimer notre profonde gratitude à notre professeur, Jérôme Pulpytel, pour cette opportunité enrichissante au FABLAB. Ce projet nous a permis d'appliquer concrètement les concepts étudiés en cours et de développer nos compétences pratiques. Grâce à son encadrement et à ses précieux conseils, nous avons pu mener à bien notre projet et acquérir une expérience précieuse qui nous sera bénéfique dans notre parcours académique et professionnel. Merci infiniment pour votre soutien et votre dévouement.
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