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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.

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 ; Krnza.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.

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.

image.png

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 + syst de ventilation (éviter surchauffage max transf 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.

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 :

                                 image.png     image.png   

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 la lampe Bleu), 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.

tinkercad.png

Figure : Montage proposée sur Tinkcard

Avec le code Arduino suivant :

image.png

image.png

image.png

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

  • Gate (G) : Connectée à la broche D6 (sortie PWM) de l’Arduino.
  • Drain (D) : Connecté à la borne négative du module Peltier.
  • Source (S) : Connectée à la rangée GND de la breadboard (reliée au GND de l’Arduino et de l’alimentation externe).
  • Borne positive (+) : Connectée au +12V de l’alimentation externe.
  • Borne négative (-) : Connectée au Drain (D) du MOSFET.

LED

Arduino

  • Anode (longue) : Connectée à la broche D3 de l’Arduino via une résistance de 220 Ω.
  • Cathode (courte) : Connectée à la rangée GND de la breadboard.
  • GND : Connecté à la rangée GND de la breadboard.
  • D6 : Connectée à la Gate du MOSFET.
  • D3 : Connectée à l’Anode de la LED via une résistance.

Alimentation externe (pour le module Peltier)

  • +12V : Connecté à la borne positive du module Peltier.
  • GND : Connecté à la rangée GND de la breadboard (partagée avec l’Arduino et le MOSFET).

Les résultats de notre montage obtenus au Fablab sont illustrés dans la figure suivante :

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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 :

code Arduino

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

1738312577300.jpg

ImageFigure : 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

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ImageFigure : Machine de coupe par Laser

 La plaque obtenus pour notre projet est la suivante : 

image.png

ImageFigure : Plaque de notre Projet

Séance [27-12-2024]


Séance [15-01-2025]

IMG_20250124_182417.jpg

Séance [22-01-2025]

Séance [27-01-2025]

Séance [28-01-2025]

Séance [29-01-2025]

Séance [30-01-2025]

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.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Séance [31-01-2025]

Soutenance du Projet 

Conclusion - Perspectives

Dans ce tte séance on'a déterminer les dimensions de l'agitateur avec laquelle on va travailler et aussi on'a fait l'impression en 3D de l'agitateur avec les dimensions de ( A et B)