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wiki:projets:rfid:hydrolienne:hydrolienne [2016/05/08 19:02]
hydrolienne |
wiki:projets:rfid:hydrolienne:hydrolienne [2020/10/05 14:39] (Version actuelle)
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| ===== Pourquoi ce projet ? ===== | ===== Pourquoi ce projet ? ===== |
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| Dans le contexte du réchauffement climatique et de l'épuisement des énergies fossiles (55 ans de réserves pour le pétrole, 110 ans pour le charbon),et récemment de la COP 21, il est nécessaire de s'intéresser dès aujourd'hui à des solutions énergétiques alternatives pour répondre à un besoin mondial en énergie toujours croissant. Ces solutions doivent s'inscrire dans une politique de développement durable et dans cet objectif il est important de développer les énergies propres déjà existante (énergie solaire, éolienne,…) mais aussi de continuer les recherches sur des énergies propres prometteuses (fusion nucléaire, hydrolienne,…). C'est dans cette optique que nous avons décider d'étudier les hydroliennes et quels pouvaient être les paramètres de construction ou encore extérieurs à l’hydrolienne elle-même (courant, orientation...) qui jouaient sur la production en énergie et la puissance fournie de ces turbine. | Dans le contexte du réchauffement climatique et de l'épuisement des énergies fossiles (55 ans de réserves pour le pétrole, 110 ans pour le charbon),et récemment de la COP 21, il est nécessaire de s'intéresser dès aujourd'hui à des solutions énergétiques alternatives pour répondre à un besoin mondial en énergie toujours croissant. Ces solutions doivent s'inscrire dans une politique de développement durable et dans cet objectif il est important de développer les énergies propres déjà existante (énergie solaire, éolienne,…) mais aussi de continuer les recherches sur des énergies propres prometteuses (fusion nucléaire, hydrolienne,…). C'est dans cette optique que nous avons décider d'étudier les hydroliennes et les paramètres de construction ou encore extérieurs à l’hydrolienne elle-même (courant, orientation...) jouant sur la production en énergie et la puissance fournie de ces turbine. |
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| ===== Objectifs ===== | ===== Objectifs ===== |
| Comme mentionné précédemment,il s'agit du siège de la transformation d'une énergie cinétique en une énergie mécanique.\\ | Comme mentionné précédemment,il s'agit du siège de la transformation d'une énergie cinétique en une énergie mécanique.\\ |
| Le fonctionnement du rotor d'une hydrolienne est le même que celui d'une éolienne. Il est basé sur le phénomène de portance ( qui permet par exemple aux avions de voler). On a donc d'abord chercher à comprendre ce phénomène.\\ | Le fonctionnement du rotor d'une hydrolienne est le même que celui d'une éolienne. Il est basé sur le phénomène de portance ( qui permet par exemple aux avions de voler). On a donc d'abord chercher à comprendre ce phénomène.\\ |
| L'explication de dernier est à ce jour toujours incomplète et il existe différentes théories l'expliquant et prêtant à débat dans la communauté scientifique.\\ | L'explication de ce dernier est à ce jour toujours incomplète et il existe différentes théories l'expliquant et prêtant à débat dans la communauté scientifique.\\ |
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| Néanmoins l'explication la plus courante est celle de l'effet Venturi et du théorème de Bernoulli. Cette théorie ne suffit pas à expliquer la portance et est même en partie fausse mais elle est assez visuelle et constitue une bonne vulgarisation.\\ | Néanmoins l'explication la plus courante est celle de l'effet Venturi et du théorème de Bernoulli. Cette théorie ne suffit pas à expliquer la portance et est même en partie fausse mais elle est assez visuelle et constitue une bonne vulgarisation.\\ |
| Lors de l'écoulement d'un fluide dans un tube dont la section diminue, la vitesse de l'eau augmente par conservation du débit (le produit surface x vitesse reste constant). Cette augmentation de la vitesse s'accompagne d'une diminution de la pression : c'est l'effet Venturi. | Lors de l'écoulement d'un fluide dans un tube dont la section diminue, la vitesse de l'eau augmente par conservation du débit (le produit surface x vitesse reste constant). Cette augmentation de la vitesse s'accompagne d'une diminution de la pression : c'est l'effet Venturi.\\ |
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| {{:wiki:projets:hydrolienne:venturi.gif?nolink&350x200}} | {{:wiki:projets:hydrolienne:venturi.gif?direct&350|}}\\ |
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| Il se produit le même phénomène quand l'eau qui circule dans un tube de courant rencontre une des pales de l'hydrolienne. Sur l'extrados, la section occupée par l'eau diminue donc sa vitesse augmente et la pression diminue. Sur l'intrados la surface reste constante, la vitesse et la pression reste inchangées. La différence de pression ainsi crée entraîne une force qui entraîne la rotation de la pale et donc la conversion de l'énergie cinétique en une énergie mécanique s’opère. (Ci dessous, coupe d'une hélice où l'hydrolienne est vue de profil). On a également représenté, la répartition de pression autour de la pale. | Il se produit le même phénomène quand l'eau qui circule dans un tube de courant rencontre une des pales de l'hydrolienne. Sur l'extrados, la section occupée par l'eau diminue donc sa vitesse augmente et la pression diminue. Sur l'intrados la surface reste constante, la vitesse et la pression reste inchangées. La différence de pression ainsi crée entraîne une force qui entraîne la rotation de la pale et donc la conversion de l'énergie cinétique en une énergie mécanique s’opère. (Ci dessous, coupe d'une hélice où l'hydrolienne est vue de profil). On a également représenté, la répartition de pression autour de la pale. |
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| {{:wiki:projets:hydrolienne:la-portance.jpg?nolink&400|}} {{:wiki:projets:hydrolienne:tube_de_courant_1-2.jpg?nolink&380|}}\\ | {{:wiki:projets:hydrolienne:la-portance.jpg?nolink&350|}} {{:wiki:projets:hydrolienne:tube_de_courant_1-2.jpg?nolink&280|}}\\ |
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| {{:wiki:projets:hydrolienne:schema_turbine.png?450 |}} | {{:wiki:projets:hydrolienne:schema_turbine.png?450 |}} |
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| L'énergie produite par une éolienne provient directement de l'énergie cinétique des courants marins. On peut alors calculer la puissance cinétique théoriquement récupérable. \\ | L'énergie produite par une éolienne provient directement de l'énergie cinétique des courants marins. On peut alors calculer la puissance cinétique théoriquement récupérable. \\ |
| On écrit l'énergie cinétique contenue dans un cylindre (de section S et de hauteur vdt) de fluide (de masse volumique $\rho$). Et on en déduit la puissance cinétique du fluide circulant à une vitesse v. Celle-ci est la puissance théoriquement récupérable.\\ | On écrit l'énergie cinétique contenue dans un cylindre (de section S et de longueur vdt) de fluide (de masse volumique $\rho$). Et on en déduit la puissance cinétique du fluide circulant à une vitesse v. Celle-ci est la puissance théoriquement récupérable.\\ |
| On se place dans le modèle du fluide parfait: sans viscosité, incompressible et en écoulement stationnaire. | On se place dans le modèle du fluide parfait: sans viscosité, incompressible et en écoulement stationnaire. |
| | {{ :wiki:projets:hydrolienne:schema_puissance_cinetique.png?direct&500 |}} |
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| {{:wiki:projets:hydrolienne:schema_puissance_cinetique.png|}} | |
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| A ce stade on pourrait avoir tendance à se dire que pour que l'hydrolienne récupère le plus d'énergie possible, il faudrait qu'elle ralentisse le plus possible le fluide ( même jusqu'à arrêter son écoulement) afin de récupérer toute son énergie cinétique. Ce n'est pas le cas. En effet comme on peut rapidement le comprendre, si l'écoulement du fluide est interrompu, l'hydrolienne va cesser de tourner (v=0 donc Pc=0). On comprend donc qu'il faut arriver à un compromis entre ralentir au maximum le fluide pour récupérer son énergie cinétique d'une part et ne pas trop le ralentir pour conserver une vitesse d'écoulement suffisante. Ce compromis s'exprime par la limite de Betz: la rendement maximal de la turbine d'une hydrolienne est 16/27 (environ 52 %) et est obtenu pour une vitesse en sortie de la turbine égale à 1/3 de la vitesse d'écoulement du fluide. \\ | A ce stade on pourrait avoir tendance à se dire que pour que l'hydrolienne récupère le plus d'énergie possible, il faudrait qu'elle ralentisse le plus possible le fluide ( même jusqu'à arrêter son écoulement) afin de récupérer toute son énergie cinétique. Ce n'est pas le cas. En effet comme on peut rapidement le comprendre, si l'écoulement du fluide est interrompu, l'hydrolienne va cesser de tourner (v=0 donc Pc=0). On comprend donc qu'il faut arriver à un compromis entre ralentir au maximum le fluide pour récupérer son énergie cinétique d'une part et ne pas trop le ralentir pour conserver une vitesse d'écoulement suffisante. Ce compromis s'exprime par la limite de Betz: la rendement maximal de la turbine d'une hydrolienne est 16/27 (environ 52 %) et est obtenu pour une vitesse en sortie de la turbine égale à 1/3 de la vitesse d'écoulement du fluide. \\ |
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| {{:wiki:projets:hydrolienne:alternateur.png?nolink&410}} {{:wiki:projets:hydrolienne:alternateur_2.png?nolink&250}}\\ | {{:wiki:projets:hydrolienne:alternateur.png?nolink&410}} {{:wiki:projets:hydrolienne:alternateur_2.png?nolink&250}}\\ |
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| | Notre alternateur fournit un courant triphasé alternatif. Autrement dit il fournit une puissance active appelé aussi puissance "utile" qui se mesure en Watt. Il s'agit de l'apport réel d'énergie à un potentiel récepteur. Cette puissance est alors convertible en travail ou en chaleur. Elle se traduit par l'expression : P=U.I.cos(φ).√3\\ |
| | où U est la tension efficace (V)\\ |
| | I l'intensité efficace (A)\\ |
| | cos(φ) est appelé "facteur de puissance" et φ est le déphasage entre U et I.\\ |
| | Que le système soit branché en étoile ou en triangle (cf : explication dans le lien de la bibliographie), ce calcul de puissance reste le même. |
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| ===== Partie Pratique ===== | ===== Partie Pratique ===== |
| En ayant connaissance de ces contraintes, nous serons plus à même de travailler de manière efficaces et rapide en ayant toujours pour objectif de les minimiser.\\ | En ayant connaissance de ces contraintes, nous serons plus à même de travailler de manière efficaces et rapide en ayant toujours pour objectif de les minimiser.\\ |
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| ==== Conception du prototype ==== | ==== Conception de l'hydrolienne ==== |
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| Le prototype est conçu dans un souci d'usiner le moins possible. Il nous va nous permettre de réaliser de premières expériences, de prendre connaissances de contraintes ou de phénomènes que nous avons omis de prendre en compte, de tester les limites de notre générateur... // | Le prototype est conçu dans un souci d'usiner le moins possible. Il nous va nous permettre de réaliser de premières expériences, de prendre connaissances de contraintes ou de phénomènes que nous avons omis de prendre en compte, de tester les limites de notre générateur... // |
| * Limiter le plus possible les frottements de l'axe de la turbine avec le matériel utilisé pour le prototype. | * Limiter le plus possible les frottements de l'axe de la turbine avec le matériel utilisé pour le prototype. |
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| **Matériel nécessaire :** \\ | **Matériel nécessaire :** \\ |
| __ Turbine__ : Ventilateur d'ordinateur sans moteur, tige filetée (diamètre : 8mm), rondelles (8 et 12mm), boulons indéssérables (8mm). \\ | __ Turbine__ : Ventilateur d'ordinateur sans moteur, tige filetée (diamètre : 8mm), rondelles (8 et 12mm), boulons indéssérables (8mm). \\ |
| __ Arbre__ : Poulie fixée à la tige par des vis sans tête (référence : DIN 913-M2*5mm), courroie dentée en polyuréthane (référence : T5-545-13-1), Support (cf Schémas) fixé au fond du bassin. \\ | __ Arbre__ : Poulie fixée à la tige par des vis sans tête (référence : DIN 913-M2*5mm), courroie dentée en polyuréthane (référence : T5-545-13-1), Support (cf Schémas) fixé au fond du bassin. \\ |
| __ Générateur__ : moteur de courant continu utilisé ici comme générateur, poulie fixée à une tige lisse \\ | __ Générateur__ : moteur de courant continu utilisé ici comme générateur, poulie fixée à une tige lisse \\ |
| __ Cuve__ : Bac de plastique (Dimensions : "a venir") servant de bassin, Tuyaux pour arrivée et sortie d'eau, pompe (modèle : "à venir"), tasseau de bois pour fixer le générateur hors de l'eau, équerre (dimensions : "a venir") pour fixer le tasseau au bassin. \\ | __ Cuve__ : Bac de plastique (contenance : plus de 15L ) servant de bassin, Tuyaux pour arrivée et sortie d'eau, pompe (finalement inutile), tasseau de bois pour fixer le générateur hors de l'eau, équerre (dimensions : "a venir") pour fixer le tasseau au bassin. \\ |
| | __Réseau d'eau :__ Trois tuyau pour l'évacuation de l'eau : 2 en hauteur et 1 de secours en face de l'entrée, de même au hauteur. Robinet de jardin relié par un tuyau d'arrosage à une lance dispersive en entrée de cuve.\\ |
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| **Schéma du montage :** \\ | **Schéma du montage :** \\ |
| {{ :wiki:projets:hydrolienne:schema_montage.jpg?900|}}\\ | {{ :wiki:projets:hydrolienne:schema_montage.jpg?900|}}\\ |
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| **Premières photos du montage en cours et brèves explications :** \\ | **Premières photos du montage en cours et brèves explications :** \\ |
| Il s'agit d'un premier montage, grossier, afin d'avoir une idée de ce que sera notre prototype final. \\ | Il s'agit d'un premier montage, grossier, afin d'avoir une idée de ce que sera notre prototype final. \\ |
| {{:wiki:projets:hydrolienne:photo_du_1er_montage_2.jpg?200 |}}{{:wiki:projets:hydrolienne:photo_du_1er_montage_1.jpg?200 |}} | {{:wiki:projets:hydrolienne:photo_du_1er_montage_2.jpg?200 |}}{{:wiki:projets:hydrolienne:photo_du_1er_montage_1.jpg?200 |}} |
| __Système des poulies__ : Les poulies sont fixées sur des axes. La première poulie sur la tige filetée et la seconde sur la tige lisse ; pour les fixer correctement sur leur axe, nous utiliserons les vis sans têtes. Les poulies sont reliées entre elles par une courroie non élastique ce qui minimisera les déformations s'appliquant sur l'arbre (tige filetée). \\ | __Système des poulies__ : Les poulies sont fixées sur des axes. La première poulie sur la tige filetée et la seconde sur la tige lisse ; pour les fixer correctement sur leur axe, nous utiliserons les vis sans têtes. Les poulies sont reliées entre elles par une courroie non élastique ce qui minimisera les déformations s'appliquant sur l'arbre (tige filetée). \\ |
| __Fixation de l'axe au fond du bassin__ : Afin d'éviter que l'arbre ne se soulève vers le haut et donc à la surface de l'eau dû fait des forces exercé par la courroie sur la tige, nous devons la fixer au fond du bassin. Nous allons utiliser un support de Plexiglas positionné à la verticale dans lequel la tige filetée passera par un système que nous concevrons permettant sa rotation sans frottements. Ce support sera fixé sur une seconde plaque de Plexiglas collée au fond du bassin, on joindra les deux morceaux par un système d'équerres.\\ | __Fixation de l'axe au fond du bassin__ : Afin d'éviter que l'arbre ne se soulève vers le haut et donc à la surface de l'eau dû fait des forces exercé par la courroie sur la tige, nous devons la fixer au fond du bassin. Nous allons utiliser un support de Plexiglas positionné à la verticale dans lequel la tige filetée passera par un système que nous concevrons permettant sa rotation sans frottements. Ce support sera fixé sur une seconde plaque de Plexiglas collée au fond du bassin, on joindra les deux morceaux par un système d'équerres.\\ |
| __ Fixation de la courroie hors de l'eau__ : Il s'agit à présent de fixer la courroie à l'alternateur. Le tout devant rester hors de l'eau. | __ Fixation de la courroie hors de l'eau__ : Il s'agit à présent de fixer la courroie à l'alternateur. Le tout devant rester hors de l'eau. \\ |
| | Au cours des mesures avec l'hydrolienne imprimée par CAO, le système permettant de fixer l'arbre au fond du bassin s'est décollé. On les a donc fixées en les vissant, tout en prenant garde de ne pas fêler le PVC, matière épaisse mais très fragile quand on la visse. On a donc placé des rondelles et on a étanchéifié le tout avec du silicone pour salle de bain.\\ |
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| | **Impression par CAO :**\\ |
| | Nous avons modélisé sur les logiciels Blender puis Openscad car ce dernier est plus accessible et nous a permis de créer rapidement les premiers modèles 3D. Les membres du Fablab nous sont venus en aide pour nous familiariser avec le logiciel et nous orienter dans le choix des paramètres à imposer pour l'impression par CAO.\\ |
| | Ce logiciel fonctionne de manière paramétrique. Autrement-dit, la modélisation de l'objet désiré passe par une programmation et la rédaction d'un script dans une fenêtre affichant au fur et à la mesure le prototype 3D sur une seconde fenêtre. Le site internet de Thingiverse nous a permis de trouver des inspirations de modèles déjà présenter pour des turbines. Nous avons alors jouer sur les paramètres de la taille des pales (longueurs, largeur du moyeu, épaisseur...) ou encore sur l'angle d'attaque et la "torsion" de chaque pales. \\ |
| | {{:wiki:projets:hydrolienne:helice3pales.png?direct&200|}} {{:wiki:projets:hydrolienne:helice6pales.png?direct&200|}}\\ |
| | Nous avons choisi un angle de 15°. Il s'agit d'un angle estimé comme optimal pour optimiser le phénomène de portance.\\{{:wiki:projets:hydrolienne:heliceangle5.png?direct&200|}}{{:wiki:projets:hydrolienne:img_5118.jpg?direct&200|}}\\ Le profil des pales, nous le savons, va jouer un rôle très important dans la portance. \\ Nous avons appliqué de l'acétone sur nos impression 3D afin de rendre sa surface plus lisse et d'augmenter son aérodynamisme.\\ |
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| | **Descriptions et Explications des différentes mesures avec l'hydrolienne finale :**\\ |
| | Nous avons intégré l'hydrolienne imprimée par CAO directement au système à la place du prototype sans changer la configuration de notre montage. (cf : journal de bord).\\ |
| | __ Mesure du Débit__ : Nous avons marqué de petits traits rouges l'intérieur de notre bassine. En effet, on traçait une marque tous les 5L. En mesurant le temps mis par l'eau pour passer d'une marque à une autre, nous pouvions en déduire le Débit (m^3/sec) qui entrait dans la bassine. Ce débit va nous permettre de déterminer une valeur pour la vitesse du courant en entrée et qui arrivait directement sur les pales.\\ |
| | __ Vitesse de rotation__ : Pour mesurer la vitesse de rotation de l’hélice en tour/min, on a coloré le bout d'une des pâles avec un correcteur d'encre de couleur blanche afin de suivre la rotation de celle-ci sans se tromper. L'hydrolienne ne tournait pas assez vite pour que l'on ne puisse plus suivre le mouvement de cette pale. On avait donc une précision sur le décompte plutôt correcte.\\ |
| | __Mesures effectuées sur le courant alternatif triphasé en sortie de l'alternateur :__ |
| | La ligne triphasée qui compose la sortie de notre alternateur se compose de trois fils nous en avons donc conclu que nous étions dans le cas d’un système triphasé à 3 fils de phase, sans fil neutre. Nous avons observé que les intensités circulant dans les 3 phases étaient égales, de mêmes pour les tensions entre les phases. Nous avons donc conclu que ce système était très certainement équilibré.\\ |
| | Les tensions entre deux phases sont les tensions dites composées et sont égales quelques soient le deux fils de phases choisis dans notre cas.Ainsi, pour mesurer la tension efficace en sortie de l’alternateur, nous avons branché un voltmètre en dérivation entre la phase 1 et la phase 2.\\ |
| | {{:wiki:projets:hydrolienne:schema_triphase.png?direct&400|}}\\ |
| | Comme les tensions étaient les mêmes entre chaque phases, nous aurions aussi bien pu mesurer la tension entre la phase 2 et 3 par exemple. A la différence du courant continu, la valeur affichée sur le voltmètre était la même quand le cordon rouge était branchée sur la polarisation négative et le noir sur la positive ou l’inverse car nous étudions un courant alternatif !\\ |
| | Il s’agissait à présent de mesurer l’intensité de notre hydrolienne. Nous avons donc branché en série notre ampèremètre en vérifiant qu’il était réglé sur la mesure de courant alternatif. Les courants dans chacun des fils de sortie sont tous de même intensité On a donc mesuré une intensité efficace en se branchant à la phase 1. |
| | Avec ces mesures nous avions accès au calcul de puissance active délivrée par l'alternateur. Le déphasage, nous l'avons estimé à π/9.\\ |
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| | **Descriptions et Explications des différentes mesures avec l'hydrolienne finale :**\\ |
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| | Nous avons rentré toutes nos valeurs expérimentales et théoriques dans un tableau de mesures :\\ |
| | {{:wiki:projets:hydrolienne:tables_de_donnees.png?direct&800|}}\\ |
| | Le rendement se calcule en divisant la valeur expérimentale de la puissance active par la valeur théorique de la limite de Betz qui correspond à la puissance maximale qu'aurait pu fournir notre hydrolienne. |
| | On a ainsi tracé différents graphiques qui nous semblaient pertinents et intéressants.\\ |
| | Nous avons donc tracé dans un premier temps les variations de la puissance produite par notre hydrolienne (et donc l'alternateur) en fonction de la puissance hydraulique (ou puissance cinétique du fluide) fournie au système. Nous avons modélisé cette courbe par une droite affine et nous obtenions un coefficient de corrélation tout à fait correct. L'ordonnée à l'origine est non négligeable devant le coefficient directeur de la courbe on ne peut donc pas le négliger, cette dernière est également négative. Dire que lorsque la puissance cinétique du fluide (notée Pc) en entrée du système vaut 0, on a une puissance active négative est impossible. Ainsi toute la partie de la courbe ou la Puissance active (notée Pa) est négative n'est pas à considérer. Ainsi, c'est à partir d'une valeur déjà élevée de Pc que l'on obtient enfin une valeur de Pa positive. Ce constat est logique et l'on comprend que la valeur de l'ordonnée à l'origine correspond à l'inertie de notre hydrolienne.\\ |
| | {{:wiki:projets:hydrolienne:pa_f_pe_-regression_lineaire.png?direct&800|}}\\ |
| | Le rendement de notre hydrolienne se calcule tel que rendement=Pa/Pbetz.\\ |
| | où Pbetz est la puissance théorique maximale que l'on aurait pu avoir avec notre hydrolienne selon la théorie de la limite de Betz. On trouve alors un rendement moyen de 17% pour notre hydrolienne et un écart relatif de 83% ce qui est tout a fait logique.\\ |
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| | Nous avons ensuite étudié les variations de de la puissance active en sortie du système en fonction de la valeur au cube de la vitesse du courant en entrée de la cuve. On pouvait modéliser notre courbe par une fonction affine dont on ne pouvait toujours pas négliger l'ordonnée à l'origine. Ici aussi, l'ordonnée à l'origine n'est autre que l'inertie de notre hydrolienne. Sans celle-ci il y aurait proportionnalité entre Pa et la vitesse au cube et par conséquent, proportionnalité entre Pa et Pc. On aurait bien une une dépendance en vitesse au cube de Pc et donc une relation du type Pc = k.v^3. avec k le coefficient de proportionnalité qui, on le déduit, n'est autre que (1/2)*S*ρ : La formule théorique de la puissance cinétique du fluide. \\ |
| | {{:wiki:projets:hydrolienne:pa_f_v_3_.png?direct&800|}}\\ |
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| ===== Journal de bord (incomplet) ===== | ===== Journal de bord ===== |
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| Information : afin de visualiser une photo postée dans cette partie de notre Wiki il vous suffit de cliquer sur celle-ci.\\ | Information : afin de visualiser une photo postée dans cette partie de notre Wiki il vous suffit de cliquer sur celle-ci.\\ |
| {{:wiki:projets:hydrolienne:18_mars_1sur2_1_.jpg?200|}} | {{:wiki:projets:hydrolienne:18_mars_1sur2_1_.jpg?200|}} |
| {{:wiki:projets:hydrolienne:18_mars_2sur2_1_.jpg?200|}} \\ | {{:wiki:projets:hydrolienne:18_mars_2sur2_1_.jpg?200|}} \\ |
| Juliette et Sylvain: Nous usions le support permettant la rotation (cf schéma du montage) et la plaque de plexiglas sur lequel celui ci sera fixé en utilisant la découpeuse laser du Pmclab. Nous fixons ces deux pièces à l'aide d'équerre et nous collons le tout au fond de la cuve à l'aide d'une colle waterproof. Nous fixons également le support fixateur permettant la rotation (cf schéma du montage) au fond de la cuve. Nous discutons du matériel à utiliser pour simuler le courant marin et décidons de ne pas utiliser de pompe car les pompes ne fournissent pas de courant d'eau continu. | Juliette et Sylvain: Nous usinons le support permettant la rotation (cf schéma du montage) et la plaque de plexiglas sur lequel celui ci sera fixé en utilisant la découpeuse laser du Pmclab. Nous fixons ces deux pièces à l'aide d'équerre et nous collons le tout au fond de la cuve à l'aide d'une colle waterproof. Nous fixons également le support fixateur permettant la rotation (cf schéma du montage) au fond de la cuve. Nous discutons du matériel à utiliser pour simuler le courant marin et décidons de ne pas utiliser de pompe car les pompes ne fournissent pas de courant d'eau continu. |
| Temps de travail: 2h\\ | Temps de travail: 2h\\ |
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| __Lundi 25 Avril au dimanche 1er mai__\\ | __Lundi 25 Avril au dimanche 1er mai__\\ |
| Juliette: Séries de mesures (Débit, intensité, tension, vitesse de rotation de l'hélice).\\ Nous avons renoncé à l'utilisation de d'une pompe car cet outil ne fournit pas un courant continu ! Nous avons donc placé directement en entrée de la cuve un jet d'eau dont on a modifié le débit pour avoir plusieurs séries de mesures énoncées ci-dessus. Les fixations dans le fond de la cuve se sont décollées : on les a donc fixées en les vissant en prenant garde de ne pas fêler le PVC, matière épaisse mais très fragile quand on la visse. On a donc placé des rondelles et on a étanchéifié le tout avec du silicone pour salle de bain. L'hydrolienne fonctionne. Pour mesurer la vitesse de rotation de l’hélice en tour/min, on a coloré le bout d'une des pâles avec un correcteur d'encre de couleur blanche afin de suivre la rotation de celle-ci sans se tromper. L'hydrolienne ne tournait pas assez vite pour que l'on ne puisse plus suivre le mouvement de cette pale. \\ | Juliette: Séries de mesures (Débit, intensité, tension, vitesse de rotation de l'hélice).\\ Nous avons renoncé à l'utilisation d'une pompe car cet outil ne fournit pas un courant continu ! Nous avons donc placé directement en entrée de la cuve un jet d'eau. Modification du montage par système de vis. L'hydrolienne fonctionne.\\ |
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| Temps de travail : | |
| Sylvain et Victor: Rédaction de l'article à rédiger en Latex.\\ | Sylvain et Victor: Rédaction de l'article à rédiger en Latex.\\ |
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| __ Mardi 2 mai au vendredi 6 mai__\\ | __ Mardi 2 mai au vendredi 6 mai__\\ |
| Juliette et Sylvain : Utilisation du jet de jardin à l'aide d'une lance dont on a modifié l'ouverture de façon à ce que l'eau qui en sortait couvrait un maximum de surface de l'hélice de l'hydrolienne. On relève une autre séries de mesure que l'on exploite par tracé de graphique et comparaison avec la formule théorique de la limite de Betz. En relevant la tension efficace ainsi que l'intensité d'un courant triphasé et alternatif, on peut avoir accès à la mesure de la puissance active de notre alternateur en Watt.\\ | Juliette et Sylvain : Utilisation du jet de jardin à l'aide d'une lance dont on a modifié l'ouverture de façon à ce que l'eau qui en sortait couvre un maximum de surface de l'hélice de l'hydrolienne. On relève une autre série de mesure que l'on exploite par tracé de graphique et comparaison avec la formule théorique de la limite de Betz. En relevant la tension efficace ainsi que l'intensité d'un courant triphasé et alternatif, on peut avoir accès à la mesure de la puissance active de notre alternateur en Watt.\\ |
| {{:wiki:projets:hydrolienne:photo_1.jpg?direct&150|}} | {{:wiki:projets:hydrolienne:photo_1.jpg?direct&100|}} |
| {{:wiki:projets:hydrolienne:img_5447.jpg?direct&200|}}\\ | {{:wiki:projets:hydrolienne:img_5447.jpg?direct&100|}}\\ |
| On a ainsi tracé différents graphiques qui nous semblaient pertinents et intéressants et on a entré les valeurs expérimentales et les de nos calculs dans un tableau de mesures.\\ | Nous avons entré les valeurs mesurées par nos soins et les valeurs issues de calculs dans un tableau de mesures. |
| {{:wiki:projets:hydrolienne:tables_de_donnees.png?direct&450|}}\\ | {{:wiki:projets:hydrolienne:tables_de_donnees.png?direct&300|}}\\ |
| Nous avons ainsi tracé les variations de la puissance produite par notre hydrolienne (et donc l'alternateur) en fonction de la puissance hydraulique (ou puissance cinétique du fluide) fournie au système : on a modélisé la courbe que l'on obtenait par une droite linéaire et nous obtenions un coefficient de corrélation tout à fait correct ce qui confirme notre idée qu'il existe un coefficient de proportionnalité entre la puissance délivrée par notre hydrolienne et la puissance en entrée. On comprend que ce coefficient est en fait le rendement de notre hydrolienne et au regard de la puissance maximale théorique que l'on aurait pu obtenir en sortie de notre système (selon la limite de Betz), on obtient un rendement à 30% environ de la valeur de la limite de Betz.\\ | Nous avons ainsi tracé les variations de la puissance produite par notre hydrolienne (et donc l'alternateur) en fonction de plusieurs paramètres fournis au système.\\ |
| {{:wiki:projets:hydrolienne:pa_f_pe_-regression_lineaire.png?direct&200|}}\\ | |
| Nous avons ensuite étudié les variations de de la puissance active en sortie du système en fonction de la valeur au cube de la vitesse du courant en entrée de la cuve.Ici encore, on pouvait modéliser notre courbe par une fonction affine dont on pouvait négliger l'ordonnée à l'origine. On avait donc une droite linéaire on a donc bien appuyé le fait que puissance cinétique en fournie au système et puissance active délivrée par l'alternateur sont proportionnels.\\ | |
| {{:wiki:projets:hydrolienne:pa_f_v_3_.png?direct&200|}}\\ | |
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| | ===== Diagramme de Gantt ===== |
| | Tout au long de notre projet, nous avons tenu un diagramme de Gantt. Il nous aura permis de nous rassurer de l'avance que nous prenions dans certaines taches mais aussi de nous alarmer sur le retard pris dans d'autres jalons à passer et de remédier immédiatement aux causes de ce retard et de prendre en charge ce souci. Nous définissions alors des alternatives, de nouvelles solutions que nous nous empressions de mettre en place. Un répartition correcte des rôles de chacun, chaque semaine, a été rendue possible grâce à notre diagramme.\\ |
| | Nous avons donc pu comprendre l'utilité de cet outil dans la définition, la réalisation et l'aboutissement d'un projet mais également d'avoir un retour sur le déroulement du projet en comprenant où, quand et de quelle manière nous aurions pu améliorer notre équipe de travail et prévenir d'avantage certains retard tout en comprenant ce qu'il fallait conserver lorsque nous réalisions parfaitement d'autres tâches.\\ |
| | {{:wiki:projets:hydrolienne:diagramme_de_gantt_final.jpg?direct&800|}}\\ |
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| ===== Conclusion ===== | ===== Conclusion ===== |
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| Malgré un rendement relativement éloigné de la valeur théorique que l'on s'attendait à avoir selon la limite de Betz, nous avons tout de même mené à bien ce projet qui après montage de l'hydrolienne et du système de la poulie et des courroies ne nous montrait aucuns signes de tourner un jour : il aura fallu un débit conséquent pour la faire tourner. Nous avons essayer d'expliquer cela par le fait qu'il existait très certainement des frottements au niveau des courroies avec la poulies qui freinait la rotation de l'arbre, mais aussi que ce même arbre devait frotter plus fort qu'on ne le pensait dans le fond de la cuve.\\ | Malgré un rendement relativement éloigné de la valeur théorique que l'on s'attendait à avoir selon la limite de Betz, nous avons tout de même mené à bien ce projet qui, après le montage de l'hydrolienne et du système de la poulie/courroies ne nous montrait aucuns signes de tourner un jour : il aura fallu un débit conséquent pour la faire tourner. Nous avons essayer d'expliquer cela par le fait qu'il existait très certainement des frottements au niveau des courroies avec la poulies qui freinait la rotation de l'arbre, mais aussi que ce même arbre devait frotter plus fort qu'on ne le pensait dans le fond de la cuve.\\ |
| Afin d'améliorer notre hydrolienne, nous avions pensé à fabriquer une nouvelle arrivée d'eau. Mais avec un diamètre plus large afin d'augmenté la surface de contact entre le courant en entrée et l'hélice. L'utilisation d'engrenages plutôt que de poulies est également un paramètres que nous aimerions changer car c'est certainement ce montage avec la poulie qui limite la rotation du système. Insérer la partie de l'alternateur dans l'eau et l'isoler en l'étanchéifiant aurait également été un travail intéressant.\\ | Afin d'améliorer notre hydrolienne, nous avions pensé à fabriquer une nouvelle arrivée d'eau. Mais avec un diamètre plus large afin d'augmenté la surface de contact entre le courant en entrée et l'hélice. L'utilisation d'engrenages plutôt que de poulies est également un paramètres que nous aimerions changer car c'est certainement ce montage avec la poulie qui limite la rotation du système. Insérer la partie de l'alternateur dans l'eau et l'isoler en l'étanchéifiant aurait également été un travail intéressant.\\ |
| L'impossibilité d'imprimer une autre pièce par CAO nous a empêché de nous concentrer sur le paramètre de l'angle d'attaque des pales et son rôle certain qu'il aurait eu dans le rendement de notre hydrolienne.\\ | L'impossibilité d'imprimer une autre pièce par CAO nous a empêché de nous concentrer sur le paramètre de l'angle d'attaque des pales et son rôle certain qu'il aurait eu dans le rendement de notre hydrolienne.\\ |
| Néanmoins, malgré toutes ces difficultés, nous avons abouti notre projet et notre hydrolienne fonctionne ! Nous avons tout de même pu étudier l'influence du débit, de la vitesse de rotation des pales ou encore de la vitesse du courant en entrée sur la puissance active délivrée par l'alternateur. | Néanmoins, malgré toutes ces difficultés, nous avons abouti notre projet et notre hydrolienne fonctionne ! Nous avons tout de même pu étudier l'influence du débit, de la vitesse de rotation des pales ou encore de la vitesse du courant en entrée sur la puissance active délivrée par l'alternateur. |
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| ===== Diagramme de Gantt ===== | |
| Tout au long de notre projet, nous avons tenu un diagramme de Gantt. Il nous aura permit de nous rassurer de l'avance que nous prenions dans certaines taches mais aussi de nous alarmer sur le retard pris dans d'autres jalons à passer et de remédier immédiatement aux causes de ce retard et de prendre en charge ce souci. Nous définissions alors des alternatives, de nouvelles solutions que nous nous empressions de mettre en place. Ce diagramme nous a également permit de mettre en place une répartition correcte des rôles de chacun chaque semaine.\\ | |
| Nous avons donc pu comprendre l'utilité de cet outil dans la définissions, la réalisation et l'aboutissement d'un projet mais également d'avoir un retour sur le déroulement du projet en comprenant où, quand et de quel manière nous aurions pu améliorer notre équipe de travail et prévenir d'avantage certains retard mais également de comprendre que nous avons parfaitement réaliser d'autres tâches.\\ | |
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| [[http://voilejmh.free.fr/voile/maree_courant.htm]] (tableau vitesse des marées)\\ | [[http://voilejmh.free.fr/voile/maree_courant.htm]] (tableau vitesse des marées)\\ |
| [[https://fr.wikipedia.org/wiki/Courant_triphas%C3%A9]] (Explication et définition du courant triphasé, calcul de puissances) | [[https://fr.wikipedia.org/wiki/Courant_triphas%C3%A9]] (Explication et définition du courant triphasé, calcul de puissances) |
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