vitesse de rotation d'une éolienne

[invitebfab7c99]

Bonjour à tous

J'aurai quelques renseigenements à vous demander : je suis sur un projet d'éolienne multi pales tout composite (fibres de verre + résine isophtalique) et j'aimerai faire des "approximations" sur ce que je vais en tirer..

J'ai déjà déterminé la puissance que captera l'éolienne de la puissance du vent..(Betz)..
Ce que j'aimerai savoir, c'est sa vitesse de rotation..Est il possible de la prévoir ?

Je sais qu'une hélice est caractérisée par son rendement (vitesse à la périphérie / vitesse du vent).. En admettant avoir un rendement d'environ 5 et avec une vitesse de vent donnée, on a facilement la vitesse à la périphérie.. Mais c'est différent de la vitesse de rotation de l'hélice..

j'ai fait des essais sur une maquette 5.2 fois plus petite que l'éolienne finale. A vide, et avec une vitesse de vent d'environ 25 km/h, mon hélice tourne environ 700 tr/min..(les "environs" sont obligatoires, désolée)(Avec un réducteur de rapport 146.9, l'hélice tourne à 480 tr/min)...Y aura t il proportionnalité avec la grande ? (certainement, mais de quel ordre ?)

Merci de vos réponses..
-----

[wizz]

euhhhhhhhhhhhhhh

-> si tu sais quelle est la vitesse linéaire à la pointe de l'hélice
-> si tu sais quel est le rayon de l'hélice

=> alors je pense que tu devrais être capable de connaître la vitesse de rotation de l'hélice

A moins que j'ai mal compris au problème , ou que la complexité de la dynamique de fluide me dépasse....

[invitebfab7c99]

j'ai la vitesse du vent et le rayon de l'hélice...

je peux déterminer la vitesse à l'extrémité de mes pales, en faisant le rayon * vitesse de rotation de l'hélice...

peut être que la détermination de cette valeur est très simple mais je la vois plus complexe.. Elle dépend bien entendu du rayon, mais aussi du nombre de pales que comporte mon hélice...

et qu'appelles tu la vitesse linéaire à la pointe de l'hélice ?

[wizz]

Je sais qu'une hélice est caractérisée par son rendement (vitesse à la périphérie / vitesse du vent).. En admettant avoir un rendement d'environ 5 et avec une vitesse de vent donnée, on a facilement la vitesse à la périphérie..

pourrais tu me dire ce que tu penses par la vitesse à la périphérie?

[A voir en vidéo sur Futura]

[invitebfab7c99]

le vitesse à la périphérie est simplement la vitesse en bout de pales

[invitebfab7c99]

Bon alors voilà, c'était tout con et j'explique, on sait jamais, ça peut intéressé des gens :

J'ai deux relations : Vp= r*V
Vp=eta*v

ou Vp = vitesse en bout de pales en m/s
V = vitesse de rotation de l'h"lice en rad/s
v = vitesse du vent en m/s
eta = "rendement" de l'hélice pris égal à 5
r et d= rayon et diamètre de l'hélice en m

- Vp = r*V(rad/s) = r*2*PI*V(tr/min)/60
= PI*d*V(tr/min)/60

on fait ensuite un petit système en mixant tout et on trouve facilement ça et V en fonction de v donc on trouve aussi Vp..

tout con..

[BertrandR]

Bonjour à tous

J'aurai quelques renseigenements à vous demander : je suis sur un projet d'éolienne multi pales tout composite (fibres de verre + résine isophtalique) et j'aimerai faire des "approximations" sur ce que je vais en tirer..

J'ai déjà déterminé la puissance que captera l'éolienne de la puissance du vent..(Betz)..
Ce que j'aimerai savoir, c'est sa vitesse de rotation..Est il possible de la prévoir ?

Je sais qu'une hélice est caractérisée par son rendement (vitesse à la périphérie / vitesse du vent).. En admettant avoir un rendement d'environ 5 et avec une vitesse de vent donnée, on a facilement la vitesse à la périphérie.. Mais c'est différent de la vitesse de rotation de l'hélice..

j'ai fait des essais sur une maquette 5.2 fois plus petite que l'éolienne finale. A vide, et avec une vitesse de vent d'environ 25 km/h, mon hélice tourne environ 700 tr/min..(les "environs" sont obligatoires, désolée)(Avec un réducteur de rapport 146.9, l'hélice tourne à 480 tr/min)...Y aura t il proportionnalité avec la grande ? (certainement, mais de quel ordre ?)

Merci de vos réponses..

Bonjour,

Ton message n'est pas très clair et il donc difficile de donner une réponse. Tu fais déjà une confusion entre rendement et rapport de vitesse périphérique, le rendement c'est le rapport entre la puissance captée et la puissance disponible dans la veine d'air couverte par l'éolienne. Ce rendement ne peut dépasser la limite de Betz (59%), pour s'approcher de ce rendement il faut déjà se donner beaucoup de mal.
Le rapport de vitesse périphérique c'est le rapport entre la vitesse tangentielle en bout de pale sur la vitesse du vent en amont de l'hélice, ce rapport défini le "régime" de l'hélice. La puissance de l'hélice est fonction de ce rapport, si le rapport est nul l'hélice est arrêtée et la puissance est nulle si l'hélice est en roue libre la puissance est également nulle car c'est le couple qui est nul.
Ce fonctionnement en roue libre correspond à un rapport de vitesse périphérique élevé et le fonctionnement à rendement maxi se trouve entre les 2 régimes extrêmes dont je viens de parler.
Les hélices ayant des rapport de vitesses périphriques élevés (à rendement maxi) sont en général des hélices avec peu de pales et des pales fines, la surface active des pales est faible. Plus la surface active des pales est importante plus l'hélice tournera lentement avec un couple plus fort. Pour les hélices de 1 à 5 m de diamètre on atteint les rendements maxi pour les rapport de vitesse périphériques de l'ordre de 5 à 6 et ces rendements sont de l'ordre de 40/45% (en se donnant beaucoup de mal) ou encore 76% de la limite de Betz.
Les calculs pour obtenir le rendement et la géométrie optimale sont assez compliqués.
Pour la proportionnalité entre une maquette et une éolienne à l'échelle 1 il faut conserver la vitesse tangentielle en bout de pale ce qui conduit à une vitesse de rotation de la maquette beaucoup plus élevée.
Mais la similitude s'arrête là car il y a des différences au niveau de l'aérodynamique à cause du nombre de Reynolds et des différences sur la géométrie des pales car il est très difficile de reproduire en 5 fois plus petit une géométrie parfaite des pales, les défauts deviennent 5 fois plus gros.
C'est pourquoi sur une grande éolienne de 80 m de diamètre on dépasse des rendements aérodynamiques de 50 % alors que sur une hélice de 1 m de diamètre on atteindra très péniblement 40 %.

Concrètement je ne ne comprends pas ton problème, tu as le rayon, la vitesse du vent et le rapport de vitesse périphérique (5) tu as donc tous les éléments pour calculer la vitesse de rotation.

[invitebfab7c99]

Tu fais déjà une confusion entre rendement et rapport de vitesse périphérique, le rendement c'est le rapport entre la puissance captée et la puissance disponible dans la veine d'air couverte par l'éolienne. Ce rendement ne peut dépasser la limite de Betz (59%), pour s'approcher de ce rendement il faut déjà se donner beaucoup de mal.
Le rapport de vitesse périphérique c'est le rapport entre la vitesse tangentielle en bout de pale sur la vitesse du vent en amont de l'hélice, ce rapport défini le "régime" de l'hélice. La puissance de l'hélice est fonction de ce rapport, si le rapport est nul l'hélice est arrêtée et la puissance est nulle si l'hélice est en roue libre la puissance est également nulle car c'est le couple qui est nul.

ok ca c'est bon je l'ai compris c'est juste que je me suis mal exprimée

Concrètement je ne ne comprends pas ton problème, tu as le rayon, la vitesse du vent et le rapport de vitesse périphérique (5) tu as donc tous les éléments pour calculer la vitesse de rotation.

ce n'est pas ce que j'ai fait au post précedent ?
est ce que tu peux me dire ce que tu en penses ??


tant que j'y suis, j'ai une autre question : mon hélice comporte 20 pales. Disons que c'est plus de l'ordre d'une turbine. Que puis je espérer comme rendement ?
Que peux tu me dire intuitivement sur une hélice de ce genre, sachant qu'elle a un diamètre de 2.6 mètres et une longueur des pales de 0.65 m ?


je te montre à quoi ressemble la maquette :
surla deuxième photo tu vois la turbien "de dos". Ce n'est pas ce côté qui est "face au vent"

[BertrandR]

ok ca c'est bon je l'ai compris c'est juste que je me suis mal exprimée




ce n'est pas ce que j'ai fait au post précedent ?
est ce que tu peux me dire ce que tu en penses ??


tant que j'y suis, j'ai une autre question : mon hélice comporte 20 pales. Disons que c'est plus de l'ordre d'une turbine. Que puis je espérer comme rendement ?
Que peux tu me dire intuitivement sur une hélice de ce genre, sachant qu'elle a un diamètre de 2.6 mètres et une longueur des pales de 0.65 m ?


je te montre à quoi ressemble la maquette :
surla deuxième photo tu vois la turbien "de dos". Ce n'est pas ce côté qui est "face au vent"

Je n'avais pas vu ton post précédant le mien...
oui le calcul est bon et comme tu dis c'est tout con.

Je n'ai pas encore accès aux photos que tu as postées, tout ce que je peux dire pour le moment c'est que le rendement risque de ne pas être terrible, 20 % ça sera déjà pas mal. Ensuite le rapport de vitesse périphérique sera faible car comme je l'ai expliqué la surface des pales est importante, un rapport de 1 est plutôt une valeur courante pour ce type d'hélice. Enfin tu n'utilises que la moitié externe des pales, c'est la partie qui couvre le plus de surface et qui est la plus efficace mais c'est dommage de ne pas utiliser le centre.
Ce type d'hélice était (et est toujours d'ailleurs) utilisé pour pomper l'eau et alimenter les abreuvoirs à bétail. Les pompes sont des pompes à piston actionnées par un vilebrequin directement couplé à l'hélice. Ces hélices tournent lentement et ont un couple de démarrage important ce qui convient parfaitement aux pompes à piston, par contre pour faire tourner une génératrice électrique il faut plutôt une vitesse de rotation importante et là il vaut mieux une hélice rapide à 2 ou 3 pales.

[invitebfab7c99]

Ce type d'hélice était (et est toujours d'ailleurs) utilisé pour pomper l'eau et alimenter les abreuvoirs à bétail. Les pompes sont des pompes à piston actionnées par un vilebrequin directement couplé à l'hélice. Ces hélices tournent lentement et ont un couple de démarrage important ce qui convient parfaitement aux pompes à piston, par contre pour faire tourner une génératrice électrique il faut plutôt une vitesse de rotation importante et là il vaut mieux une hélice rapide à 2 ou 3 pales.

Oui je suis d'accord avec toi mais en fait c'st une éolienne "new generation". Il n'y aura pas de génératrice derrière. mais je peux pas en dire plus désolée...

Encore deux questions qui me viennent :
1) Est ce que le rendement d'une hélice change avec la vitesse du vent ? par exemple :

-vers 5 ou 6m/s -->20%
- entre 8 et 11 m/s --> 70 %
- entre 12 et 18 m/s --> 30 à 40 %
- au delà et jusqu' a 22m/s --> re 20%


2) est ce que mes calculs théoriques sont exploitables en terme de puissance captée ou de vitesse de rotation ou encore de couple ?

PS : comment ça se fait que tu ne peux pas voir les pièces jointes ?

[BertrandR]

Oui je suis d'accord avec toi mais en fait c'st une éolienne "new generation". Il n'y aura pas de génératrice derrière. mais je peux pas en dire plus désolée...

Encore deux questions qui me viennent :
1) Est ce que le rendement d'une hélice change avec la vitesse du vent ? par exemple :

-vers 5 ou 6m/s -->20%
- entre 8 et 11 m/s --> 70 %
- entre 12 et 18 m/s --> 30 à 40 %
- au delà et jusqu' a 22m/s --> re 20%


2) est ce que mes calculs théoriques sont exploitables en terme de puissance captée ou de vitesse de rotation ou encore de couple ?

PS : comment ça se fait que tu ne peux pas voir les pièces jointes ?

Le rendement change avec le rapport de vitesse périphérique cela veut dire que si tu veux qu'il reste constant et maximum il faut changer la vitesse de rotation avec la vitesse du vent. Pour les sites moyennement ventés à 10 m du sol avec une vitesse moyenne annuelle de 4 à 5 m/s il faut viser les vitesses de vent de 6 à 9 m/s ce sont ces vitesses qui produisent le plus d'énergie. 4 à 5 m/s sont les vitesses moyennes les plus courantes faut pas espérer plus à moins d'installer l'éolienne dans un endroit exeptionnel.
Le fait que le rendement change avec le régime de l'hélice est utilisé sur les éoliennes à vitesse de rotation fixe pour réguler la puissance à partir d'une certaine vitesse de vent.
Pour reprendre l'exemple que tu as donné :
- de 4 à 6 m/s ---> 10 à 15 %
- de 6 à 9 m/s ---> 15 à 20 %
- de 9 à 12 m/s ---> 15 à 10 %
- au delà de 12 m/s ---> de 10 à 0%

Je ne sais pas si tes calculs sont exploitables car je ne vois pas de calcul dans tes messages, je vois simplement des estimations très grossières.

Je ne peux pas voir les pièces jointes car elles sont en attentes de validation.

Bon courage.

[invitebfab7c99]

Le fait que le rendement change avec le régime de l'hélice est utilisé sur les éoliennes à vitesse de rotation fixe pour réguler la puissance à partir d'une certaine vitesse de vent. .

Pour reprendre l'exemple que tu as donné :
- de 4 à 6 m/s ---> 10 à 15 %
- de 6 à 9 m/s ---> 15 à 20 %
- de 9 à 12 m/s ---> 15 à 10 %
- au delà de 12 m/s ---> de 10 à 0%

Je ne sais pas si tes calculs sont exploitables car je ne vois pas de calcul dans tes messages, je vois simplement des estimations très grossières.

Ce sont des données que j'ai trouvées sur un site.. Mais tu as répondu à ma question merci...

Si tu pourras me dire ce que tu penses de la turbine quand tu verras les photos ça m'aiderai beaucoup...

merci

[BertrandR]

Ce sont des données que j'ai trouvées sur un site.. Mais tu as répondu à ma question merci...

Si tu pourras me dire ce que tu penses de la turbine quand tu verras les photos ça m'aiderai beaucoup...

merci

Bonjour,

La turbine que tu as réalisée est impressionnante du point de vue de la qualitée de travail, j'ai l'impression que c'est en fibre de verre et je me demande bien comment tu as fait. Par contre cette turbine sera inefficace pour capter l'énergie éolienne, une turbine est généralement utilisée dans une veine carènée or il est imposssible de capter le vent en le forcant à aller dans une veine d'air, il préfère contourner.
A vue de nez cette turbine devrait tourner avec son rendement maxi pour un rapport périphérique de l'ordre de 0.5 ce qui fait qu'à 8 m/s cette turbine tournera à 30 tr/mn ce qui est ridicule pour alimenter une génératrice. Pour le rendement c'est plus diffcile à évaluer au pifomètre mais ça ne dépassera certainement pas les 20 %.
Avec une hélice classique à 2 ou 3 pales fines tu peux arriver facilement à un rapport de vitesse périphérique de 5 etla vitesse de rotation est de 300 tr/mn c'est déjà plus raisonnable. De plus la quantité de matière et le poids seront très nettement plus faible.

Désolé pour mon avis très défavorable mais c'est la dure réalité.

[invitebfab7c99]

Bonjour,

La turbine que tu as réalisée est impressionnante du point de vue de la qualitée de travail, j'ai l'impression que c'est en fibre de verre et je me demande bien comment tu as fait. Par contre cette turbine sera inefficace pour capter l'énergie éolienne, une turbine est généralement utilisée dans une veine carènée or il est imposssible de capter le vent en le forcant à aller dans une veine d'air, il préfère contourner.
A vue de nez cette turbine devrait tourner avec son rendement maxi pour un rapport périphérique de l'ordre de 0.5 ce qui fait qu'à 8 m/s cette turbine tournera à 30 tr/mn ce qui est ridicule pour alimenter une génératrice. Pour le rendement c'est plus diffcile à évaluer au pifomètre mais ça ne dépassera certainement pas les 20 %.
Avec une hélice classique à 2 ou 3 pales fines tu peux arriver facilement à un rapport de vitesse périphérique de 5 etla vitesse de rotation est de 300 tr/mn c'est déjà plus raisonnable. De plus la quantité de matière et le poids seront très nettement plus faible.

Désolé pour mon avis très défavorable mais c'est la dure réalité.

tu as raison, c'est de la fibre de verre. Les pales ont été frettées sur le cylindre central et ensuite l'hélice a été usinée au diamètre voulu.

Tu me dis qu'une turbine est généralement utilisée dans une veine carènée. Je ne sais pas si c'est pareil mais ma turbine est agrémentée d'un genre de cône supplémentaire pour augmenter la surface de prise d'air.. En fait je pense bien qu'en language du milieu, c'est un carennage..je te montrerai ça demain.

En attendant, la trubine n'entrainera pas de génératrice mais je mettrai un multiplicateur pour pouvoir tourner à sa sortie vers les 1500 tr/min.
Ce qui est faisable je pense..

[invitebfab7c99]

si je comprend bien tu veux dire que la vitesse périphérique sera plus faible que la vitesse du vent...

[BertrandR]

si je comprend bien tu veux dire que la vitesse périphérique sera plus faible que la vitesse du vent...

Bonjour,

Oui et ce qui me fait dire cela c'est que sur tes photos on voit que l'angle de calage des pales est de l'ordre de 45° en bout de pale, et ça veut dire qu'en roue libre, sans charge sur l'arbre de l'hélice, l'angle d'incidence de l'air sur les pales sera aussi de 45°, à ce régime l'air passe librement à travers les pales et la vitesse périphérique est égale à la vitesse du vent (rapport de vitesse périphérique = 1). Maintenant quand tu vas commencer à "charger" l'hélice celle çi va ralentir, la vitesse périphérique va donc diminuer et l'angle d'incidence augmenter, le fait de charger l'hélice va aussi avoir pour effet de ralentir la veine d'air ce qui complique sérieusement les calculs à ce niveau. On démontre (voir théorie de Betz) que pour le rendement maxi la vitesse d'écoulement au niveau de l'hélice est égale à 66% de la vitesse en amont la vitesse en aval est alors égale à 33 % de la vitesse amont. Il faut également un angle d'attaque d'une dizaine de degrés sur les pales pour avoir une portance motrice.
Mais en gros le rapport de vitesse périphérique pour le rendement maxi est à peu près la moitié du rapport périphérique à vide d'où la valeur de 0.5 que j'ai indiquée.
Le multiplicateur que tu devras utiliser pour obtenir une vitesse de 1500 tr/mn en sortie devra avoir un rapport de multiplication de 50 (1500/30) et dans cette gamme de puissance le rendement risque d'être médiocre, comme le rendement de la turbine n'est déjà pas terrible...
Le nez que tu as installé en avant de la turbine améliorera un peu les choses mais pas de manière radicale.

[invitebfab7c99]

je te montre maintenant le "carenage" (si on parle de la même chose) installée en avant de l'hélice.


Pour réaliser hélice, de la taille des pales à leur position sur le support, on s'est inspirée de turbines pour hélico.. C'est vrai qu'elle ne sont pas faites pour récupérer l'énergie éolienne mais quelles sont leurs performances dans leur utilisation principale. Pourquoi une telle "géométrie" ? Je na sais pas si tu t'y connais mais dis moi ce que tu en penses..

PS : en ce qui me concerne, je ne suis pas du tout calée en la matière.

[Quisit]

Salut Ahotep, excuses ma curiosité, mais n'essaye tu pas de raliser un "ducted fan" inversé ?
http://images.google.fr/images?svnum...tnG=Rechercher

pour quelles raisons ?

[invitebfab7c99]

ta curiosité est jsutifiée..
Si j'ai bien compris , un ducted fan est utilisée dans la propulsion d'avions par électromagnétisme.. En effet, ce que je veux réaliser est l'inverse, mais sans électromagnétisme..Je suis arrivée dans ce travail avec comme projet de réaliser une éolienne qui, en quelques sortes, va utiliser les caractéristiques de cette forme spécifique pour capter l'énergie éolienne et entrainer...une certaine chose que je ne pourrai dévoiler..je suis dsl..disons que le but premier est de capter le vent avec le meilleur rendement possible..Pour donner des chiffres, mon hélice devra tourner au minimum a 1500 tr/min, avec ou sans multiplicateur, et puis c'est tout..

Une question me vient alors. Si ce modèle est utilisé pour propulser des avions ou autres, c'est qu'il est adapté.. pourquoi son utilisation inverse ne le serait elle pas ? Non pas que je défende mon projet comme une dingue (je développe l'idée du boss) mais plutot que j'essaye de comprendre..

merci pour vos infos et avis

[Quisit]

dans ce cas il va y avoir une grosse trompe, un collecteur pour accélérer la vitesse du vent.

dans un avion ça marche parce qu'au départ on a un gros moteur bien puissant.

j'ai vu un truc sur le net qui pourrait ressembler a un deucted fan mais appliqué aux éoliennes c'est ça :

http://www.techno-science.net/?onglet=news&news=3019

ce que je ne comprend pas dans ce projet storm blade c'est justement la petitesse relative du "caisson"

[BertrandR]

Les turbines sont utilisées dans les réacteurs d'avion mais la différence c'est que les avions à réactions volent à plus de 600 km/h alors que la vitesse du vent sur une éolienne c'est plutôt 30 km/h. Même pour les avions lents comme les avions de tourisme volant à 200 km/h, on préfère encore la bonne vieille hélice à 2, 3 ou 5 pales maxi. L'aérodynamique pour de telles différences de vitesse n'a rien à voir, à haute vitesse les pressions différentielles sont importantes alors qu'à la vitesse du vent elles sont très faibles, c'est ce qui fait que le vent préfèrera toujours contourner un obstacle comme une goulotte dans laquelle on cherche à le faire entrer.
De plus à très haute vitesse on va chercher à abaisser la vitesse de rotation des turbines à cause des problèmes de force centrifuge, alors que pour la vent on va faire l'inverse et chercher les vitesses de rotation élevées. C'est pour cela que les turbines de réacteur ont beaucoup de pales relativement larges.
Quoique que tu cherches à faire tourner avec cette hélice et le vent à mon avis ce n'est pas la bonne solution. On a cherché à exploiter l'énergie éolienne depuis au moins 3000 ans alors je peux te dire que les inventions géniales dans ce domaines elles ne datent pas d'hier. Les éoliennes modernes ne sont qu'une évolution des moulins d'antan avec les moyens technologiques d'aujourd'hui mais le principe fondamental est le même.

Pour Quisit et le concept Stormblade, désolé mais le blabla technique du site est complètement délirant, je cite :

"Les prototypes testés jusqu'à présent ont montré que l'efficacité du système est largement supérieure à celle des turbines existantes (jusqu'à 3 fois supérieure). La compagnie est actuellement à la recherche de fonds et de partenaires industriels. Ce système devrait être disponible sur le marché dans 18 mois à 2 ans"

C'est mieux que le mouvement perpétuel car 3 fois l'efficacité des éoliennes actuellement ça fait des rendements de plus de 120%, on récupère plus d'énergie que n'en contient le vent...
18 mois à 2 ans, je te parie qu'on naura jamais le moindre résultat chiffré et authentifié sur ce bazar.

[invitebfab7c99]

Le rendement change avec le rapport de vitesse périphérique cela veut dire que si tu veux qu'il reste constant et maximum il faut changer la vitesse de rotation avec la vitesse du vent. Pour les sites moyennement ventés à 10 m du sol avec une vitesse moyenne annuelle de 4 à 5 m/s il faut viser les vitesses de vent de 6 à 9 m/s ce sont ces vitesses qui produisent le plus d'énergie. 4 à 5 m/s sont les vitesses moyennes les plus courantes faut pas espérer plus à moins d'installer l'éolienne dans un endroit exeptionnel.
Le fait que le rendement change avec le régime de l'hélice est utilisé sur les éoliennes à vitesse de rotation fixe pour réguler la puissance à partir d'une certaine vitesse de vent.
Pour reprendre l'exemple que tu as donné :
- de 4 à 6 m/s ---> 10 à 15 %
- de 6 à 9 m/s ---> 15 à 20 %
- de 9 à 12 m/s ---> 15 à 10 %
- au delà de 12 m/s ---> de 10 à 0%

Je ne sais pas si tes calculs sont exploitables car je ne vois pas de calcul dans tes messages, je vois simplement des estimations très grossières.

Je ne peux pas voir les pièces jointes car elles sont en attentes de validation.

Bon courage.

j'ai encore une petite remarque à faire: je t'ai effectivement demandé pourquoi le facteur de puissance augmentait puis diminuait avec la vitesse du vent..Je suis d'accord avec ce que tu dis, certes, mais le problème n'est pas là.. Disons que j'ai une autre explication à fournir qui me parait non négligeable..

http://www.windpower.org/fr/tour/wres/weibull.htm

d'après ce lien, selon la distribution de Weibull et en toute logique, il ya statistiquement plus de probabilité que le vent souffle à 6 m/s que à 10 m/s..Et plus ça va, moins la probabilité est forte..

Donc la puissance suit le même schéma : même si on récolte plus de puissance à 10 m/s, la puissance récoltée sur un certain laps de temps sera plus importante avec un vent de 6 m/s.

Idem pour le coefficient de puissance..

Qu'en pensez vous ?

Est ce que quelqu'un a d'autres infos sur cette distribution appliquée aux courbes de puissance ? Je n'ai pas trouvé grand chose sur le net..

merci
l

[invitebfab7c99]

Je ne sais pas si tes calculs sont exploitables car je ne vois pas de calcul dans tes messages, je vois simplement des estimations très grossières.

En fait j'avais pas compris que tu répondais à ma question "est ce que mes calculs sont exploitables"..
Si je te demande ça, et vu que tu n'a pas toutes les données en main pour répondre, je me dis que tu dois peut être savoir si le fait que ma turbine comporte 20 pales est un détail trop important pour utiliser ces relations.
En effet, je pense que beaucoup de choses vont changer : une éolienne de cette forme, comme les moulins de pompage, ont la particularité d'avoir un fort couple de démarrage et de tourner à faible vitesse de vent. Elle ne tiennent pas les vitesses élevées mais en m^me temps, à pau, du vent, y'en a pas trop. Je pense que le couple sera aussi plus important que sur une hélice de même diamètre mais comportant 2 ou 3 pales..

D'où ma question "est ce que ces approximations sont réalistes ?" . Voilà .

Tout ça pour me justifier...

[BertrandR]

j'ai encore une petite remarque à faire: je t'ai effectivement demandé pourquoi le facteur de puissance augmentait puis diminuait avec la vitesse du vent..Je suis d'accord avec ce que tu dis, certes, mais le problème n'est pas là.. Disons que j'ai une autre explication à fournir qui me parait non négligeable..

http://www.windpower.org/fr/tour/wres/weibull.htm

d'après ce lien, selon la distribution de Weibull et en toute logique, il ya statistiquement plus de probabilité que le vent souffle à 6 m/s que à 10 m/s..Et plus ça va, moins la probabilité est forte..

Donc la puissance suit le même schéma : même si on récolte plus de puissance à 10 m/s, la puissance récoltée sur un certain laps de temps sera plus importante avec un vent de 6 m/s.

Idem pour le coefficient de puissance..

Qu'en pensez vous ?

Est ce que quelqu'un a d'autres infos sur cette distribution appliquée aux courbes de puissance ? Je n'ai pas trouvé grand chose sur le net..

merci
l

Bonjour,

Avec la distribution des vitesses de vent tu abordes un sujet qui est très souvent méconnu et négligé. Pour réprésenter cette distribution de vitesse on utilise généralement la loi de Weibull avec 2 paramètres un facteur d'échelle et un facteur de forme. Le facteur d'échelle est assez proche à 10 % près, de la vitesse moyenne annuelle du vent le facteur de forme indique de quelle manière sont répartie ces vitesses, les vents très réguliers comme les Alizés ont un facteur de forme élevés de l'ordre de 3 à 4 alors qu'en zone tempérée ce facteur est de 1.6 à 2. Pour un site type "petit éolien" c'est à dire à une hauteur de 10 à 20 mètres, avec une rugosité assez élevée les vitesses moyennes annuelles sont plutôt de 5 m/s alors que pour les parcs éoliens avec des machines à 70 m de haut ces vitesses moyennes sont plutôt de 7 m/s. Ce n'est pas à cette vitesse moyenne que se trouve le maximum d'énergie car la puissance est proportionnelle au cube de la vitesse du vent et il y aura donc toujours plus d'énergie pour les vitesses supérieures à la vitesse moyenne que pour les vitesses inférieures. Pour une vitesse moyenne annuelle de 5 m/s la vitesse qui produit le plus d'énergie est environ 8.5 m/s, c'est à cette vitesse que le rendement de l'éolienne doit être maximal.
Tu peux utiliser un tableur comme excel pour voir comment tout cela fonctionne , il y a une fonction LOI.WEIBULL().
Pour la puissance brute il suffit d'appliquer la formule 1/2*rho*Cp*S*V^3, rho étant la densité de l'air en kg/m3 Cp le rendement S la surface balayée en m2 et V la vitesse en m/s, la puissance est alors en Watts.
Le rendement n'est pas connu exactement mais ce calcul permet déjà de se faire une idée.

[BertrandR]

En fait j'avais pas compris que tu répondais à ma question "est ce que mes calculs sont exploitables"..
Si je te demande ça, et vu que tu n'a pas toutes les données en main pour répondre, je me dis que tu dois peut être savoir si le fait que ma turbine comporte 20 pales est un détail trop important pour utiliser ces relations.
En effet, je pense que beaucoup de choses vont changer : une éolienne de cette forme, comme les moulins de pompage, ont la particularité d'avoir un fort couple de démarrage et de tourner à faible vitesse de vent. Elle ne tiennent pas les vitesses élevées mais en m^me temps, à pau, du vent, y'en a pas trop. Je pense que le couple sera aussi plus important que sur une hélice de même diamètre mais comportant 2 ou 3 pales..

D'où ma question "est ce que ces approximations sont réalistes ?" . Voilà .

Tout ça pour me justifier...

C'est exact cette turbine aura un couple de démarrage très important et tournera à faible vitesse, le couple sera plus important que celui d'une hélice classique à 2 ou 3 pales, mais le couple n'est pas suffisant pour faire la puissance. Elle peut très bien fonctionner pour les vents forts, tout dépend de la vitesse de rotation choisie ou même mieux si la vitesse de rotation est variable et s'ajuste en permanence avec la vitesse du vent.
Le rendement sera peut être plus élevé que les 20 % que j'ai annoncé car la turbine a beaucoup de pales et la veine d'air est carènée, mais il n'en reste pas moins qu'à mon avis le principe n'est pas économiquement viable car c'est trop compliqué à fabriquer et à mettre en oeuvre.

[invitebfab7c99]

Bonjour à tous,

je reviens un peu en ce moment sur tous les sujets que j'ai posté il y quelques temps car j'ai du neuf et j'aimerai des avis..

J'ai effectué des essais sur ces turbines (en effet : une à 20 et une autre à 12 pales) et la première question qui me vient est la suivante : selon ma logique, je devrai avoir une vitesse de rotation plus élevée pour l'hélice comportant le moins de pales, car il y a moins de frottements (du à la trainée induite par chaque pales).

Cependant, mes essais ne donnent pas ça. L'hélice 20 pales a tendance à tourner plus vite..
De plus, selon un livre de méca "la vitesse de régime est atteinte d'autant plus vite que la constante de temps est petite(frottements forts et inertie faible)"...En effet, la vitesse de régime est atteinte très vite (3 ou 4 secondes) avec lhélice 12 pales.. Je suis comprend bien le fait que l'inertie soit plus faible, mais je ne comprend pas le fait qu'il y a plus de frottements.. pouvez vous m'éclairer ?

Ensuite, on avait discuté un bon moment sur le rapport de vitesse périphérique : je me retrouve avec un de 2,3 en moyenne.. Et j'obtiens un coefficient de puissance de 45 à 50% (ce que j'appelle coefficient de puissance est le rapport entre la puissance récupérée par l'hélice et la puissance de Betz)...

Voici donc les performances de mes hélices. J'ai enfin un Cp plus important avec l'hélice 20 pales (pas énorme mais entre 5 et 10%)...

Pour corréler avec l'hélice grandeur nature, je me dis de toute façon que risque fort d'être proche de 1, comme on l'a déjà dit auparavant..Et je suppose aussi que le coefficient de puissance sera plus faible que celui de la maquette (de l'ordre de 40%)..

Voilà je crois vous avoir raconté le principal...

Si vous pouvez répondre à ma petite question ainsi que faire des petits commentaire, ça me ferait plaisir...

Merci beaucoup,

A bientôt

[BertrandR]

Bonjour Ahotep,

je reviens un peu en ce moment sur tous les sujets que j'ai posté il y quelques temps car j'ai du neuf et j'aimerai des avis..

J'ai effectué des essais sur ces turbines (en effet : une à 20 et une autre à 12 pales) et la première question qui me vient est la suivante : selon ma logique, je devrai avoir une vitesse de rotation plus élevée pour l'hélice comportant le moins de pales, car il y a moins de frottements (du à la trainée induite par chaque pales).

Si tu parles de vitesse de rotation à vide celle ci n'est pas vraiment influencée par la traînée induite, puisque la traînée induite est provoquée par les tourbillons en bout de pale et que ces tourbillons sont eux-même provoqués par la portance, or à vide la portance est forcèment très faible. Je pense qu'il faut plutôt regarder du coté de l'angle de calage des pales surtout en bout de pale. Si l'angle de calage en bout de pale est de 45° alors le lambda sera de 1 à vide et voisin de 0.5 pour le rendement max. Si le lambda est de 2 ou 2.3 c'est que l'angle de calage doit se situé vers 30°/35° au pifomètre.

Cependant, mes essais ne donnent pas ça. L'hélice 20 pales a tendance à tourner plus vite..
De plus, selon un livre de méca "la vitesse de régime est atteinte d'autant plus vite que la constante de temps est petite(frottements forts et inertie faible)"...En effet, la vitesse de régime est atteinte très vite (3 ou 4 secondes) avec lhélice 12 pales.. Je suis comprend bien le fait que l'inertie soit plus faible, mais je ne comprend pas le fait qu'il y a plus de frottements.. pouvez vous m'éclairer ?

C'est donc probablement que les angles de calage de l'hélice à 20 pales sont plus faibles que ceux de l'hélice à 12 pales. Pour la vitesse de démarrage de l'hélice je pense que c'est plutôt fonction de l'inertie et du couple, pour ce genre d'hélice le couple est très important à bas régime c'est donc logique que ça démarre vite.

Ensuite, on avait discuté un bon moment sur le rapport de vitesse périphérique : je me retrouve avec un de 2,3 en moyenne.. Et j'obtiens un coefficient de puissance de 45 à 50% (ce que j'appelle coefficient de puissance est le rapport entre la puissance récupérée par l'hélice et la puissance de Betz)...

Il serait plus juste de parler d'un coefficient de puissance de 0.45 * 0.59 = 26 % ce qui est pas si mal pour ce genre d'engin. Je me demande bien comment tu as pu réaliser ce genre de mesure car c'est très difficile, tu dois également avoir la vitesse ou le lambda pour ce rendement maxi, c'est une information primordiale pour concevoir le multiplicateur et la génératrice. Peux tu donner des infos sur la méthode de mesure ?

Voici donc les performances de mes hélices. J'ai enfin un Cp plus important avec l'hélice 20 pales (pas énorme mais entre 5 et 10%)...

Pour corréler avec l'hélice grandeur nature, je me dis de toute façon que risque fort d'être proche de 1, comme on l'a déjà dit auparavant..Et je suppose aussi que le coefficient de puissance sera plus faible que celui de la maquette (de l'ordre de 40%)..

Voilà je crois vous avoir raconté le principal...

Si vous pouvez répondre à ma petite question ainsi que faire des petits commentaire, ça me ferait plaisir...

Pour l'instant je n'ai pas grand chose à ajouter si ce n'est que tu pourrais améliorer le rendement en optimisant le calage , la largeur des pales et les profils.

[invitebfab7c99]

Il serait plus juste de parler d'un coefficient de puissance de 0.45 * 0.59 = 26 % ce qui est pas si mal pour ce genre d'engin.

Oui tu as raison. Mon 45 % est par rapport à Betz..

Si tu veux savoir la méthode de mesure, regarde en physique le sujet intitulé "accélération angulaire" du 24/10/06

Pour résumer, j'ai décomposé le mouvement de l'hélice entre phase accélération et décélération.. J'ai déterminé le couple {frottements+moteur} (en passant par l'accélération angulair) pendant l'accélélration et le couple {frottements} pendant la décélération. Contrairement au conseil de sitalgo (il dit qu'il daut déterminer ce dernier couple à basse vitesse de rotation), j'ai pris tout le ralentissement.. ca ne me parait pas mauvais..Ces mesures ont été effectuées sur la maquette..

A partir de là et des hypothèses émises (lamda=1 et Cp=45% de betz), l'hélice finale aura une vitesse de rotation max de 142 tr/min pour une vitesse de vent de70 km/h. Mais aller jusqu'à cette vitesse ne m'intéresse pas forcément.. Je pense mettre un frein vers les 50km/h : dans ce cas là, l'hélice tournerait à 100 tr/min et produirait une puissance de 4kw..

Peut tu m'en dire plus sur le calage ? en effet, une des deux hélices a été usinée plus que l'autre et donc les pales changent légèrement. Mais je ne pensait pas que ça modifiait "autant" les résultats. Quel est le rapport entre angle de calage et vitesse de rotation ? Plus il est faible, plus l'hélice tourne vite ? Donc le fait que le Cp de l'hélice 20 pales soit meilleur tient plus de l'angle de calage que du nombre de pales ?

Cordialement,

[BertrandR]

Oui tu as raison. Mon 45 % est par rapport à Betz..

Si tu veux savoir la méthode de mesure, regarde en physique le sujet intitulé "accélération angulaire" du 24/10/06

Pour résumer, j'ai décomposé le mouvement de l'hélice entre phase accélération et décélération.. J'ai déterminé le couple {frottements+moteur} (en passant par l'accélération angulair) pendant l'accélélration et le couple {frottements} pendant la décélération. Contrairement au conseil de sitalgo (il dit qu'il daut déterminer ce dernier couple à basse vitesse de rotation), j'ai pris tout le ralentissement.. ca ne me parait pas mauvais..Ces mesures ont été effectuées sur la maquette..

A partir de là et des hypothèses émises (lamda=1 et Cp=45% de betz), l'hélice finale aura une vitesse de rotation max de 142 tr/min pour une vitesse de vent de70 km/h. Mais aller jusqu'à cette vitesse ne m'intéresse pas forcément.. Je pense mettre un frein vers les 50km/h : dans ce cas là, l'hélice tournerait à 100 tr/min et produirait une puissance de 4kw.. ,

Normalement pour obtenir 4 kW à 13.5 m/s( 50 km/h) il te faut une hélice d'au moins 4 mètres de diamètre, c'est le cas ? Au delà de cette vitesse il faut freiner comme tu dis, il faut plutôt prévoir une régulation car la puissance augmentant comme le cube de la vitesse tu risques rapidement les problèmes sérieux. A mon avis tu devrais plutôt stabiliser la vitesse rotation pour les vents de 8 m/s, soit environ 60 tr/mn et ainsi dégrader le rendement et la puissance au delà de ces 8 m/s. De toutes manières c'est plutôt vers 8 / 10 m/s que se trouve l'énergie, inutile d'essayer de capter l'énergie à plus de 15 m/s, en nombre d'heures ça représente queudalle.

Peut tu m'en dire plus sur le calage ? en effet, une des deux hélices a été usinée plus que l'autre et donc les pales changent légèrement. Mais je ne pensait pas que ça modifiait "autant" les résultats. Quel est le rapport entre angle de calage et vitesse de rotation ? Plus il est faible, plus l'hélice tourne vite ? Donc le fait que le Cp de l'hélice 20 pales soit meilleur tient plus de l'angle de calage que du nombre de pales ?

Cordialement,

L'angle de calage est donné par la relation :



étant l'angle de calage

R la distance de l'axe de rotation à la position de l'endroit de la pale où tu considères l'angle de calage, c'est donc le rayon de l'hélice si tu prends le bout de pale.

la vitesse de rotation en radians par seconde

et V la vitesse du vent en amont

Mais on a aussi :

Attention ceci n'est valable que pour le fonctionnement à vide, en charge c'est beaucoup plus compliqué car tu dois faire intervenir une vitesse de vent différente de V puisque l'hélice freine l'écoulement.

L'angle de calage est normalement l'angle entre le plan de rotation et la corde du profil aérodynamique, la corde étant la ligne joignant le bord d'attaque au bord de fuite. Dans le cas de profils très cambré comme celui que tu utilises, il faut tenir compte du fait que l'angle d'incidence à portance nulle est très important.

Je peux difficilement t'en raconter plus car le sujet est très vaste. Il faudrait que tu te documentes sur le sujet.

[invitebfab7c99]

Normalement pour obtenir 4 kW à 13.5 m/s( 50 km/h) il te faut une hélice d'au moins 4 mètres de diamètre, c'est le cas ? Au delà de cette vitesse il faut freiner comme tu dis, il faut plutôt prévoir une régulation car la puissance augmentant comme le cube de la vitesse tu risques rapidement les problèmes sérieux. A mon avis tu devrais plutôt stabiliser la vitesse rotation pour les vents de 8 m/s, soit environ 60 tr/mn et ainsi dégrader le rendement et la puissance au delà de ces 8 m/s. De toutes manières c'est plutôt vers 8 / 10 m/s que se trouve l'énergie, inutile d'essayer de capter l'énergie à plus de 15 m/s, en nombre d'heures ça représente queudalle.

Comme tu peux le voir sur l'image qui apparait sur la première page de ce post, j'ai une hélice à laquelle je rajoute un carénage. Donc en fait mon hélice ne fait que 2,6 mètres de diamètre mais je prend en considération le diamètre du carénage pour la puissance. Et là effectivement je suis à 3,6 mètres de diamètre.
Tu me dis de prévoir un système de régulation au lieu d'un frein sinon je risque les problèmes.. Quelle est la différence ? Et quel est le principe de cette régulation : la vitesse de rotation n'augmente plus avecla vitesse du vent ?

L'angle de calage est donné par la relation :



étant l'angle de calage

R la distance de l'axe de rotation à la position de l'endroit de la pale où tu considères l'angle de calage, c'est donc le rayon de l'hélice si tu prends le bout de pale.

la vitesse de rotation en radians par seconde

et V la vitesse du vent en amont

Mais on a aussi :

Attention ceci n'est valable que pour le fonctionnement à vide, en charge c'est beaucoup plus compliqué car tu dois faire intervenir une vitesse de vent différente de V puisque l'hélice freine l'écoulement.

L'angle de calage est normalement l'angle entre le plan de rotation et la corde du profil aérodynamique, la corde étant la ligne joignant le bord d'attaque au bord de fuite. Dans le cas de profils très cambré comme celui que tu utilises, il faut tenir compte du fait que l'angle d'incidence à portance nulle est très important.

Je peux difficilement t'en raconter plus car le sujet est très vaste. Il faudrait que tu te documentes sur le sujet.

Je te remercie de m'avoir éclairer sur ce sujet.. Je continuerai les recherches...

A bientot