Recuperer l'énergie hydraulique dans une gouttière

[invitef7cfbf1f]

Bonjour!

voila, on est un groupe de 4 travaillant sur un tout nouveau sujet de PPE:

il s'agit de récupérer l'énergie de l'écoulement de l'eau dans une gouttière.

données:

-surface de la toiture: 100m²
-pluviométrie : 50mm en 24h (cela donne un volume de 5m^3 en 24h pour 100m² de toiture donc l'équivalent de 5000 kg)
-hauteur de la gouttière : 5m.

On a estimé une énergie potentiellement réupérable (=sans pertes)

Ep=mgh=5000x9.81x5=245250 joules/jour (=170.3 joules/min)

il faut donc créer le système le plus rentable possible pour récupérer un maximum de cette énergie.

On a donc imaginé plusieur système:

-un système de plusieur microturbines (avec hélice à axe vertical)successivement intégrées à la goutière les unes en dessous les autres ,utilisant la pression de l'eau sur une petite section, comme dans les barrages hydrauliques.

-un système ne récupérant pas l'énergie de la pression de l'eau mais l'énergie de la chute de l'eau, donc une seule hélice à axe horizontale intégrée à la gouttière (si il y en avait plusieur, elles freineraient progressivement la vitesse de chute de l'eau donc au final la dernière hélice de la goutière ne tournerait presque pas)

On a donc plusieur questions:

1) le premier système est plus rentable, mais comment le savoir?

2) comment creer une microturbine étanche, et dont le profil et la dimension serait les mieux adaptés?

3) est ce qu'il y aurait d'autres systèmes encore plus rentables?

[invite28a006b0]

Salut,
1-Je pense que la premiere solution est la mieu, car a mon avis (c'est subjectif) les pertes seront plus importantes sur le second systeme (apres tout dépend comment le systeme est conçu) Dans le second systeme, juste en imaginant comment le concevoir, une partie de l'eau rique de passer a coté de l'hélice.
Je suppose que vous le savez deja mais en hydraulique P=pQ, donc pour avoir le maximum de puissance il faut augmenter le debit et la pression. Ici la pression est constante et je suppose que augmenter le debit sans une pompe n'est pas possible.
2-Les dimensions, je ne peus pas vous aider.
Pour l'étanchéité, la turbine sera tres certainement un element standard. Si possible en trouver une avec une bague extérieur en métal, qui permetera de la monté en force dans une autre pièce fabriqué selon comment vous l'aurez conçu. Par exemple une espece d'entonoir serai pas mal (avec la turbine au petit orifice). Et pourquoi pas rajouté un join.
3-Je ne pense pas qu'il exicte d'autre systeme dans ce cas. La seul energie exploitable est l'energie potentiel comme vous l'avez dit. Sinon il utiliserai d'autre systeme dans les barage je pense. ^^

Pour finir je ne pense pas qu'il soit possible de récupérer beaucoup d'energie. Comparé au baraque, se n'est pas la meme echelle ^^. Cela dit c'est super interessant. Allez voir dans des bouquins d'hydrolique avec comme fluide de l'huile et chercher des systeme qui pourai aider a augmenter le rendement. En utilisant peut etre des régulateur de débit, régulateur et limiteur de pression, distributeur etc...

[invitef7cfbf1f]

tout d'abord merci pour cette rapidité de réponse!

alors voila, j'ai quelque petites questions:

Je suppose que vous le savez deja mais en hydraulique P=pQ, donc pour avoir le maximum de puissance il faut augmenter le debit et la pression. Ici la pression est constante et je suppose que augmenter le debit sans une pompe n'est pas possible.

Je ne connaissait pas cette formule P=pQ, j'imagine que P=puissance, p=pression et Q=débit?
pour augmenter le débit d'eau, je pense qu'il faudrait que l'eau s'accumule au dessus de l'hélice afin qu'elle tourne en permanence et qu'elle soit toujours traversée par l'eau, mais je pense que même par forte pluie, l'eau ne s'accumulerai pas naturellement au dessus de l'hélice, à moins que la section de la gouttière soit vraiment très petite...

Alors quel système pourrait créer cette retenue d'eau permanente au dessus de l'hélice sans utiliser d'énergie supplémentaire?

1-Je pense que la premiere solution est la mieu, car a mon avis (c'est subjectif) les pertes seront plus importantes sur le second systeme (apres tout dépend comment le systeme est conçu) Dans le second systeme, juste en imaginant comment le concevoir, une partie de l'eau rique de passer a coté de l'hélice.

ok, alors est-ce que ce second système fonctionnerai avec une hélice à axe vertical?(de cette facon, il utiliserai toujours la chute, et non la pression, et toute l'eau serait obligée de tomber sur l'hélice puisqu'elle prend dans ce cas toute la section de la gouttière)

Si oui ce système serait-il aussi rentable?

2-Les dimensions, je ne peus pas vous aider.
Pour l'étanchéité, la turbine sera tres certainement un element standard. Si possible en trouver une avec une bague extérieur en métal, qui permetera de la monté en force dans une autre pièce fabriqué selon comment vous l'aurez conçu. Par exemple une espece d'entonoir serai pas mal (avec la turbine au petit orifice). Et pourquoi pas rajouté un join.

oui, mais j'ai cherché sur internet, aucunes microturbines hydroliques adaptées à un si petit débit et à une si petite section ne sont sur le commerce... peut-être que l'on peut acheter une microturbine "non hydrolique" ou quelquechose comme ca que l'on devrait étanchéifier, ou doit-on tout faire par nous même?

Pour finir je ne pense pas qu'il soit possible de récupérer beaucoup d'energie. Comparé au baraque, se n'est pas la meme echelle ^^.

c'est vrai que ce n'est pas rentable du tout, le débit qu'il faudrait fournir pour avoir du 230V serait celui d'un gros ruisseau en permanence! (30 à 40 litres/secondes, alors que l'on a ici moins d'un cm3 par seconde...)
mais c'est une idée qui peut être exploitable pour les très grands batiments qui auraient une surface de toiture énorme, ainsi on pourrait peut-être faire tourner un ordinateur avec cette énergie, et encore...

merci de votre aide!

[invitee0b658bd]

bonsoir,
la quantité d'energie que tu peux esperer recuperer est trés faible.
augmenter la pression disponible, c'est simlpe, il suffit de faire le toit plus haut, avec un batiment de 10 étages cela commence à etre moins ridicule
il faut aussi augmenter la surface, donc plutot se diriger vers de grands immeubles trés hauts ou vers des toitures industrielles

il faut de plus que ce systeme soit trés economique pour pouvoir etre rentabilisé

je crois que vous avez un probleme pas simple du tout
fred

[A voir en vidéo sur Futura]

[invitef7cfbf1f]

oui, pour cela j'en suis très conscient, seulement, nous n'avons pas le droit d'augmenter la surface de la toiture ou la hauteur de chute car elles sont fixées dans les consignes!

je les rappelle donc :

données:

-surface de la toiture: 100m²
-pluviométrie : 50mm en 24h (cela donne un volume de 5m^3 en 24h pour 100m² de toiture donc l'équivalent de 5000 kg)
-hauteur de la gouttière : 5m.

alors comment peut-on améliorer ce rendement sans intervenir sur ces derniers paramètres?

[invitee0b658bd]

bonjour,

alors comment peut-on améliorer ce rendement sans intervenir sur ces derniers paramètres?

je crois que tu l'as déjà pris à 1

Ep=mgh=5000x9.81x5=245250 joules/jour

donc la, tu as le maximum de ce que tu peux recuperer comme energie potentielle
tu as donc a peu prés 3.5 l/mm qui peuvent descendre ta goutiere avec le lot de feuilles mortes et de cochoneries diverses.

de plus cette energie potentielle tu dois la transformer en quel type d'energie ?
electrique
mecanique
thermique
bref vraiment pas simple (mais un beau chalenge)
fred

[invitef7cfbf1f]

alors voila

pour l'histoire des impuretés pouvant gèner le système, nous installeront un simple filtre à feuilles.

ensuite, l'énergie que nous devons produire est de l'énergie éléctrique, c'est pourquoi nous pensions utiliser une simple microturbine hydrolique.

autre question; vous vouliez dire "3.5 L/mm" ou "3.5L/mn"?

[invitee0b658bd]

bonsoir
3,5l /minute

si c'est de l'electrique, pour avoir un rendement acceptable, il faut que la generatrice reste dans une certaine plage de vitesse de rotation.
pour cela soit on considere un debit que l'on fait travailler la turbine à debit constant ce qui impose un stockage de l'eau sur le toit, soit on à pas de stockage sur le toit et il faut que la turbine puisse fonctionner avec le debit maxi de la goutierre. On prend donc l'eau quand elle vient, on à une grosse turbine qui aura malheureusement un faible rendement aux petits debits.

Quand les debits sont faibles dans une goutierre, l'eau reste "collée" à la parois et ruiselle doucement, elle n'acquierre pas d'energie cinetique.
fred

[invitef7cfbf1f]

1) d'accord, et pour avoir un rendement important, peut-on utiliser plusieurs turbines diposées les unes sous les autres le long de la goutière?
cela multiplierai ainsi le rendement par le nombre de turbines? (en utilisant bien sur la pression de l'eau comme dans les barrages, et non la force de sa chute car la force de sa chute serait progressivement ralentie en traversant chaque turbine)

2) ensuite, quel système pourrait créer cette retenue d'eau au dessus de chaque turbine et de relacher un débit constant d'eau, sans utiliser d'énergie extérieure?

3) pour terminer, comment peut-on calculer les dimensions et caractéristiques idéales de la turbine?

merci d'avance.

[invitee0b658bd]

bonjour,

) d'accord, et pour avoir un rendement important, peut-on utiliser plusieurs turbines diposées les unes sous les autres le long de la goutière?
cela multiplierai ainsi le rendement par le nombre de turbines? (en utilisant bien sur la pression de l'eau comme dans les barrages, et non la force de sa chute car la force de sa chute serait progressivement ralentie en traversant chaque turbine)

malheureusement, cela ne marche pas, tu peux croire que si cela marchait, il y a longtemps que tous les barrages du monde seraient equipés d'un tel systeme.
plus simplement, l'energie qu'extrait une turbine de l'eau qui descend n'est plus disponible pour les turbines suivantes.

plutot qu'une turbine, tu peux envisager une sorte de pompe volumetrique à la place de la turbine, quand elle ne tourne pas, elle se comporte comme un bouchon.
fred

[invitef7cfbf1f]

je suis désolé mais je ne vois pas du tout ce que vous voulez dire par "pompe volumétrique" qu'est-ce que c'est exactement? à quoi cela nous servirait?

[invitef7cfbf1f]

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