Récupération d'énergie grâce à la pression de l'eau dans une maison

[Les_Lyceens]

Bonjour à tous, nous sommes 5 lycéens en Terminale STI2D. Dans cette filière, nous devons réaliser un projet, le notre, se nommant "Allocharge", est le suivant:
Transformer l'énergie hydraulique venant de l'arrivée principale d'eau dans une maison, en énergie électrique, pour ensuite pouvoir charger une batterie externe pour
charger un téléphone par exemple (5V environ).
Au bout de quelques semaines de réflexion, nous avons fini par trouver quelques solutions: (pardonnez nous si nous nous trompons dans nos explication, et nous vous invitons à nous corriger)


1) Intégrer une turbine dans la conduite d'arrivé d'eau principale, cette turbine actionnerai un arbre couplé à une génératrice, cette dernière produira du courant qui sera
stocké dans une batterie qui sera équipé de port USB, pour pouvoir charger une téléphone portable

2) La deuxième solution envisagé est un système de turbine aimantée tel un rotor dans notre installation, et un stator fixé sur le tuyau accueillant la turbine : similaire à un électroaimant, avec une génératrice branchée en sortie, et toute l'installation citée précédemment.

Merci à tous ceux qui prendront le temps de nous aider.
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[SK69202]

L'eau potable coûte plus cher que l'électricité, il vaut mieux acheter de l'électricité.
L'eau potable est mise en pression par des pompes électriques.
On s'approche du mouvement perpétuel freiné.

Par contre un système en bas d'une gouttière augmenterait la disponibilité en énergie de l'Humanité, du moins celle qui a besoin de se connecter pour vivre.

[polo974]

et ensuite, on se plaint qu'il n'y aplus assez de pression au robinet, on fait installer un surpresseur, et ça roule...

le plus effarant, c'est que le nom du bidule soit trouvé, alors que ni l'utilité, ni la pertinence n'a été vaguement abordée...

j'espère que les profs qui pondent ou valident ce genre de sujets lisent de temps à autre les réponses désabusées qui sont faites sur les forums.

et que va dire l'habitant quand la douche ne coulera plus assez fort pour pouvoir se rincer correctement, on combien de temps faudra-t-il attendre pour que la chasse d'eau se re-remplisse avant de pouvoir la réutiliser...

allez, je propose aussi de mettre des génératrices à la place des gonds de portes et fenêtres, et des capteurs piézoélectriques sous le paillasson...

[WizardOfLinn]

Les_Lyceens :
Comme déjà expliqué, ce système est assez absurde et ne peut avoir, au mieux, qu'un vague intérêt pédagogique.
Néanmoins, si on joue le jeu, avez-vous commencé par calculer quelle quantité d'eau il faudrait laisser couler pour charger la batterie, compte tenu de la capacité de cette batterie et de la pression à l'arrivée d'eau ? Un téléphone portable se chargerait-il de cette façon en 1h, une journée, une semaine, un mois ?

[A voir en vidéo sur Futura]

[vincent66]

Bonjour,
Par ici on aurait plutôt tendance à turbiner les eaux usées mais bon le relief du pays est un avantage, beaucoup de dénivelés...

[SK69202]

ar ici on aurait plutôt tendance à turbiner les eaux usées

Comment est pris en compte la modification de la géométrie de la tuyère par les accumulations du "combustible" centrifugé dans le calcul du rendement?

[x_all]

Vous êtes vache les gars...
Bien su que si utiliser l'eau potable pour faire de l'électricité était rentable ça se saurai... mais même si c'est pas le projet du siècle, trouver une solution ne serai ce que pour démontrer son inefficacité c'est pile dans le cadre de ce qui se fait au lycée.

Alors en préambule je vous conseillerai de potasser les différents type de roues qu'on trouve dans les centrale hydraulique. La solution 1 s’apparenterait à une roue type Francis ou crosflow si je comprend bien. Pour la 2eme j'avoue pas bien comprendre l'idée ou alors une turbine type Kaplan mais qui contiendrai les aimants permanents et le stator directement sur le tubulure?. Mouai... on devine des problèmes de conception, de matériaux et d’étanchéités...Pour commencer je partirais sur des solutions éprouvée turbine + générateur.

Donc commencez par déterminer quelle est la perte de charge admissible, quel type de turbine est adapté à vos débits. Pour le générateur aussi, pas mal de solution qui différente aussi. Du simple moteur inversé à la récupération d’électricité à basse vitesse.

Une piste pour les formules de calcul, mais le calcul de l’hélice dépasse de loin le niveau terminale.
http://www.heliciel.com/helice/turbi...e%20kaplan.htm

[ansset]

je suis assez d'accord sur le fond, même si tu n'es pas obligé de "taper" aussi fort.
déjà, je ne comprend pas la première remarque de SK69.
Il n'y a pas de perte d'eau ( si j'ai bien compris ), mais une perte de pression d'eau, ce n'est pas la même chose.
Ensuite, je connais peu d'habitation ou la pression initiale est trop faible.
Car on fait rarement marcher tous les robinets ensemble.
Enfin, le calcul théorique est intéressant ( quelle perte de pression dans une canalisation donnée pour quelle production d'électricité ?)
reste la partie expérimentation qui pose plus de pb,
mais à mon sens, on peut simuler cqc chose avec un tuyau au débit max, sans toucher à l'alimentation générale de la maison.
sinon , c'est papa/maman qui vont pas être contents
après que les conclusions soient positives ou négatives, c'est "aussi" l'intérêt d'un TPE.
cordialement.

[JPA80]

Bonjour,

Je trouve intéressant ce sujet, je n'ai pas dit rentable. Répondre que le système n'est pas viable alors que ce n'est pas la question qui est posée me parait ballot.
C'est par l’expérimentation que les jeunes trouveront que le sujet est rentable ou pas. Tout dépend du prix de l'eau. C'est en laissant des jeunes chercher et éventuellement se tromper que l'on fait émerger les futurs ingénieurs de demain.
La pédagogie ce n'est pas la rentabilité.

[ansset]

je suis bien d'accord.
mais je reviens sur mon point précédent.
avec un système ad hoc, dans l'exercice proposé la perte d'eau est minimale, c'est celle qui passe qui passe à travers les pales.
et même celle ci est récupérable, non ?
si je prend un autre exemple.
une pression d'eau exercée sur un piston.
il n'y a pas de perte mais le piston est déplacé sous la pression exercée, d'ou une force qui est "transformable".
prenons un autre exemple, c'est quand même le principe des barrages du type celui de la rance.
donc on peut produire de l'électricité, à partir d'un débit et d'une pression d'eau.
c'est même aussi le principe des hydroliennes ( sous l'eau ).
cordialement.

[andre_teprom]

la perte d'eau est minimale, c'est celle qui passe qui passe à travers les pales

Je suis d'accord avec cette opinion.

La proposition initiale implicite dans le sujet de l'auteur de la question est l'utilisation de l'excédent provenant de l'énergie cinétique sous forme de pression hydraulique, qui, dans certains endroits est si élevé que avez besoin d'un réducteur de débit pour à diminuer.

[SK69202]

si je prend un autre exemple.
une pression d'eau exercée sur un piston.
il n'y a pas de perte mais le piston est déplacé sous la pression exercée, d'ou une force qui est "transformable".

C'est une machine à un coup, une fois repoussé, il reste immobile.

Les ingénieurs cela fait des trucs rentables sinon ça va chercher du travail ailleurs, dans l'enseignement par exemple.

[ansset]

C'est une machine à un coup, une fois repoussé, il reste immobile.

Les ingénieurs cela fait des trucs rentables sinon ça va chercher du travail ailleurs, dans l'enseignement par exemple.

c'est faux, une pression constante peut se transformer en énergie transformable.
et pourquoi resterait il immobile par exemple ; 'il transmet sa pression à ce qu'on veut.
sinon, ne t'inquiètes pas trop pour mon parcours de carrière.
et évite les pseudo insultes, c'est juste inutile.

[ansset]

les moulins à eau , tu a entendu parler ?

[barda]

Bon, sur l'intérêt pratique d'un tel dispositif, je crois qu'il est inutile de s'attarder, il doit être très peu différent de zéro...

Par contre, l'intérêt pédagogique de la démarche semble évident, et l'exercice n'est pas aussi facile que l'on peut croire.

Quelques réflexions, à travailler...

- une pression seule ne fournit aucun travail; posez un poids d'une tonne, d'un gramme ou d'un kilo sur le sol, il ne produira rien... Ce qui constitue un travail, une énergie, c'est le déplacement d'une force sur une certaine distance...

- a priori, l'eau d'une maison ne pouvant couler avec une pression nulle, il sera nécessaire de limiter la chute de pression due au dispositif à une valeur finie assez faible; prenons 1 bar, soit l'équivalent d'une colonne d'eau de 10m (pour simplifier les calculs).

- du coup, si l'on connait le volume d'eau consommé par la maison en 1 an (prenons 100 m3, toujours pour simplifier), il est possible, et simple, de calculer l'énergie potentiellement récupérable en un an: c'est, en joules 100000kgx10Nx10m= 10 000 000 de joules, soit 2778 Wh, soit 2,778 kWh.... c'est peu, mais c'est >0...

- bien évidemment, tout dispositif de transformation d'énergie étant imparfait, nous introduirons un correctif, que nous appellerons "rendement" (peu importe si le terme est ici impropre) et que nous fixerons, avec beaucoup d'optimisme, à 0,75; l'énergie électrique récupérée en théorie sera donc d'environ 2 kWh par an. Par jour, ça fera de l'ordre de 5,5 Wh à consommer ou stocker.

Reste à concevoir la partie mécanique, qui sera, n'en doutons pas, extrêmement délicate et pointilleuse, du travail d'horloger en quelque sorte.

La turbine à employer dans ce type de très basse chute est assez bien connue, c'est une hélice, ou mieux deux hélices contra-rotatives, ressemblant, en beaucoup plus petit, aux hélices du barrage de la Rance; de petits aimants permanents, en bout de pales, viendront solliciter des solénoïdes placées sur la paroi extérieur (le tuyau) à la plus faible distance possible des aimants; les hélices seront serties sur un axe tourillonnant à ses deux extrémités sur des "rubis" type horlogerie, le tout étant soigneusement profilé et poli pour atteindre un rendement correct. Bien évidemment, le débit n'étant pas constant, il faudra prévoir une régulation-transformation du courant produit, afin de le rendre utilisable; voire une petite batterie pour le stocker...

La chose est passionnante sur le plan intellectuel comme sur le plan "bricolage"; heureusement d'ailleurs, car sur le plan financier, en comptant une durée de vie, donc un amortissement, de 20 ans, on ne disposera que d'un budget très faible, d'environ 6€... peut-être de quoi acheter les fils électriques, si le cuivre n'augmente pas trop.

Allez les jeunes !!! les vieux aussi d'ailleurs !!!

[ansset]

@barda:
de toute façon : "les lycéens" ne sont pas revenus.
tu me parles en débit annuel ( d'ailleurs tes 100m^3 / an me sembent très faibles, on ne lave rien chez toi ? )
et moi en pression instantanée, sachant que le but est de recharger un appareil, donc n'est pas sensé travailler 24h/24.
ton calcul ne semble pas correspondre à la question.

[ansset]

ps : la moyenne nationale est de 200l /pers/jour
soit le triple pour un couple avec 2 enfants

[jiherve]

bonsoir,
il y des douchettes équipée de turbines et de led.
JR

[ansset]

oui, oui, d'ailleurs tout le monde en a , n'est ce pas ?
y'en a aussi qui récupère l'eau de pluie.
si on veut faire ds le HS, on a pas fini

[barda]

annset, c'est un exemple de calcul, tu prends les chiffres que tu veux; si tu veux mettre 200 m3, mets 200 m3, ça ne changeras rien au principe du calcul... et si tu veux faire le calcul sur une journée, tu fais le calcul sur une journée...

Ce qui ne change pas, par contre, c'est qu'il faut un débit pour fournir une énergie, et une variation de pression; ça c'est imparable... et que l'énergie récupérée sur le débit de l'ECS d'une maison est ridiculement faible... surtout face aux moyens techniques nécessaires pour la récupérer...

[ansset]

certes, mais je me réfère au post initial ou ils parlaient de recharger un "téléphone portable".
ceci dit, je ne prolonge pas.
pas à cause de notre conversation mais parce que le(s) primo posteur(s) se sont désintéressés du sujet ici.
et que ducros, il bosse pas pour du vent.
cordialement.

[SK69202]

Une installation sanitaire est la plus part du temps fermée à débit nul et pression constante, un téléphone portable est en utilisation quasi permanente, c'était résumé dès le départ.

[ansset]

Une installation sanitaire est la plus part du temps fermée à débit nul et pression constante, un téléphone portable est en utilisation quasi permanente, c'était résumé dès le départ.

quelle drole de comparaison.
le téléphone portable n'est pas en charge permanente ?
je n'ai rien compris.

[ansset]

annset, c'est un exemple de calcul, tu prends les chiffres que tu veux; si tu veux mettre 200 m3, mets 200 m3, ça ne changeras rien au principe du calcul... et si tu veux faire le calcul sur une journée, tu fais le calcul sur une journée...

Ce qui ne change pas, par contre, c'est qu'il faut un débit pour fournir une énergie, et une variation de pression; ça c'est imparable... et que l'énergie récupérée sur le débit de l'ECS d'une maison est ridiculement faible... surtout face aux moyens techniques nécessaires pour la récupérer...

re_
bon j'ai fait un rapide calcul de mon coté en regardant la puissance cinétique qui "sortait" d'un robinet.
sauf erreur j'arrive à qcq chose de l'ordre de 0,5 ou 1 W, en fonction des pressions.
chiffre qu'il faut corriger évidemment du rendement <1.
alors qu'il me semble que la puissance de sortie d'un chargeur de tel tourne plutôt autour de 5w.
et qu'on ne charge pas un tel en qcq sec.
on est donc effectivement très très loin du compte, même en récupérant la moitié de cette puissance en faisant couler un bain , tout en récupérant par exemple la moitié avec un débit de moitié.
corrige moi si j'ai fait une erreur d'estimation
( dans ce genre de calcul , un 10^(+/1) de trop ou de moins est vite arrivé )

[barda]

re_
bon j'ai fait un rapide calcul de mon coté en regardant la puissance cinétique qui "sortait" d'un robinet.
sauf erreur j'arrive à qcq chose de l'ordre de 0,5 ou 1 W, en fonction des pressions.
chiffre qu'il faut corriger évidemment du rendement <1.
alors qu'il me semble que la puissance de sortie d'un chargeur de tel tourne plutôt autour de 5w.
et qu'on ne charge pas un tel en qcq sec.
on est donc effectivement très très loin du compte, même en récupérant la moitié de cette puissance en faisant couler un bain , tout en récupérant par exemple la moitié avec un débit de moitié.
corrige moi si j'ai fait une erreur d'estimation
( dans ce genre de calcul , un 10^(+/1) de trop ou de moins est vite arrivé )

Je serais très heureux de connaître le détail de ton calcul, parce que calculer une puissance sans connaitre le débit et la vitesse de l'eau me semble un peu compliqué... de toute façon, faire couler un bain ne dure guère que quelques minutes (on va dire dix...), durée insuffisante pour recharger un portable ...

Hélas, le calcul d'ordre de grandeur fait un peu plus haut ne laisse aucun espoir de source d'énergie qui soit intéressante; d'ailleurs, ça n'est rien d'autre que l'énergie fournie par les pompes au réseau d'eau publique, très dégradée par le parcours dans les tuyaux... il est plus intéressant, tant pour l'utilisateur que pour la collectivité de se servir directement au réseau ERDF, puisque, de toutes façons, cette énergie sera payée...

[ansset]

Je serais très heureux de connaître le détail de ton calcul,.

je suis parti de mon robinet de lavabo.
3 à 4s pour remplir une bouteille d'eau d'un litre avec un diamètre de sortie d'env 1cm.
( pression estimée 2 à 3 bars )
tout le reste en découle ( pas des bars, mais de la vitesse de remplissage / surface de sortie )
avec la formule
P(cinétique hydro )=(1/2)*rho*S*V^3

[ansset]

correction calcul en cours pour l'écoulement d'un bain.

[ansset]

... il est plus intéressant, tant pour l'utilisateur que pour la collectivité de se servir directement au réseau ERDF, puisque, de toutes façons, cette énergie sera payée...

là par contre j'aimerai bien comprendre le sens de l'argument !
plus on paye, plus c'est bien ?

[barda]

Non.... de toutes façons, si tu pompes de l'énergie sur le réseau d'eau, elle te sera facturée d'une façon ou de l'autre, puisqu'elle est consommée par la mise en pression du réseau d'eau... les pompes tourneront un peu plus (d'accord, c'est impalpable, comme l'est l'énergie récupérée) pour te fournir une énergie qui entre temps aura perdu plus de 50% dans les tuyauteries d'eau.
Autant payer directement à edf, ce sera 50% moins cher, au minimum... le transport d'énergie par fluide en mouvement est rarement d'un bon rapport sur des distances importantes...

Pour ce qui est de ton énergie cinétique, le calcul est peut-être exact (je ne sais pas, il manque la vitesse...), mais il est impossible de récupérer cette énergie avec un moyen simple à rendement acceptable; je crois que sur ce coup, tu fais fausse route... mais ça n'est pas important, de toutes façons, l'énergie à récupérer est complètement négligeable...

[SK69202]

les pompes tourneront un peu plus (d'accord, c'est impalpable, comme l'est l'énergie récupérée) pour te fournir une énergie qui entre temps aura perdu plus de 50% dans les tuyauteries d'eau.

Non, la capture d'énergie se fait sur l'énergie cinétique de l'eau, le dispositif ralentie le flux d'eau, bref plus de temps pour remplir le lavabo ou la baignoire, moins de pression à la douche.