Calcul de puissance à l'accélération

[pr_musca]

bonjour,

je déplace un objet dans un bassin rempli d'eau. a vitesse stabilisée la puissance absorbée pour l'avancement est de 120W.
j'ai actuellement des soucis de casse sur le chariot tracteur et le moteur. je me demande si je n'ai pas sous estimé la phase accélération.
masse : 30 kgs
V : 0.8m/s
Cx : 0.93 (lié a la forme de mon objet)
R0 :1000 kg/m3
a= 0.4m/S² (acceleration en 2 secondes)

détermination de la surface :
en phase stabilisée : P=F*V
F=150 N or F= 1/2*R0*Cx*S*V²
==> S= 0.5 m² (soit un disque de Ø=0.81m)

en phase accélération : P= m*a*V (=30*0.4*0.8)
j'obtiens p= 9.6W ? c'est peu !
au pire les 2 puissances additionnées : P= 129.6W
or mon moteur a une puissance de 550 W , une réduction de 1400 vers 250 trs/min (R=5.6)
et un pignon de sortie de 61 mm ==> V= 0.8m/s
le couple maxi acceptable est 22 N.m

je ne trouve pas mon erreur ....

merci de votre aide
-----

[Dynamix]

Salut

a= 0.4m/S² (acceleration en 2 secondes)

C' est une moyenne .
Si tu as de la casse , c' est à cause du pic d' accélération au démarrage (qui dépend de ton moteur) .

C' est un moteur électrique ?

[pr_musca]

bonjour,

oui l'accélération est constante car le moteur est branché sur un variateur de fréquence. on programme des rampes d'accélération et de décélération (ici 2 secondes)
le moteur est électrique 220 V (marque : NORD ref : SK0-80S/4)

je peux augmenter le temps d'accélération mais ma course totale (accélération + V constant + décélération) est de 6.5 m
avec 2 secondes on a 0.8 m +4.9 m+0.8 m. je souhaite avoir une phase V constant (si possible)

peux tu m'en dire plus ?

[le_STI]

Salut.

Tu ne dit rien sur la casse en elle-même. Ca ne facilite pas la détermination de la cause de ladite casse (par exemple, si la masse se trouve au bout d'un bras de section trop faible, alors ce bras cassera mais ça n'aura rien à voir avec le couple maxi accepté par les pignons).

Si ta question ne porte que sur les formules que tu as appliquées, alors je te dirais que la puissance absorbée en phase d'accélération est P=(m*a+F)*V (F étant la force de trainée de l'élément immergé) et que le calcul de la surface frontale est ici totalement inutile. On suppose évidemment que le rendement est de 1.

Sachant que ta casse pourrait n'être due qu'aux efforts mis en jeu, alors il suffirait de s'intéresser au terme m*a+F

[A voir en vidéo sur Futura]

[pr_musca]

pour la casse il y a 2 choses :
le nageur fait des allers/retours incessants 10 heures par jour pendant 20 jours.
les galets utilisés sont destinés a des portails suspendus donc fonctionnement ponctuel.
j'ai une usure prématurée des gorges de roulement des roulettes, des soucis de coincement, d'alignements entre les rails de 4m, etc.
la structure du chariot n'est pas un souci.

pour les moteurs , ils ont chauffés suite a des blocages des chariots et aussi peut etre au fait que lors des phases transitoires le moteur tourne moins vite (et son ventilo aussi !!!).

je vais refaire la partie guidage mécanique de façon plus pérenne.

mais avant le dimensionnement je souhaite vérifier mes données physiques. c'est cela qui m’intéresse...
résistance a l'avancement :
F= 1/2*R0*Cx*S*V² ==> 150N ( =1/2*1000*0.93*0.5*0.8*0.8) calcul au maxi avec V=0.8m/s

m*a= 30 kgs*0.4 m/S² ==> 12 (N?) cela me parait peu !!!

Pmaxi= (150+12)*0.8 ==> 130 W (moteur : 550W)

[Dynamix]

le nageur fait des allers/retours incessants 10 heures par jour pendant 20 jours.

Il s' entraine pour les JO ?
Quel rapport avec ta machine ?

pour les moteurs , ils ont chauffés suite a des blocages des chariots et aussi peut etre au fait que lors des phases transitoires le moteur tourne moins vite (et son ventilo aussi !!!).

Les changements de sens fréquents font chauffer le moteur et il n' a pas , entre deux , le temps de refroidir .

m*a= 30 kgs*0.4 m/S² ==> 12 (N?) cela me parait peu !!!

Petite masse et petite accélération , c' est normal .
Par contre voir l' inertie de l' ensemble de toutes les pièces en mouvement .

PS :
Le pluriel de kg c' est kg et non pas kgs

[le_STI]

On n'est pas au courant de ton projet, il est donc malaisé pour nous de lire entre les lignes ("nageur"=tu utilises un banc de test avec un mannequin? "galets"=le système de guidage du mannequin est fait à partir de rail+galets de portail?, etc...)

j'ai une usure prématurée des gorges de roulement des roulettes, des soucis de coincement, d'alignements entre les rails de 4m, etc.

On en revient au rendement dont je parlais dans mon premier message. Les pertes dans le système de guidage actuel ne sont certainement pas négligeables.

.......
mais avant le dimensionnement je souhaite vérifier mes données physiques. c'est cela qui m’intéresse...
résistance a l'avancement :
F= 1/2*R0*Cx*S*V² ==> 150N ( =1/2*1000*0.93*0.5*0.8*0.8) calcul au maxi avec V=0.8m/s

m*a= 30 kgs*0.4 m/S² ==> 12 (N?) cela me parait peu !!!

Pmaxi= (150+12)*0.8 ==> 130 W (moteur : 550W)

A ce stade et pour les raisons listées ci-dessus, nous ne pouvons vérifier que les équations littérales, nous devons te faire confiance quant aux valeurs des différentes variables.

Ce qui me parait étrange, c'est qu'au message #1 tu calculais la surface frontale à partir de la force et que, maintenant, tu calcules la force en ayant la surface frontale comme donnée d'entrée... Je m'y perds.

[opahneq]

je vais refaire la partie guidage mécanique de façon plus pérenne. ### lien caché supprimé

[pr_musca]

la bibliographie donne pour un nageur moyen une puissance dissipée transmise à l'eau de 60W ici 120W car en fait je simule 2 nageurs (tout le monde suis ?). connaissant cela P=F*V , pour avoir une vitesse raisonnable et représentative, j'ai calculé une surface qui correspond a l'effort F recherché ( une forme avec un très mauvais Cx pour limiter la surface frontale).
le(s) nageur(s) est donc remplacé par un disque équivalent (laure Manaudou n’était pas libre ...)

ensuite dans mes calculs la surface n'intervient plus . F=P/V =120/0.8 ==> 150N
j'ai juste détaillé pour que vous vérifiez la cohérence

[le_STI]

Aurais-tu l'occasion de mesurer la puissance consommée?

Cela te permettras déjà de voir si ta modélisation est adéquate.

[phuphus]

Bonsoir,

je plussoie sur la proposition de le_STI : OK pour des calculs, mais il faut absolument que tu fasses des mesures :
. Courant instantané absorbé par le moteur (pourquoi pas la puissance, mais indépendamment de sa caractéristique en puissance le moteur doit être spécifié pour un certain courant ?)
. Température moyenne du bobinage (tu peux en faire une approximation au travers de la résistance au courant continu vue aux bornes du ou des enroulements : tu peux considérer que la résistivité électrique augmente de 0.4% par degré)

Le déplacement du chariot est aligné avec la trajectoire du flotteur ? Si non, ton calcul de traînée représente une force minorée par rapport à ce que demande réellement la traction. Ensuite, tu as des éléments d'usure et de fatigue : il faut dimensionner en conséquence. Donc ne pas te contenter du cas stationnaire instantané.

Les coincements vont aussi mettre des chocs dans tout le système, et le fatiguer prématurément.

Un roulement se dimensionne selon un couple vitesse / effort, ici tes roulements / galets sont clairement sous-dimensionnés.

La puissance de ton moteur est en effet valable pour une certaine vitesse de rotation, avec un doublet courant / tension donné. Là aussi, il faut tenir compte de son régime d'utilisation et le dimensionner pour ses points de fonctionnement, et non sur une seule donnée synthétique. Le réducteur a-t-il justement été choisi pour faire fonctionner le moteur sur un point optimal ? (par exemple : régime dit nominal). Si tu as des problèmes de chauffe mais pas d'usure mécanique sur le moteur, tu peux par exemple penser à le faire fonctionner sur une vitesse de rotation supérieure, et du coup avec un courant plus faible => moins d'effet Joule.

Une autre manière de voir les choses : l'adaptation d'impédance. Le rendement d'un moteur électrique dépend de l'impédance mécanique avec laquelle on le charge. Si tu le fais fonctionner loin de sa plage optimale, il va exagérément chauffer car son rendement sera faible. Ces deux manières de voir les choses doivent dans tous les cas aboutir au même résultat.

Regarde ce que te coûtent la maintenance et le non fonctionnement de ton système, je pense que l'achat de composants mieux dimensionnés sera assez vite rentable.

[pr_musca]

bonjour et merci pour cette réponse exhaustive,

réaliser des mesures sur le moteur est une solution pragmatique. pour l'instant ce n'est pas réalisable car la piscine est vidée et l'ensemble est en "hivernage" mais je le ferait lorsque tout sera remonté.

la masse a tractée Ø80cm est centrée sur l'axe du chariot. le point d'accroche de la chaîne est décale de 120 mm mais je pense que c'est acceptable.

il y a eu effectivement des soucis de coincements et aussi d'automatisme ( le système ne s’arrêtait pas toujours en bout de course et tapait le bord de la piscine)

les roulements/galets sont sous dimensionnés et surtout destinés a un usage ponctuel. j'ai prévu de remplacer l'ensemble par du matériel industriel. sans donner de marque, il s'agit d'un rail carré 40x40 suspendu en losange et sur lequel les coulisses (système a l'avant et a l’arrière du chariot) viendront en appui sur les 4 faces via des roulettes. le jeu sera aussi plus limité.

pour ce qui est de tes remarques concernant les moteurs, il s'agit d'un ensemble motoréducteur monobloc que j'ai choisi en fonction de la puissance et du régime de sortie souhaité en "vitesse de croisière". j'ai un peu de mal a suivre tes explications. la vitesse varie de 0 a la valeur nominale donc forcement le moteur ne travaille pas toujours dans les conditions optimales.

je joins quelques vues du banc.

[harmoniciste]

or F= 1/2*R0*Cx*S*V²

Bonjour,
Attention, cette formule n'est vraie qu'en régime établi.
Dans votre cas accéléré, elle n'est pas utilisable car une grande masse d'eau devra se mettre en mouvement avant d'atteindre les vitesses continues de l"écoulement stabilisé. Il est donc normal de s'attendre à une trainée hydrodynamique plus forte que la formule indique, durant l'accélération.
Et durant la décélération, il peut apparaître une réaction du fluide dans le sens du mouvement, équivalent à un surprenant coefficient de trainée négatif .

[phuphus]

Bonsoir,

pour ce qui est de tes remarques concernant les moteurs, il s'agit d'un ensemble motoréducteur monobloc que j'ai choisi en fonction de la puissance et du régime de sortie souhaité en "vitesse de croisière". j'ai un peu de mal a suivre tes explications. la vitesse varie de 0 a la valeur nominale donc forcement le moteur ne travaille pas toujours dans les conditions optimales.

Le tout est de savoir quelle proportion du temps il passe en conditions stressantes. Réponse à la fonte des neiges !