mesure de couple

[invitebfab7c99]

Bonjour,

j'aimerai savoir si vous savez comment je peux mesurer le couple d'une hélice lorsqu'elle est entrainée par le vent.. Il existe bien des dynamomètres, mais j'aimerai savoir s'il n'y a pas des techniques, disons plus "faites maison"..
Théoriquement, on a

puissance = couple * nbr de tr/min

Est ce que je peux utiliser cette formule ? ...j'utiliserai alors la puissance du vent pour compléter tout ca..
pour convertir la vitesse du vent en puissance, j'ai trouvé ceci ici http://www.windpower.org/fr/stat/unitsw.htm


P = 0.5 * rho * v^3
ou P = puissance en W/m^2
rho = densité de l'air arrondie à 1.225kg/m^3
v = vitesse du vent en m/s

Qu'en pensez vous ??

et je ne sais pas non plus à combien de tours/minute va tourner mon hélice....quelle est la méthode la plus simple pour le déterminer ??


Merci d'avance ...
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[b@z66]

Bonjour,

j'aimerai savoir si vous savez comment je peux mesurer le couple d'une hélice lorsqu'elle est entrainée par le vent.. Il existe bien des dynamomètres, mais j'aimerai savoir s'il n'y a pas des techniques, disons plus "faites maison"..
Théoriquement, on a

puissance = couple * nbr de tr/min

Est ce que je peux utiliser cette formule ?

Cette formule est générale, il me semble, pour un moteur ayant atteint son régime permanent (pour un régime transitoire, je suis pas sûr). Cela veut dire que le couple moteur (le vent dans ton cas) compense alors exactement le couple résistant (ils sont égaux en valeur absolue, équilibre des forces). Tu peux alors utiliser cette formule en considérant le couple moteur égal à la valeur du couple résistant que tu dois trouver par tes recherches (ce couple résistant n'est sans doute pas constant en fonction de la vitesse). Bonne chance.

[invitebfab7c99]

et si je veux le calculer expérimentalement ??

[b@z66]

et si je veux le calculer expérimentalement ??

Calculer quoi expérimentalement?

S'il s'agit du couple résistant (frottements et compagnie), et du fait qu'en régime permanent couple=puissance/vitesse, je pense qu'en faisant des mesures directes de la vitesse de l'hélice pour différente valeur de puissance de vent, tu dois retrouver ta courbe couple(vitesse).
Sinon, je ne vois pas vraiment d'autres solutions que de se mettre dans les conditions "pratiques".

Ps: la vitesse de l'hélice se mesure en rad/s.

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite3e67d1f2]

Il y a la voie chère en passant par un système a jauges de contraintes qu'on trouve dans le commerce (hautement spécialisé)
Il y a aussi le truc simple: adapter un "embrayage" ou un frein a machoirs sur l'arbre d'hélice et relier a l'embrayage un bras de longueur donnée auquel on accroche un ressort de raideur connue. quand on embraye progressivement on mesure l'allogement du ressort donc le couple. On complète la mesure par une mesure de vitesse faite avec un compteur de vélo disponible chez tous les distributeurs de cycle pour 3 cacahouettes....
entre les deux il y a l'entrainement d'une génératrice qu'on fait débiter sur une resistance en mesurant l'intensité absorbée.....

[mécano41]

Bonjour,

Ci-joint le schéma d'un dispositif simple, possible pour mesurer un couple. C'est un frein de Prony, qui a longtemps été utilisé avant d'avoir les systèmes électroniques actuels.

Il peut y avoir une autre méthode similaire, applicable seulement si tu disposes du moyen de transformation d'énergie (dynamo ou alternateur). C'est de monter (provisoirement) cet appareil sur un berceau oscillant autour de son axe et de faire le même principe de mesure de couple antagoniste à l'aide d'un bras et d'une charge (tu mesures le couple nécessaire pour l'empêcher de tourner autour de son axe). Il faut, bien entendu, charger électriquement l'appareil pour l'amener à son régime de travail, en branchant dessus des résistances de valeur et de puissance dissipable adéquates.

Bon courage

[sitalgo]

Attention aux unités, P = Cw
P en watt, C en N.m, w en rd/sec
Cela que le régime soit permanent ou non, il y a variation si le couple moteur est supérieur au couple résistant, mais on peut aussi dire puissance motrice et puissance résistante.

P = 0.5 * rho * v^3
C'est la puissance du vent et non celle récupérée par l'hélice.

La puissance récupérable d'un fluide en mouvement est au maximum de 0,59 (limite de Betz).

" et je ne sais pas non plus à combien de tours/minute va tourner mon hélice....quelle est la méthode la plus simple pour le déterminer ??"

Par tatônnement et stroboscopie, tu fais un carton avec des rayons que tu colles au centre de l'hélice et tu éclaires avec un tube fuorescent. Je ne sais pas si ça marche mais ça peut t'inspirer.

[invitebfab7c99]

Calculer quoi expérimentalement?

S'il s'agit du couple résistant (frottements et compagnie), et du fait qu'en régime permanent couple=puissance/vitesse, je pense qu'en faisant des mesures directes de la vitesse de l'hélice pour différente valeur de puissance de vent, tu dois retrouver ta courbe couple(vitesse).
Sinon, je ne vois pas vraiment d'autres solutions que de se mettre dans les conditions "pratiques".

Ps: la vitesse de l'hélice se mesure en rad/s.

je suis d'accord avec ce que tu dis mais je viens de penser à autre chose : prenons deux hélices différentes : une comportant 6 et l'autre 12 pales. Pour une vitesse de vent donnée, mes deux hélices tourneront à la même vitesse n'est ce pas ?? (j'en suis pas si sûre quand même)

Mais ce n'est pas pour autant qu'elles auront le même couple !!! (ca c'est certain)
Le problème se complique car du coup, la formule n'est plus tout à fait juste...le couple va dépendre de la forme de mes pales et de leur nombre...

[sitalgo]

"Pour une vitesse de vent donnée, mes deux hélices tourneront à la même vitesse n'est ce pas ??"

Non, plus il y a de pales plus l'hélice tourne doucement mais avec un couple plus important, la puissance étant la même en principe. Les pales se gênent mutuellement par la surpression qu'elle génèrent en amont de l'hélice.

[invitebfab7c99]

"Pour une vitesse de vent donnée, mes deux hélices tourneront à la même vitesse n'est ce pas ??"

Non, plus il y a de pales plus l'hélice tourne doucement mais avec un couple plus important, la puissance étant la même en principe. Les pales se gênent mutuellement par la surpression qu'elle génèrent en amont de l'hélice.

Merci bien, tu vois plus juste que moi..
Vu que mon patron est persuadé du fait que les hélices vont tourner à la même vitesse, j'ai cherché un peu plus et je n'ai trouvé que ça : "plus il y a de pales, plus le couple est élevé, mais moins la fréquence de rotation est forte"..en fait, j'aimerai en savoir un peu plus pour que je puisse convaincre mon chef... ou est ce que je peux trouver des explications ??

merci à toi

[invite3e67d1f2]

"Pour une vitesse de vent donnée, mes deux hélices tourneront à la même vitesse n'est ce pas ??"

Non, plus il y a de pales plus l'hélice tourne doucement mais avec un couple plus important, la puissance étant la même en principe. Les pales se gênent mutuellement par la surpression qu'elle génèrent en amont de l'hélice.

?????? la vitesse dépend du pas de l'helice, et le nombre de pales améliore le couple. il faudrait beaucoup de pales bien serrées pour engendrer une surpression qui ralentisse sensiblement l'hélice, d'autant que la partie active la plus importante se situe loin du centre de rotation. je considère une hélice comme plusieurs ailes qui tournent en rond et pour moi a quelques % près des helices de pas identique non chargées tournent a la même vitesse. si on les charge c'est l'hélice qui a le plus de pales qui ralentira le moins....

[b@z66]

Attention aux unités, P = Cw
P en watt, C en N.m, w en rd/sec
Cela que le régime soit permanent ou non, il y a variation si le couple moteur est supérieur au couple résistant, mais on peut aussi dire puissance motrice et puissance résistante.

Je suis pas sûr de ce que tu as voulu dire mais personelement je pense que lorsque le moteur tourne à vitesse constante le couple moteur compense le couple résistant (principe de l'inertie). Enfin, je suis pratiquement sûr que lorsque l'on est pas en régime permanent, l'égalité des couples n'est pas respecté et la vitesse du moteur varie. En conséquence, la puissance motrice n'est pas toujours égale à la puissance résistante (hypothèse sur laquelle repose en partie l'équation P=C.W) et il faut à mon avis faire intervenir entre les deux une puissance "cinétique" qui est relative à la mise en mouvement de la masse du moteur.

[invite3e67d1f2]

Je suis pas sûr de ce que tu as voulu dire mais personelement je pense que lorsque le moteur tourne à vitesse constante le couple moteur compense le couple résistant (principe de l'inertie). Enfin, je suis pratiquement sûr que lorsque l'on est pas en régime permanent, l'égalité des couples n'est pas respecté et la vitesse du moteur varie. En conséquence, la puissance motrice n'est pas toujours égale à la puissance résistante (hypothèse sur laquelle repose en partie l'équation P=C.W) et il faut à mon avis faire intervenir entre les deux une puissance "cinétique" qui est relative à la mise en mouvement de la masse du moteur.

a vitese constante le couple moteur et le couple resistant sont égaux, si l'hélice accélère c'est que le couple moteur est supérieur au couple resistant aurait dit la Palice et ça jusqu'a l'équilibre. Prareil pour le ralentissement. il me semble me souvenir que le couple est égal au moment d'inertie multiplié par l'accélération angulaire

[sitalgo]

B@z : nous somme d'accord, je signalais suite à " Cette formule est générale, il me semble, pour un moteur ayant atteint son régime permanent (pour un régime transitoire, je suis pas sûr)." que la formule est valable dans tous les cas. Pour les phases transitoires le problème est que le couple est fonction de la vitesse du vent et de la vitesse de rotation variable de l'hélice, ce qui est plus difficile à modéliser.

Simbis : c'est ce qui m'a été répondu lorque j'ai demandé pourquoi ne met-on pas 5 pales aux éoliennes (puissance augmentée et moins de vibrations par rapport à une 3 pales). J'avoue que la réponse m'a étonné, on m'aurait dit que la puissance n'était pas proportionnelle au nombre de pales, j'aurais compris.

[invite3e67d1f2]

B@z : nous somme d'accord, je signalais suite à " Cette formule est générale, il me semble, pour un moteur ayant atteint son régime permanent (pour un régime transitoire, je suis pas sûr)." que la formule est valable dans tous les cas. Pour les phases transitoires le problème est que le couple est fonction de la vitesse du vent et de la vitesse de rotation variable de l'hélice, ce qui est plus difficile à modéliser.

Simbis : c'est ce qui m'a été répondu lorque j'ai demandé pourquoi ne met-on pas 5 pales aux éoliennes (puissance augmentée et moins de vibrations par rapport à une 3 pales). J'avoue que la réponse m'a étonné, on m'aurait dit que la puissance n'était pas proportionnelle au nombre de pales, j'aurais compris.

si on préfère 3 pales a 5 c'est peut être bien plus simple a construire et beaucoup moins cher pour un rendement a peine moindre. C'est surement plus efficace et moins cher d'augmenter le diamètre....

[sitalgo]

"si on préfère 3 pales a 5 c'est peut être bien plus simple a construire et beaucoup moins cher pour un rendement a peine moindre. C'est surement plus efficace et moins cher d'augmenter le diamètre...."

Certes mais c'est un autre problème. Si j'ai le temps je vais cherchouiller.

[invitebfab7c99]

encore une petite question...
Est ce que le couple est proportionnel à la taille de l'hélice ??
En fait, je vais faire des simulations sur un éolienne modèle réduit, 4 fois petite que le modèle définitif. Le couple que je vais mesurer (sur la mini éolienne) me donnera évidemment un ordre d'idée, mais que dois je espérer quant à la grande ????

[invite3e67d1f2]

encore une petite question...
Est ce que le couple est proportionnel à la taille de l'hélice ??
En fait, je vais faire des simulations sur un éolienne modèle réduit, 4 fois petite que le modèle définitif. Le couple que je vais mesurer (sur la mini éolienne) me donnera évidemment un ordre d'idée, mais que dois je espérer quant à la grande ????

J'aurais tendance a penser que la force développée par un élément de l'helice est proportionnelle au carré de la vitesse linéaire, mais il faut tenir compte du vent relatif. Donc si vous augmentez le rayon de l'helice, la force sera proprtionnelle au diamètre et vous augmentez le bras de levier donc le couple. Je dirais (a verifier) que le couple engendré par un élément sera probablement proportionnel au carré du rayon.

[invitebfab7c99]

ca me dit qqch tout ca..je vais vérifier.. et merci bien sur...