Fabrication d'une mini soufflerie pour optimisations d'éoliennes

[srthysdhd]

Bonjour à tous,

Je souhaite tester différents design d'éolienne et pour cela j'aimerais fabriquer une soufflerie ouverte pour tester des modèles réduits d'éoliennes.
J'ai vu d'autres sujets parlant de soufflerie mais aucun ne donne vraiment la réponse à mes questions.

La conduite sera de section carrée de 400 x 400 mm. Je souhaite un vent pouvant atteindre 30 m/s.
Le ventilateur aspira l'air en sortie de conduite et il y aura des grilles pour assurer un écoulement laminaire.
Le débit nécessaire est donc d’environ 4,8 m3/s ou 17 000 m3/h.

J'ai recherché dans un premier temps des ventilateurs du commerce mais au vu des prix j'imagine le construire avec un moteur et une hélice. De plus avec une construction maison je pourrais plus facilement piloter le moteur et donc la vitesse de l'air.

Je cherche donc a dimensionner le moteur et l'hélice pour obtenir ces caractéristiques.

Je n'ai pas réussi à trouver de formule reliant la vitesse de rotation de l'hélice, son pas et nombre de pales, au débit. Quelqu'un sait comment le calculer ?

J'ai vu sur un autre sujet un calcul permettant un calcul grossier de la puissance nécessaire:

Le débit massique d'air est 1,225 * 4,8 = 5,9 kg/s. (Masse volumique de l'air 1,225 kg/m3)
En considérant l'air à l'arrêt au départ, il doit être accéléré à 30m/s. L'énergie nécessaire chaque seconde est donc E = 1/2 * 5,9 * 30² = 2655 J.

1 J = 1 Ws donc le moteur doit avoir un puissance minimale de 2655 W.
Ce résultat est-il juste ? (j'imagine qu'il faut faudra plus de puissance en intégrant les frottements, pertes de charges etc.)

Si j'imagine en sortie une conduite conique débouchant sur un ventilateur de diamètre 600 mm. La section étant plus grande la vitesse sera plus faible V2 = 17 m/s.
Le débit massique étant le même l'énergie sera alors E = 1/2 * 5.9 * 17² = 850 J, soit un moteur de 850W.

Je ne comprends pas vraiment cette différence, l'énergie étant conservée dans un système. La différence se joue-t-elle par rapport à la pression du fluide ?

Ma question principale concerne le calcul du débit fonction des données de l'hélice.

Merci d'avance pour vos réponses !

Arthur
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[f6bes]

Bjr à toi,
Tu dis: ".....Je n'ai pas réussi à trouver de formule reliant la vitesse de rotation de l'hélice, son pas et nombre de pales, au débit...."
Simplement il manque le DIAMETRE des pales et le PROFIL des pales.
Le profil influe sur le débit.
Pour le reste je ne suarais etre d'un secours quelconque.
Bonne journée

[Jaunin]

Bonjour,
Pour information :

https://www.heliciel.com/helice/eolienne%20hydrolienne/Eolienne%20%20aero%20moteur%20 eolien.htm

Cordialement.
Jaunin__

[srthysdhd]

Merci pour vos réponses.

Jaunin, je compte principalement étudier des éoliennes à axe vertical mais merci pour l'info. J'ai déjà baladé sur le site d'heliciel dont le logiciel permet de dimensionner des souffleries (mais je n'ai pas 300€ à mettre la dedans).

f6bes, effectivement je n'ai pas cité tous les paramètres de l'hélice, mais ne connaissant pas le calcul je ne connais pas les paramètres importants, cela fait parti de ma question.
Pour reformuler: Comment calculer le débit en fonction des paramètres de l'hélice (diamètre, vitesse de rotation, pas, nombre de pales, profil, .....) ?

J'ai une 1ère approche de calcul pour commencer la discussion :

D : diamètre de l'hélice
P : pas
N : nombre de pales
n : vitesse de rotation
Vt : volume déplacé par tour
Qv: débit volumique

Si l'on considère qu'une pale d'une hélice fixe déplace un volume d'air égal à la surface balayée multiplié par le pas de la pale à chaque tour on a :

Vt = PI * D²/4 * P * N

On a donc logiquement un débit volumique

Qv = Vt * n
Qv = PI * D²/4 * P * N * n

Avec une hélice de ce type (https://www.pb-modelisme.com/Helice/...e.php?prod=393) et une vitesse de rotation de 2 000 tr/min j'obtiens :

Qv = PI * 0,6²/4 * 0,25 * 2 * 2 000
Qv = 300 m3/min

C'est typiquement le genre de débit que je souhaites obtenir.
Je pense que le calcul est critiquable mais l'approche me semble bonne, vos avis ?

[A voir en vidéo sur Futura]

[Ben-whq]

Salut. C'est mon premier message sur le forum mais je pense pouvoir apporter quelques précisions.
Il faut faire attention, en réalité un ventilateur (axial ou centrifuge) voit son débit varier en fonction de l'élévation de pression qu'il doit fournir entre son aspiration et son refoulement. Cette variation est fournie par le fabricant sur une courbe avec en abscisse le débit et en ordonnée l'élévation de pression.
Le ventilateur fonctionnera sur un point débit-pression dépendant des pertes de charge du circuit. On peut les représenter de la même manière (en général on a une formule où la perte de charge du circuit varie avec le carré du débit ). Le point de fonctionnement sera l'intersection des deux courbes.
La première chose à faire est donc de calculer les pertes de charge amont et aval du ventilateur qui te donnerons la courbe résistante du circuit (parabole passant par l'origine et le point que tu calcule ).
Pour la courbe ventilateur, là c'est plus difficile, de le faire toi même car les fabricants les déterminent en faisant des séries d'essais.
Pour la puissance, en première approximation, la puissance transmise au fluide correspond au produit débit par élévation de pression, ensuite tu as le rendement qui pour un ventilateur axial est plutôt mauvais entre 0.3 et 0.7 on va dire.
Tu auras des infos aussi sur les sites du CETIAT, certains fabricants ou sur http://www.ventilation-industrie.fr/.
Je te conseil de lire un traité sur les turbomachines ça pourrait aider. Voir aux éditions ellipses en français ou McGraw Hill pour l'anglais. Ça aidera aussi pour les éoliennes car après tout ce sont des turbines.

[srthysdhd]

Salut Ben-whq.

Merci pour ces informations très pertinentes.

Devant la complexité et les incertitudes de la fabrication d'un ventilateur, j'ai fini par trouver mon bonheur dans un produit du commerce.
J'ai trouvé ce ventilateur https://www.softwarebrands.co.uk/ind...-fan-240v.html
Il est donné pour un débit max 460 m3/min, ce qui est supérieur à ce que je recherchais (280 m3/min). J'imagine qu'avec les pertes de charges le débit sera inférieur mais cela devrait rester suffisant.

Il ne me reste plus qu'à gérer l'alimentation pour régler la vitesse. Mes compétences en électricité sont limitées, comment contrôler la vitesse d'un moteur (tension, intensité, fréquence) ?
Pensez vous que ce type de produit ferait l'affaire ?
https://www.cdiscount.com/bricolage/...html#mpos=8|mp

Je posterais bientôt des plans de la conception

[penthode]

attention ,

les ventilateurs sont équipés de moteurs asynchrones .

ton variateur est prévu pour un moteur universel (genre perceuse ou aspirateur)

[srthysdhd]

Merci penthode.

Existe-t-il des variateurs pour moteurs asynchrones ?

Ce variateur semble fait pour les ventilateur, est-ce qu'il conviendrait ?
https://www.amazon.fr/Variateur-indu...0034137&sr=8-2

Si oui il me faut juste trouver une version un peu plus puissante (> 650 W)

[omega.067]

bien le bonjour
juste une question, pour "réduire" le débit, tu ne peut pas simplement, côté aspiration, "occulter" une partie de l'arrivée d'air ??
Michel

[penthode]

grillé !

ou dévier une partie du flux de sortie ,
un simple volet orientable suffit

[penthode]

Merci penthode.

Existe-t-il des variateurs pour moteurs asynchrones ?

Ce variateur semble fait pour les ventilateur, est-ce qu'il conviendrait ?
https://www.amazon.fr/Variateur-indu...0034137&sr=8-2

Si oui il me faut juste trouver une version un peu plus puissante (> 650 W)

lis les questions , c'est édifiant !

le vendeur répond que ce variateur ne convient pas aux moteurs asynchrones ,
alors que la pub ne montre que ça !

au niveau incompétence c'est coton !

à ta place , je m'abstiens

[srthysdhd]

Ok j'ai compris ce qu'était un moteur asynchrone, maintenant je comprends pourquoi le moteur de ventilo que j'ai démonté récemment n'avait pas de balais...
En fait il n'y a pas de calage entre le rotor et le stator (balais ou capteurs), donc cela semble compliqué de piloter précisément un tel moteur.

Pour mon application j'aurais besoin d'avoir une vitesse stable, est-ce que c'est possible avec un tel moteur ?

Omega, je m'étais fixé un débit minimal, je suis content d'avoir trouvé un débit supérieur, ce qui me permettra d'avoir des vitesses encore plus élevées. De toute façon l'idée c'est de piloter le ventilo pour gérer la vitesse de l'écoulement.

[srthysdhd]

Effectivement penthode je n’avais pas vu, ce qui est étonnant c'est qu'ils vendent des packs ventilos + ce variateur...
https://www.amazon.fr/Centrifuge-Ven...0035449&sr=8-4

[srthysdhd]

Ok je crois que j'avais mal compris Omega, tu veux dire que pour gérer le débit eu lieu de toucher à l'alim du moteur je mets le ventilo en marche et je joue sur les pertes de charges (obturation, volets, ...). C'est pas bête.

Ça me semble mieux si c'est possible de piloter le moteur, a basse vitesse il consommera moins et fera moins de bruit (à mon avis a fond ça va être violent) et puis je pourrais le piloter avec un potard. Après il reste à voir si c'est faisable.

En fait une question cruciale c'est: est-ce que je serais capable d'avoir un flux stable avec un moteur asynchrone (même si je rajoute pas de variateur) ?

Si je dois jouer sur la conduite j'aurais tendance à le faire vers la sortie histoire de ne pas créer de turbulences avant la zone d'essais.

Je vous joint quelques images de la conception. J'ai rajouté 2 volets (en vert) avant le ventilateur qui pourraient être inclinés plus ou moins pour gérer le débit.

[penthode]

avec un vrai variateur , genre ALTIVAR , c'est possible

[omega.067]

re
amha, il vaut mieux "brider" le flux à l'aspiration, et pourquoi pas un système concentrique, à la manière d'un obturateur photo , comme ça le flux entrant et le flux sortant seront toujours centrés, car si tu "dévie" le flux sortant du ventilo, tel que tu le préconise (en vert) c'est là que tu va avoir de sacrées turbulences
le moteur alimenté "en direct" sera assez stable en poussée
Michel

[omega.067]

avec un vrai variateur , genre ALTIVAR , c'est possible

oui, mais le hic, c'est le prix
Michel

[srthysdhd]

Ok, effectivement ça coute plus de 300€.

Pour clarifier, le sens de l'écoulement est de gauche à droite, le ventilo est en noir à la sortie de la soufflerie, la zone d'essais est au milieu (éolienne de type Savonius à l'essai, en rouge).
Un ventilateur génère un flux hélicoidal trop perturbé pour pouvoir faire des essais, c'est pourquoi il est en sorti. La dépression générée aspire l'air en amont qui sera laminaire si rien ne vient le perturber (transitions douces, pas d'obstacles, ...).
Une fois passée la zone d'essais, l'air est déjà turbulent à cause de l'éolienne en place. En déviant l'air après cette zone on rajoute encore des turbulences mais cela n'a pas d'importance.

Je vois mal comment obturer l'entrée sans générer des turbulences de manière simple et surtout je n'en voit pas l'intérêt, on se fiche de se qui se passe après la zone d'essais on peut donc obturer après cette zone.

[polo974]

au lieu de seulement fermer le flux interne, ouvre tes cloisons derrière les portes vertes (les portes vertes aiguillent l'air depuis l'intérieur ou l'extérieur).

attention, le ventilo est english, c'est à dire alimenté en 60Hz. ici, vitesse réduite de 20%...

et le prix n'est pas donné (aussi dans les 300 euros ttc) ...

tout ça pour faire des essais sur des savonius dont on sait que le rendement est limité...

[Fustigator]

attention, le ventilo est english, c'est à dire alimenté en 60Hz. .

C'est quoi cette absurdité ? Le RU est en 50 Hz depuis toujours.

[srthysdhd]

Merci pour l'info concernant la fréquence, je n'y avais pas pensé...
EDIT: Effectivement le RU est aussi en 50 Hz

Les portes vertes ont étés rajoutées rapidement pour montrer le principe, effectivement cela pourrait être fait différemment.
J'ai mis une éolienne Savonius pour représenter la zone d'essais, je compte surtout tester des Darrieus et d'autres design auquel j'ai pensé.

Je sais que ce projet va me couter du temps et de l'argent, le but est de faire une grande quantité d'essais sur différents design pour trouver ce qui est optimal.

[srthysdhd]

Ce sera peut être plus clair comme ça

[omega.067]

re
ah, oui, d'accord, mais reconnais que sur les premiers schémas, il n'y avais pas de sens d'écoulement d'air ............... on nous cache tout, on nous dis rien (sur un air bien connu )
Michel

[goaoute]

Avec deux ou trois aspirateurs que tu aura pour pas cher chez Emmaüs tu aura facilement 3 000 ou 4000W de flux.

[penthode]

bonjour le bruit !

[goaoute]

bonjour le bruit !

Bah, il faut savoir ce qu'on veut.
Brasser de l'air à haut débit c'est rarement silencieux
Après, pas sûr du tout que les données d'une maquette soient transposables au changement d'échelle.

[goaoute]

On peut remarquer que les grandes éoliennes installées ont des pales de faible surface (relative) et en petits nombre (3 pales); ce qui est plutôt contre-intuitif; ça donne à réfléchir.
Et on peut présumer que tout ça n'a pas été fait "au pif".

[srthysdhd]

La puissance de la machine n'est pas la puissance du flux, un souffleur à feuille de 3000 W à un débit de 13 m3/min, contre 400 m3/min pour un ventilateur de 900 mm de diamètre et de 650W.
Un aspirateur ou un souffleur sont fait pour générer des vitesses très élevées (300 km/h) dans des petites sections, il y a beaucoup de pertes et la puissance doit être élevée.
Pour un gros débit il vaut mieux une grosse section pour limiter la puissance.

C'est sur qu'il faut faire attention aux changements d'échelles, le but est de pouvoir tester des modèles entre 50 et 400 mm de diamètre pour essayer de tirer une courbe et faire des projections.

Je ne m'intéresse qu'aux éoliennes verticales de petite taille (pour particulier), elles ont un moins bon rendement mais sont bien plus simples à construire et à entretenir ce qui les rends plus intéressantes pour moi.
Les éoliennes américaines ont beaucoup de pales, elles ont un fort couple et une faible vitesse, ce qui convient à une fonction de pompage de l'eau.
Les éoliennes à haut rendement marchent à la portance et tournent vite, une pale génère des turbulences pour la pale qui suit, ils faut donc réduire leur nombre. Il existe même des éoliennes à une pale avec un balourd d'équilibrage.

[goaoute]

Pour être réaliste (et pour des questions de couple) ta maquette doit être pensée avec son réducteur (pour avoir les 1500 tr/mn fatidiques en dessous desquels tu pourra tout juste charger une "aaa"); et dieu sait le faible rendement des réducteurs (sauf à remplacer le réducteur par un alternateur d'un autre monde).

[polo974]

C'est quoi cette absurdité ? Le RU est en 50 Hz depuis toujours.

oups, j'avais déduit à partir de la vitesse de rotation: 850, ce qui ressemble à une vitesse pour du 60Hz...