Projet éolienne "portable" imprimée en 3D

[Mashado]

Bonjour à tous et à toutes, je tiens d'abord à me présenter car je suis nouveau sur le forum. Je suis ingénieur en mécanique et, en attente de trouver un emploi je m'occupe en réalisant des petits projets avec mon imprimante 3D.

Récemment j'ai eu l'envie de fabriquer une petite éolienne portable qu'on pourrait placer dans son jardin par exemple et qui permettrait de recharger une petite batterie externe pour ensuite alimenter ses appareils électroniques préférés. Je pensais tout d'abord partir sur un modèle de type Savonius hélicoïdal afin de pouvoir exploiter des vents de faible intensité.

Je ne pense pas avoir de problème pour ce qui touche à la conception du système mais voilà mes compétences en électronique et automatisme sont assez limitées et j'aurai besoin de vos conseils et aide notamment pour dimensionner un générateur à aimants permanents qui pourrait fournir un courant nécessaire à charger une petite batterie. Alors voilà, avez vous des conseils, pages intéressantes, formules qui permettrait de calculer la tension et l'intensité du courant en fonction de la taille des bobines, force des aimants, nombre de paire de pôle, fréquence de rotation, etc d'un générateur à aimants permanant?

Je remercie tout le monde d'avance et j’espère pouvoir donner suite à ce projet.
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[Janpolanton]

Bonjour,
Comme tu ne dis rien de la partie mécanique qui est ton domaine, il va être difficile de t'aiguiller sur le choix du générateur.
Mais ne t'attends pas à des miracles, si tu parviens à allumer une LED, ce sera déjà un exploit.

[Mashado]

Quand je parle de la partie mécanique, je parle surtout de la conception/impression 3D et de comment assembler, assurer les bonnes liaisons , etc.. Justement , je n'ai aucune idée de ce qu'on pourrait prétendre obtenir c'est pour ça que j'aimerai me renseigner un peu. En fait le générateur je pensais le fabriquer moi même je ne pense pas qu'on pourrait trouver du sur-mesure et j'ai pas un gros budget ^^ .

[tchitchou]

Bonjour à tous,
tu tables sur quelles dimensions pour ton rotor ?

[A voir en vidéo sur Futura]

[FDFD]

Bonjour Mashado

Dans quel domaine de puissance souhaites-tu jouer ? Celui d'un alternateur de bicyclette ou beaucoup plus ?

De toute façon dans un jardin où le vent est tourbillonnaire et de faible vitesse tu ne peux pas espérer de grandes puissances... Je crois que la puissance produite par une éolienne est fonction du cube de la vitesse du vent... (à vérifier).

Par contre tu sembles être capable, grâce à ton imprimante 3D, d'imprimer des profils d'hélices...et ça, ça m'intéresse !

J'aimerais bien en effet fabriquer une maquette de bateau à éolienne, sans prétention, juste pour le fun... C'est toujours étonnant de voir un bateau remonter directement dans le vent sans être obligé de louvoyer... Bref pour moi c'est un jouet... Après tout il y a bien des adultes qui jouent à piloter des maquettes de voiliers sur des plans d'eau. Il y a même des compétitions.

Ne me dites pas que ça ne marche pas...je l'ai déjà réalisé mais avec une éolienne à axe horizontal, ce qui n'est pas pratique sur un bateau. J'aimerais utiliser plutôt une éolienne à axe vertical que l'on pourrait plus facilement haubaner pour se rapprocher d'un bateau à voiles. Malheureusement ce type d'éolienne de petite dimensions pour maquette n'existe pas....

D'où mon intérêt pour imprimer un profil....

A+

[Mashado]

Alors pour répondre à la première question, il faut d'abord prendre en compte mes restrictions qui sont ici les dimensions que peuvent me fournir mon imprimante 3D et aussi le but du système qui est de fabriquer quelque chose de pratique et pas une éolienne de 5m de hauteur évidemment. Donc mon plateau d'imprimante fait 220x220 donc je pourrais imprimer un disque de cette dimensions pour fixer mes aimants par exemple.

Encore désolé pour mon manque de connaissances mais je ne sais pas trop quelle puissance je pourrai obtenir. J'ai regardé plusieurs vidéos (oui c'est pas très scientifique) et avec un système assez rudimentaire: https://www.youtube.com/watch?v=y85u...ature=youtu.be on peut tout de même espérer charger un téléphone donc pourquoi pas une petite batterie??. Peut être un système de train épicycloïdal en sortie de l'arbre de l'éolienne pourrait apporter une vitesse de rotation suffisante pour compenser des dimensions plus faibles?

Pour répondre à FDFD, l'impression 3D permet de faire des choses vraiment intéressantes, il est tout à fait possible d'imprimer des profils d'hélice de ce type par exemple pour mon système:
https://www.youtube.com/watch?v=p_r20OQyfKY . Il suffit de bien connaître son imprimante et de savoir jouer avec les paramètres d'impression, choisir une épaisseur suffisante. La principale limitation c'est le volume d'impression donc si on veut faire quelque chose de grand, il faudra l'imprimer en plusieurs parties.

[tchitchou]

Et donc,
après prise en compte des paramètres,
choisi si tu fais en un morceau ou plusieurs assemblés,
voire plusieurs morceaux ajoutés de profils intéressants en "récupe", portions de bouteilles, de tubes, etc.

Tu tables sur quelles dimensions ?
il faut bien partir de quelque part..

[nDrunZ]

Bonjour tout le monde,

Petit conseil suite à une étude que j'ai faite l'année passée pour un projet universitaire dans le cadre de mon diplôme d'ingénieur: fais plusieurs "étages" sur ton éolienne. Ça va permettre de faciliter la fabrication des pâles, ça va réduire la vibration (on avait pu faire une analyse des valeurs de fréquence propre). Le mieux est de déphaser chacun de tes étages afin d'être en condition optimale. Si jamais, je peux t'envoyer le rapport que j'avais fait sur ce projet.

En tout cas bon courage, car il faut un châssis assez rigide et des guidages permettant de limiter les vibrations.

[Mashado]

Quand vous parlez de dimensions, vous voulez parler des dimensions de l'éolienne? Si oui, je pourrai imprimer les deux profils symétriques séparément sur l'imprimante et les assembler autour de l'axe de rotation, dans ce cas je pourrai avoir une éolienne qui tiendrait dans un cylindre de diamètre environ 30cm et pour ce qui est de la hauteur, je ne sais pas exactement, peut être 50-60 cm?

[Mashado]

Bonjour, nDrunz, évidemment si tu as déjà eu cette expérience ton rapport m’intéresse. J'avais vu en effet que pour les éolienne Savonius ce type de montage en plusieurs parties déphasées permettait d'éviter ce problème et notamment le soucis d'inversion du sens de rotation de l'éolienne. J'ai trouvé sur le net que d'utiliser ce profil en hélicoïde permettait de s'abstenir d'utiliser plusieurs étages mais peut être que ça ne résous pas ce problème de vibrations, je n'en sais rien.

[nDrunZ]

Pour ta hauteur de 50 à 60cm, c'est vraiment faible. Ce type d'éolienne a un rendement de fabrication faible malgré le fait qu'elle puisse tourner à des vents moins fort que pour une éolienne classique type aérogénérateur. Le mieux est soit d'avoir plusieurs éoliennes côte à côté soit d'avoir une éolienne avec une hauteur importante (de l'ordre du mètre pour le coup...).

Je fais des modifications de mise en page du rapport afin de retirer le nom des personnes ayant participé ainsi que l'école et je vois pour mettre en PDF ou directement te l'envoyer en message privé pour ne pas déranger la modération.

[titijoy3]

Bonjour,
un moteur électrique à aimants permanents peut souvent faire un alternateur acceptable, sinon, en alternateur auto construit, les modèles à neuf bobines et aimants permanents noyées dans la résine sembles les plus performants,

si je ne dis pas de bêtises, le nombre de spires par bobine définit la tension et la section du fil définit le courant (de manière simpliste, bien sur),

il existe de nombreuse vidéos de fabrication de ce type de matériel sur le net, taper "fabriquer un générateur électrique", il y à pléthore de vidéos sur les différents types de générateurs

[f6bes]

Bjr Mashado,
Tu dis: (....Encore désolé pour mon manque de connaissances mais je ne sais pas trop quelle puissance je pourrai obtenir....)
Ca c'est prendre le probléme à l'envers:
Ce qui est interressant à connaitre : ..c'est quelle puissance...ENVISAGES tu ?
Là ce serfa plus concret !
Envisager de recharger: ...recharger une petite batterie externe ... encore faut il en savoir un
peu plus sur ce que devrais etre cette batterie ( capacité /tensione )ainsi que les dimensions
envisagées de l'éolienne. (qui peut etre imprimer en plusieurs morceaux)
Avec tout ça on pourra déterminer grosso mode ce qu'il est possible de faire.
L'ingénérie comme par là.
Bonne journée

[Mashado]

La batterie que je souhaite alimenter demande en entrée 5V/2A donc je suppose une puissance de 100Wh pour une capacité de 20000mah

[polo974]

P (en W) = 1/2 * rendement * betz * rho * s * v³

rendement = rendement de l'éolienne, très faible (30 % et encore) pour une savonius, environ 70 % pour une bonne darrieus, 80 % pour une bonne éolienne à axe horizontal
betz = limite de Betz = 16/27 = environ 60% (on ne peut pas extraire plus de 60% de l'énergie d'un flux libre)

rho, densité de l'air environ 1.2 kg/m3

s, surface balayée par l'éolienne

v, vitesse du vent en m/s (18 km/h = 5 m/s)

Allez, hop, une petite darrieus de 20 cm de haut, 20 m de diamètre avec un vent de 18 km/h

1/2 * ,7 * 16/27 * 1,2 * ,2*,2 *5*5*5 = 1,24 W

mais si petite, le rendement ne sera pas là, et en plus, c'est la puissance à l'arbre, pas la puissance électrique...

bon, en doublant la dimension, on multiplie par 4...

et puis, il a le pb du démarrage des darrieus (mais là, c'est souvent l'usage d'un mauvais profil (il faut à minima le "rouler" sur le cylindre)...

[polo974]

La batterie que je souhaite alimenter demande en entrée 5V/2A donc je suppose une puissance de 100Wh pour une capacité de 20000mah

la puissance se mesure en W, l'énergie en Wh ou en joules.

5V * 2A = 10W (notez le * et non le /)

la "capacité" en mAh ne sert pas à grand chose si on ne connaît pas la tension de la batterie.

[Mashado]

Merci pour votre commentaire pertinent, je me suis mal exprimé sur la puissance en effet c'est 10W, donc si j'ai bien compris grâce à la formule du dessus je peux directement obtenir la puissance en sortie l’éolienne, à cela il faudra aussi prendre en compte le rendement du générateur et peut être aussi une perte dans le régulateur?. Dans ce cas, un modèle de type Darrieus serait sûrement plus approprié non? concernant le problème de démarrage, ça peut être contré facilement?. j'ai une question peut-être bête mais quelle est l'influence de la vitesse de rotation du rotor/stator dans un générateur à aimants permanent? Est ce que plus il tourne rapidement plus le flux dans les bobines est grand et donc le courant induit augmente aussi? une autre question aussi, quand on regarde les caractéristiques d'une batterie par exemple, c'est indiqué par exemple dans mon cas:


Est ce que ça signifie que pour pouvoir charger la batterie il faut un courant de 2A et une tension de 5V où alors est ce que c'est une indication de valeurs "optimales" et en utilisant une tension et un courant plus faible on peut quand même recharger la batterie mais en un temps plus long?

[Janpolanton]

Je suis surpris de tes questions.
Tu es donc ingénieur en génie mécanique et tu n'a jamais appris une once de physique et les b.a ba de notions d'électricité?

[Mashado]

Bon , merci pour vos réponses, je vais me replonger dans mes cours d'électrotechnique ça m'évitera de poser des questions idiotes

[harmoniciste]

je ne sais pas trop quelle puissance je pourrai obtenir. Peut être un système de train épicycloïdal en sortie de l'arbre de l'éolienne pourrait apporter une vitesse de rotation suffisante pour compenser des dimensions plus faibles?

S'il suffisait d'un train d'engrenage pour pallier une puissance insuffisante, on pourrait alimenter un immeuble avec une dynamo de vélo!

[titijoy3]

il faut que la vitesse de rotation soit suffisante pour commencer à produire mais il faut aussi du couple, c'est le rapport vitesse/couple qui donne la puissance, à la sortie du train d'engrenages on récupère la puissance d'entrée diminué des pertes dans le réducteur

[Gyrocompas]

Bonjour,

S'il suffisait d'un train d'engrenage pour pallier une puissance insuffisante, on pourrait alimenter un immeuble avec une dynamo de vélo!

Simple question de taille des mollets.

Remarque venant des systèmes de récupération en F1.
2 systèmes concurrents ont été utilisés, celui imposé, (électrique) possède un rendement d'environ 40% alternateur->batterie->moteur.
Le turbo fonctionne également sur ce principe pour réduire la latence.

Le système mécanique (Porsche-Williams, non retenu) consistait à emmagasiner l'énergie dans un disque rotatif (milliers de tr/mn)
Son rendement approchait les 70%.
Voir si une solution mécanique conviendrait, s'inspirer de l'horloge à poids de mamie.

[polo974]

... c'est le rapport vitesse/couple qui donne la puissance, ...

Non, c'est le produit vitesse * couple qui donne la puissance.