Calcul de torque poulies

[lapindegarenne55]

Bonjour,

Je suis en train d'essayer de concevoir un "générateur électrique" fonctionnant grâce à un poids, que l'on remonte à l'aide d'un palan à chaîne. Un peu comme une horloge comtoise. (Voir pièce jointe)

Ce système, si par chance il fonctionne, permettra à mon oncle qui habite dans un coin reculé de Lorraine, de pouvoir charger ses batteries les jours de pluie. (Maison non reliée au réseau edf, groupe électrogène 300euro gasoil/mois)

Le poids ferait environ 500 Kg (bidon d'huile 200L rempli de béton), relié par un câble à une grande poulie à deux diamètres, l'un de 50 mm l'autre de 1000mm. Le câble du bidon étant relié sur le diamètre 50mm.

Le diamètre 1000mm quand à lui sert à démultiplier la longueur de câble. Ensuite vient l'entraînement de l'alternateur qui produira le courant si recherché.

Il sera composé d'une roue poulie diamètre 5cm, pour l'enroulement du câble couplé d'une roue denté diamètre 100cm, pour la transmission par chaîne au pignon de l'alternateur.

Ce que j'aurais besoin de calculer, pour dimensionner mon poids, c'est la démultiplication de force créée par les poulies. En effet il faudrait atteindre le couple de 8 Nm à l'alternateur.

Autre chose que je n'ai pas encore déterminé, mais qui ne compte pas pour les calculs c'est comment le câble se ré-enroulera autour des poulies pendant la phase de remontage du poids.

Mes explications n'étant pas très claires je vous met le croquis en pièce jointe afin que vous compreniez mieux l'idée.

Si quelqu'un pouvait m'aider pour les calculs de newton mètre, je vous serait très reconnaissant.

Merci d'avance

Bonne soirée
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[XK150]

Salut ,

Je ne vais pas épiloguer , ni polémiquer au sujet du principe de ces systèmes qui butent sur un principe simple , juste un avertissement :

Mettez sur chaque axe les vitesses de rotation attendue ; Les surmultiplications en cascade entraînent des inerties importantes des parties tournantes à mettre en mouvement , qui peuvent empêcher le système de démarrer .
Votre masse de 500 kg peut rester immobile à son point de départ . Il faut juste tout prendre en compte et le calculer , ce qui n'est pas simple , notamment à cause des frottements .
Beaucoup de personnes ne comprennent pas ce phénomène , c'est pouquoi je n'irai pas plus loin dans la discussion .

Je ne connais aucun système gravitationnel de ce type , qui produise de l'énergie électrique , le hic , celui auquel vous êtes confrontré : passer d'une descente lente à un mouvement de rotation rapide .

[XK150]

Si je comprends bien , vous avez 8 m de hauteur .
Energie théorique maxi : m g h = 500 10 8 = 40 000 J ( joules )

40 000 J , admettons 1/2 heure = 1800 s donne 20 W ( watts ) pendant 1/2 heure . Tout dépend des batteries à charger , mais ce n'est pas beaucoup ....

Avant de parler couple , il faut prendre en compte la vitesse de rotation nominale à atteindre de l'alternateur : c'est elle qui déterminera le reste .

Il ne faut surtout pas de frein ( il y a déjà peu d'énergie produite ... ) , le système doit être automatiquement freiné par le couple mécanique nécessaire à l'alternateur pour produire sa puissance électrique ...

[lapindegarenne55]

Bonsoir,

Merci pour votre réponse, je viens d'ajouter au schéma les vitesses de rotation sur chaque axe. Schéma Rev1.pdf

En ce qui concerne l'impulsion au démarrage, je pensais la donner manuellement à l'aide d'une manivelle.

Pour l'alternateur, je souhaiterais utiliser un modèle 48V 12KW 500RPM couple 8Nm à 500 RPM.

La chute devrait durer 60mn environ, assez pour charger des batteries au gel (qui à répéter l'opération 3 à 4 fois par jour).

Merci à vous,

Bonne soirée

[A voir en vidéo sur Futura]

[polo974]

Belle uag (usine à gaz) qui ne peut pas fonctionner. En plus d'être inutile, coûteuse et dangereuse.

À gauche, 7m50 de hauteur moins 1m de hauteur du bidon (allez, cadeau, on n'en tient pas compte).
Donc 7.5 * 5000 = 37500 joule soit en 1 heure, / 3600 = 10.5W

(heu, et qui va remonter l'horloge???)

À droite, 500tr/mn couple de 8Nm.
Soit 8.33 tr/s * 2 * 3.14 * 8 = 419W

Heuuuu, pas possible...
À la rigueur le centième...

Heuu, et si on pédalait direct un alternateur pour recharger la batterie... (cf question qui remonte l'horloge)
Sans le pb d'enroulement des câbles acier (vieillissement accéléré sur un si petit diamètre).
Le 2ème câble ferait plutôt dans les 120 à 150 m ( eh oui, course du bidon * 20 ).
Sans le danger d'une masse massive suspendue.
Sans le bilan carbone de ce bidule.

[lapindegarenne55]

Bonsoir,

Pour la remontée, comme je l'ai mis au début du premier message, je pensais utiliser un palan à chaîne.

Coté danger, si jamais ça pouvait marcher, je pensais guider la descente du bidon sur le mât lui-même à l'aide d'un rail.

Bonne soirée

[Gwinver]

Bonsoir.

Le bilan énergétique étant critique, il faut minimiser, voire éliminer les frottements.


Le rail ne devrait pas avoir de contact avec la masse et ne servir que comme sécurité.

Il faut aussi supprimer les deux poulies de renvoi au sommet.
Le câble d'acier de 5 mm entrainant le générateur représente un certain poids, il faudrait donc placer le système générateur et démultiplication en haut du mât.

Enfin, le système est pensé pour que les câbles s'enroulent autour des tambours côte à côte.
Le tambour du haut et celui du bas ont des diamètre différents, donc un nombre de tours différents (rapport 33), le câble aura donc un angle s'éloignant progressivement de la verticale. Mais, alors il ne s'enroulera pas naturellement en spires côte à côte.
En haut, la variation est de 38 x 0.5 = 19 cm, en bas il y aura 33 x 19 = 627 cm : un axe de plus de 6 m de long !!!

Cette partie gagnerait à être remplacée par un groupe plateau/pignon.

[jiherve]

bonsoir
le bilan énergétique devrait clore la discussion!
JR

[lapindegarenne55]

Bonsoir,

Ok, je crois qu'il devra se contenter du groupe électrogène!

En tout cas merci pour vos réponses !


Bonne soirée

PS: Juste pour Gwinver j'ai mis ton idée en PJ : Schéma Rev2.pdf

[Gwinver]

Merci, c'est sympa.

Ce système, si par chance il fonctionne, permettra à mon oncle qui habite dans un coin reculé de Lorraine, de pouvoir charger ses batteries les jours de pluie. (Maison non reliée au réseau edf, groupe électrogène 300euro gasoil/mois)

Il faudrait faire un bilan en commençant par la capacité de la batterie.
Si la batterie est chargée par panneau photovoltaïque, il suffirait peut-être de redimensionner la batterie et la surface de panneau.

Il existe sur le web beaucoup de sites permettant de dimensionner un système PV en fonction du lieu et de l'exposition.

[coco34]

bsr qui va se taper la remontée du bloc 500kg c'est bibi ?

[XK150]

Bonsoir,

Merci pour votre réponse, je viens d'ajouter au schéma les vitesses de rotation sur chaque axe. Pièce jointe 491953

En ce qui concerne l'impulsion au démarrage, je pensais la donner manuellement à l'aide d'une manivelle.

Pour l'alternateur, je souhaiterais utiliser un modèle 48V 12KW 500RPM couple 8Nm à 500 RPM.

La chute devrait durer 60mn environ, assez pour charger des batteries au gel (qui à répéter l'opération 3 à 4 fois par jour).

Merci à vous,

Bonne soirée

La descente en 3600 s vous donne 10 W théorique .
Le rendement de l'installation est déplorable , admettons 0.5 et je suis gentil , il vous reste 5 W effectif .
Le premier arbre tourne à 38 tr/ heure , soit 0.63 tr/min .
L'alternateur doit tourner à 500 tr /min .
Vous avez besoin d'une surmultiplication mécanique de rapport 780 .
Avec 5 W , le rotor de votre alternateur de 12 kW ( !) certes , largement dimensionné ! , ne bougera pas d' un mm ...

[lapindegarenne55]

Bonjour,

C'est une installation photovoltaïque, avec deux panneaux de 200W. Les batteries ont quelques années, mais on été dimensionnées par le fournisseur par rapport aux panneaux.

Le problème, comme il s'est passé cet hiver, c'est plusieurs semaines de temps gris d'affilé. Le mieux serait peut être une petite éolienne.

Merci pour votre aide, je ne suis pas du tout familier avec ces calculs de force.

Bon dimanche

[coco34]

bonjour
le pb ce n'est pas le calcul de la force mais le calcul énergétique.
tu pars avec l'énergie potentielle Mgh, et ensuite à l'huile de coude tu devras te taper la remontée du bloc béton c'est utopique !
l'énergie au final c'est bibi qui l'a fournit !
je pensais au départ que tu voulais utiliser l'eau de pluie...
par contre faire du tracking du soleil oui ce sera utile

[lapindegarenne55]

Bonjour,

Remonter le bloc avec un palan à chaine de capacité 1T aurait pris 5mn environ, sans efforts excessifs.

En été par temps ensoleillé les batteries sont complètement chargées à 9h du matin ! Le problème c’est l’hiver, ou on arrive à peine a charger 100W en une journée.

Peut être que le tracker augmenterait un peu la charge, mais comparé à l’investissement initial, je ne pense pas que ça vaille le coup.

Merci

Bonne journée

[Gwinver]

Bonjour.

En été par temps ensoleillé les batteries sont complètement chargées à 9h du matin ! Le problème c’est l’hiver, ou on arrive à peine a charger 100W en une journée.

Il faudrait être plus précis sur la charge, 100 W est une puissance mais pas une capacité.
S'agit-il de 100 Wh ou bien d'une moyenne de 100 W sur la journée, ou encore d'une puissance instantanée de 100 W?

Une piste possible serait de varier l'orientation des panneaux en fonction de la saison.
La hauteur moyenne du soleil au dessus de l'horizon varie de près de 45° entre hiver et été.
Il faudrait connaître l'inclinaison actuelle des panneaux.

[polo974]

Bonjour,

Remonter le bloc avec un palan à chaine de capacité 1T aurait pris 5mn environ, sans efforts excessifs.
...
Bonne journée

Ça fait quand même 120 W (pendant 5 mn) à fournir à bout de bras (sans tenir compte des pertes de rendement dans le treuil). C'est pas anodin. Et tant qu'à faire, autant charger directement la baterie...

Et tout ça pour 10 Wh... Soit vraiment pas grand chose (environ une cellule li-ion standard).

Ça fait quand même beaucoup de béton et d'acier pour pas grand chose au bout.

[lapindegarenne55]

Bonjour,

Nous avons récemment déplacé et surélevé à 45°, deux des panneaux sur le toit de la maison.

Deux sont orientés sud-est pour la charge du matin, et deux autres sont sud-ouest pour la charge du soir. (4 panneaux pardon)

Sur la question de la charge en watt, je crois que ça doit être une moyenne, car c'est ce qui est donné sur le compte rendu de l'application du MPPT.

Je pense que la solution serait d'acheter des batteries au lithium, et d'une petite éolienne. Le problème c'est que l'on est en fond de vallée, avec beaucoup d'arbres et des vents tournants.

Oui c'est sûr que pour rentabiliser ce système, il aurait fallu qu'il marche très bien ! Mais bon les 300 euros de gasoil ça fait réfléchir à d'autres solutions.

Sinon il y a les volants de stockage solaire : https://www.energiestro.fr/ ça à l'air bien mais très cher !

Merci

Bonne soirée

[Gwinver]

Bonsoir.

Voici un calculateur de gisement d'irradiation solaire:
http://ines.solaire.free.fr/gisesol_1.php

Qui peut permettre d'évaluer la ressource, et éventuellement l'influence de l'angle.
Cela peut fournir l'énergie possible sur une journée et évaluer le gain possible en redimensionnant la capacité de la batterie.
Après, il faut voir la capacité du MPPT à gérer une batterie de plus forte capacité ou d'une technologie différente.

[coco34]

bsr ton problème lapin c'est que l'énergie c'est bibi qui la fournit et ca c'est pas intelligent désolé de te le dire mais c'est la dure réalité trouve le moyen de fournir de l'énergie autrement le soleil l'eau de pluie le vent etc...
tiens par exemple une éolienne qui remonte ton contre poids ca serait plus judicieux !
n'utilises pas de cable ni de courroie il faut utiliser des pignons(rendement 95%) sinon tu vas bouffer le peu d'énergie

[polo974]

En relisant:

Ce système, si par chance il fonctionne, permettra à mon oncle qui habite dans un coin reculé de Lorraine, de pouvoir charger ses batteries les jours de pluie. (Maison non reliée au réseau edf, groupe électrogène 300euro gasoil/mois)

300 euro gasoil/mois, je suppose que c'est du GNR.donc 1.3 euro/l environ. soit 230l
un groupe consomme en gros .6l /kWh => 384 kWh par mois, ce qui fait une puissance moyenne consommée de 520W 24/7.

Bref, il faut au moins 12 personnes normales ( en 3/8 sans trop de congés) pour fournir musculairement cette puissance en permanence...

En, hiver, en montant les panneaux à 60° vers le sud, on obtient 1kWh par m2 (décembre) et par jour. soit 41W par m2 (en moyenne).
Le rendement du panneau étant au mieux 25%, 10W par m2, il faudrait donc 52 m2 de panneaux, mais sans réserve d'un jour à l'autre...

J'ose espérer que la chaleur du groupe sert aussi à chauffer le bâtiment...

Ensuite, on peut ne viser que 6 mois de l'année, ce qui d'avril à septembre permet en montant les panneaux à 40° de réduire la voilure d'un facteur 4. "plus que" 13 m2 de panneaux (sans réserve)...

[lapindegarenne55]

Bonjour,

Si je suis le calculateur, le meilleur angle avec une orientation générale sud-ouest serait 20° en été et 60° degrés en hiver. Il faudrait donc un système de crémaillère à l'arrière des panneaux pour pouvoir ajuster l'angle en fonction de la saison.

Quant au MPPT il est couplé avec un multiplus https://www.victronenergy.fr/upload/...harger-FR-.pdf pour la charge avec le groupe électrogène.

Si je reste dans notre budget :

On à déjà 4 panneaux 100W, si on ajoute 4 nouveaux panneaux de 175W, ça ferait, 1100Wh de charge, 8m2 en tout. Plus deux batteries neuves lithium 12.8V 100Ah.

Donc si on suis le calculateur, en décembre avec une inclinaison de 60° orientation sud-est, on obtient 0.44KW/m2 x 8 = 3.52 KW/Jour x0.25 = 880W/Jour 880W/24V =146A dans une journée ?

Par contre en juillet on est à 2760W/m2 x 8 = 22 080 W/J x 0.25 = 5520W/24V = 230A/jour.

C'est bien ça ?

Le groupe est dans une cabane, il ne réchauffe rien du tout !

Sinon Coco34, vu que on est à flanc de coteau avec un terrain qui a 18m de dénivelé, on pourrait pomper de l'eau en haut du terrain (6000L de cuve déjà en place), et utiliser la chute pour faire du courant.. Mais bon ça me paraît un peu hasardeux.

Merci pour votre aide,

Bonne journée

[coco34]

bonjour

non tu ne pompes rien c'est une dépense=perte !
il faut faire de l'heliostat avec tes panneaux et les mettre sans ombres par des arbres etcc

[Gwinver]

Bonjour.

On à déjà 4 panneaux 100W, si on ajoute 4 nouveaux panneaux de 175W, ça ferait, 1100Wh de charge, 8m2 en tout. Plus deux batteries neuves lithium 12.8V 100Ah.

Donc si on suis le calculateur, en décembre avec une inclinaison de 60° orientation sud-est, on obtient 0.44KW/m2 x 8 = 3.52 KW/Jour x0.25 = 880W/Jour 880W/24V =146A dans une journée ?

Par contre en juillet on est à 2760W/m2 x 8 = 22 080 W/J x 0.25 = 5520W/24V = 230A/jour.

Attention aux unités, le gisement est en kWh, et donc les courants sont en Ah.

J'ai pris pour Nancy, inclinaison 60°, orientation -45° (Sud Est).

0.44 kWh/jour corresponds au rayonnement direct.
Le tableau donne aussi le rayonnement global : 0.85 kWh/m² par jour qui inclue le direct et le réfléchi du sol, sans le réfléchi du sol, on a : 0.82 kWh/m² pour décembre.

D'après le texte, les panneaux actuels sont capables de fournir 100 W crête par m², le rayonnement maximal à la surface de la terre étant de 1 kW/m², on en déduit un rendement de 10% (aujourd'hui, les panneaux solaires arrivent à près de 20%). Mais, on ne sait pas s'il s'agit de la puissance issue du panneau ou de l'installation (cette dernière incluant les rendements de conversion et de charge de batterie). La capacité est donc de 0.82 x 0.1 x 4 = 0.328 kWh/jour.
Les nouveaux panneaux auraient un meilleur rendement puisqu'ils arrivent à 175 W crête (on ne sait toujours pas si cela tient compte des rendements de conversion).
Les 4 nouveaux panneaux fourniraient : 0.82 x 0.175 x 4 = 0.574 kWh/jour.
Au total : 0.9 kWh par jour.

L'important est la puissance disponible, la capacité est importante pour le dimensionnement des batteries.
Les chiffres ci-dessus sont des moyennes, certains jours sont mieux ensoleillés et permettent d'emmagasiner de la charge pour les mauvais jours, sous réserve de dimensionnement des batteries.

Pour cela, il faudrait identifier d'autres calculateurs permettant d'avoir le nombre de jour probable de plein ensoleillement.

[lapindegarenne55]

Bonjour,

Ah oui c'est vrai ! J'ai du mal avec les Ah et tant donnée que l'unité était par jour.

Sur ce site on trouve les temps d'ensoleillement à Metz : https://www.annuaire-mairie.fr/ensoleillement-metz.html

En décembre on est à 967W/h par m2 avec environ 41h d'ensoleillement sur le mois de décembre.

41/31 = 1.3h/jour ! 0.967x0.175x4 = 0.676 kWh + 0.967x0.1x4 = 0.386 kWh 0.676+0.386= 1.062 kWh x 0.9 = 0.955 kWh avec le rendement

Même résultats ! Donc on est sur 0.9kWh en décembre.

Merci pour vos réponses, je vais voir avec mon oncle pour installer tout ça !

Bonne journée !

[Gwinver]

Bonjour.

L'idéal serait de connaître le nombre de jours de plein ensoleillement en décembre de façon à définir la capacité de batterie nécessaire, mais je n'ai pas trouvé cette donnée.

[Gwinver]

J'ai fini par trouver ce site :

https://www.meteoblue.com/fr/meteo/h...france_2994160

En décembre : ensoleillement 2 jours, partiellement nuageux : 8.5 jours.

Au mieux, 1/3 du mois pour recharger les batteries.

[coco34]

bonsoir lapindegarenne il faut que tu fasses de l'heliostat tu vas multiplier la production électrique

[polo974]

bonsoir lapindegarenne il faut que tu fasses de l'heliostat tu vas multiplier la production électrique

Pour gagner quoi? 30 ou 50%... Alors que c'est un fois 10 qu'il faudrait pour couvrir l'énergie fournie par le groupe électrogène (sans parler du stockage).

Enfin, si on avait un vrai bilan énergétique, mois par mois, on pourrait mieux étudier ça.

[lapindegarenne55]

Bonjour,

Voici quelques infos sur la charge et les dépenses : (actuel avec 4 panneaux 100w)

-Dépense moyenne journalière entre 1.8kw et 2.2kw par jour

-Charge un jour de pluie environ 70w/jour

-Charge mi février soleil/nuages 1kw/jour

-Charge en plein été 2.2Kw à 6h du matin batteries chargées

Il y a 2 panneaux orientés sud-est inclinés à 60° et deux panneaux orientés sud-ouest inclinés 45°.

Pour l'héliostat, pourquoi pas il faudrait voir le prix de l'installation du traqueur solaire, tu parles bien de ce type de système : http://www.solar-kit.com/epages/6203...ts/SKSM44M2V2P

Mon oncle a trouver ces batteries sur internet :
https://zenaji.com/wp-content/upload..._20230830..pdf

Ils garantissent 22 000 cycles ou 20 ans, qu'est ce que vous en pensez ?

Merci d'avance,

Bonne journée