Dimensionnement de Système

APP 11-13-1-20

Présentation du groupe D1Anne HeBaptiste PeltierDavid BerreurChao SunP.E. KephaliacosRomain Chion

Sommaire

Cahier des Charges

Premier Calcul

Choix des Matériaux

Optimisation des dimensions

Vérification du CdC

Pour aller plus loin

Cahier des Charges

Eolienne pour particulier : - Mât cylindrique creux avec deux pales

rectangulaires- Pouvoir être montée par moins de 5

personnes- Délivrer une puissance de 300W- Etre rentable en moins de 8 ans

Cahier des Charges

Premier Calcul

Choix des Matériaux

Optimisation Measurement Calculus and Stats

Cahier des Charges

• Pour les pales :- Avoir un poids maximum de 5kg- Résister à un vent de vitesse maxi de 200

km/h- Résister aux conditions climatiques

Cahier des Charges

Premier Calcul

Choix des Matériaux

Optimisation Measurement Calculus and Stats

Mat Pâle h

b

Cahier des Charges

• Pour le mât- Avoir un poids maximum de 100kg- Pouvoir être monté à partir de tronçon de

2m maximum- Résister au vent (flèche maximum de 20

cm)

Cahier des Charges

Premier Calcul

Choix des Matériaux

Optimisation Measurement Calculus and Stats

H

De

Cahier des Charges

• Pour l'ensemble :- Faciliter la livraison (2m x 2m)- Résister au vent - Etre étanche- Silencieux- Etre de couleur blanche

Cahier des Charges

Premier Calcul

Choix des Matériaux

Optimisation Measurement Calculus and Stats

Premier Calcul

• On pose les formules de calcul

On a pris ce modèle pour le mât :

On a pris ce modèle pour les pales :

-> Cf. fichier ExcelPremier Calcul

Choix des Matériaux

Optimisation

Validation du CdC Measurement Calculus and Stats

PFvent

Premier Calcul

• Paramètres.– Hauteur, diamètre, épaisseur du mat, longueur

et largeur des pales

• Contraintes– Masses, flèche sur l'armature et sur le mat,

contrainte normale, puissance fournie, rentabilité économiques pour un acheteur.

Premier Calcul

Choix des Matériaux

Optimisation

Validation du CdC Measurement Calculus and Stats

Choix des Matériaux

Pour les pales : On impose une vitesse minimale du vent de 8,5m.s-1 (Hauteur 5m) et maxi de 55m.s-1

De nos jours les pales sont faites en matériaux composites: Fibre de verre, fibre de carbone, kevlar.

On observe le rendement, la masse et la déformation de la pale et on oublie le prix dans un premier temps

Choix des Matériaux

Optimisation

Validation du CdC

Pour aller plus loin Measurement Calculus and Stats

Choix des Matériaux

On choisi donc la fibre de carbone.

Les dimensions de la pale sont limitées entre 1,4 et 2m en hauteur et entre 1 et 1,7m en largeur

Choix des Matériaux

Optimisation

Validation du CdC

Pour aller plus loin Measurement Calculus and Stats

Choix des Matériaux

Pour le mât : On impose une surface de pâle de 3m²

De nos jour les éoliennes sont faites en acier ou en aluminium.

On observe l'évolution de la masse, de la flèche et de la contrainte normale et on oublie le prix dans un premier temps

Choix des Matériaux

Optimisation

Validation du CdC

Pour aller plus loin Measurement Calculus and Stats

Choix des Matériaux

Les deux métaux se valent, si on valorise le prix, on prendra l'acier, si on valorise le poids, on prendra l'aluminiumOn prendra l'aluminium par soucis de réalisme (des essais montrent qu'à performances équivalentes, l'épaisseur du mât devient ridicule pour l'acier)

On limite la plage de hauteur entre 6 et 8m, le diamêtre entre 20 et 40cm et l'épaisseur entre 2 et 4mm.Choix des Matériaux

Optimisation

Validation du CdC

Pour aller plus loin Measurement Calculus and Stats

Optimisation

• Grâce aux intervalles précédent:

– On maximise la surface de pâle sans dépasser la flèche de 10% à 2 x 1,6m

– On maximise le rendement avec une hauteur de 8m

– On diminue la flèche en augmentant le diamètre et la masse du mât en diminuant l'épaisseur.

Optimisation des dimensions

Validation du CdC

Pour aller plus loin

Measurement Calculus and Stats

Validation du CdC

On vérifie sous RDM6 Le Mans

Validation du CdC

Pour aller plus loin

Measurement Calculus and Stats

BONUS

• Autres designs:– On pourrait imaginer une base élargie (Mat sur

trépied, mat conique) afin de répartir la masse, là où elle est nécessaire.

– Autre forme de pales, trapèzoïdale, éliptique, dans l’espace, plus aérodynamique

Pour aller plus loin

Measurement Calculus and Stats

BONUS

• Emballage:– Cartons prédimensionnés– 2m*1,6m*0,5m– 4 tubes de 2m et les deux pales–Masse inférieur à 90kg (portable par le

livreur et le consomateur)

Pour aller plus loin

Measurement Calculus and Stats

40cm

1,55m

qq cm

BONUS

• Mise en position:– Une fois ouvert:• 4 tubes de 20kg• 2 pales de quelques kg

– Encastrement:• Pivot bloqué au sol avec des rivets une fois

élevé• Rivets pour encastrer les tubes entre eux (pas

de perte de hauteur)Pour aller plus loin

Measurement Calculus and Stats

Tube 1

Tube 2

Rivets (Bonne étanchéité)

Mat

Sol

BONUS

• Rendement économique:

– Prix de vente 5000€

– Rachat par EDF 0,82 €.kWh-1

– Rentable au bout d’un peu plus de 8 ans

Pour aller plus loin

Measurement Calculus and Stats

Merci de votre attention