Lampe gravitationnelle

Présentation du produit

Dans les pays en voie de développement, la GravitylLight veut remplacer la lampe à pétrole omniprésente. Mais plutôt que de recourir à des batteries onéreuses et à durée de vie limitée, les inventeurs ont repris l’idée d’un système rappelant celui des horloges de nos grands-parents.

Le mouvement de descente d’un sac lesté (de pierres, sable ou terre…), sous l’effet de la gravité, génère l’énergie nécessaire pour allumer une LED.

Modèle étudié : GL02

 

Objectif

Réaliser un modèle numérique multiphysique à l’aide de Simscape afin de pouvoir évaluer la durée d’éclairement sur une seule descente de la masse.

 

Ressources

Spécifications Techniques

Chaîne de puissance

 

Vue éclatée

Masse suspendue

  • Masse : \(m=12,5\;kg\)
  • Hauteur : \(h=1m80\)

 

Moufle

Le mouflage est une technique utilisée en manutention lourde basée sur le principe de division de la masse de la charge par un système de poulies et de cordage ou câble. L’ensemble est appelé moufle.

  • Diamètre de la poulie d’entraînement (entrée du multiplicateur) : \(d_{pe}=22\;mm\)

 

Multiplicateur

  • Couronne : \(Z_C=100\)
  • Roue 1 : \(Z_1=21\)
  • Roue 2 : \(Z_2=62\)
  • Roue 3 : \(Z_3=15\)
  • Roue 4 : \(Z_4=92\)
  • Roue 5 : \(Z_5=13\)
  • Poulie de sortie : \(d_S=60mm\)
  • Poulie génératrice : \(d_G=12mm\)

 

Génératrice

  • Moteur MABUCHI : RF-500TB (modèle 12560)

 

LED

  • Puissance nominale : \(P_D=1\;W\)
  • Courant nominal : \(I_D=350\;mA\)
  • Tension de seuil : \(U_{D0}=2,5\;V\)

 

SysML

 

Travail demandé

Construction du modèle multiphysique

Avec l’aide du diagramme de bloc interne, connecter les différents composants entre eux.

 

Ajouter et connecter des viewers (voir Afficher des courbes), puis nommer les signaux de telle sorte d’obtenir un unique scope de ce type :

Paramétrage du modèle

Déterminer la loi reliant la vitesse de descente de la masse suspendue à la vitesse angulaire de la poulie d’entraînement. En déduire la valeur du paramètre à renseigner dans le bloc Simscape nommé « Moufle ».

 

Calculer le rapport de transmission du multiplicateur, et renseigner ce paramètre dans son modèle Simscape.

 

À partir des caractéristiques de la génératrice, données par le constructeur, paramétrer son bloc Simscape.

 

À partir des caractéristiques nominales de la LED, déterminer sa résistance directe, puis compléter le bloc Simscape correspondant.

 

Simulation et détermination des pertes énergétiques

Par défaut, le réducteur possède un rendement de 1.

Modifier ce rendement jusqu’à obtenir les caractéristiques de courant et de tension données par le fabriquant de la lampe.
Donner alors la durée de la descente de la masse.

 

Sources :
https://eduscol.education.fr/sti/ressources_techniques/gravitylight-02-lampe-energie-potentielle-gravitationnelle#fichiers-liens

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