Lampe éolienne
Objectif
Dans les pays en voie de développement, la lampe à pétrole, polluante et onéreuse, est trop souvent le seul moyen de disposer de lumière. Plutôt que de recourir à des batteries, couteuses et à durée de vie limitée, on se propose de concevoir et réaliser une lampe fonctionnant à l’énergie éolienne, et capable d’allumer une ampoule électrique.
Cahier des charges
- Durée d’éclairement (à partir d’un accumulateur chargé) : 4h
- Puissance LED : 0,1 W
- Temps de rechargement complet (quantité suffisante pour éclairer pendant la durée spécifiée) de l’accumulateur : <24h avec un vent de 8m/s
Matériel
Toujours dans un objectif de développement durable, la lampe sera réalisée dans une démarche d’éco-conception :
- Utilisation autant que possible de composants recyclés
- Utilisation de matériaux respectueux de l’environnement
- recyclables
- bio dégradables
Éclairage LED
Il est malheureusement fréquent que des lampes à LED tombent en panne bien avant ce que le constructeur annonçait.
La plupart du temps, seule l’électronique d’alimentation est en cause. Les LED, quant à elles , sont intactes et en parfait état de fonctionnement.
Génératrice
Les lecteurs de DVD, naguère incontournables dans nos ordinateurs, deviennent au fil des années obsolètes. On peut en trouver de grandes quantités grâce aux ordinateurs en fin de carrière. Les lecteurs DVD possèdent plusieurs types de moteurs, dont un moteur à courant continu utilisé pour l’ouverture du plateau.
Multiplicateur
L’hélice, de petite taille, devrait tourner rapidement. Mais si la vitesse n’est pas suffisante, il faudra utiliser un multiplicateur de vitesse. On décide d’employer des poulies et une courroie (récupérées sur le lecteur de DVD).
Pales
Découpées dans des plaques de bois ou de plastique
Stockage
Accumulateur Li-ion au format 18650.
Régulateur
La fonction de régulateur est multiple :
- Fournir à l’accumulateur une tension contrôlée et couper l’alimentation lorsque la charge est terminée, et ceci afin de ne pas détériorer l’accumulateur.
- Fournir à la LED une tension constante afin d’avoir un éclairement d’intensité constante.
Limiteur de décharge
La fonction de ce composant sert à protéger l’accumulateur contre la décharge profonde, les surtensions et les court-circuits.
Poulies et courroies
Récupérées dans le lecteur DVD
Autres pièces
Pièces de structure :
impression 3D PLA (biodégradable)
Axes :
Récupération dans le lecteur DVD ou autres systèmes
Guidage en rotation :
Roulements à billes
Modèles numériques
MATLAB/Simscape
Modèle MATLAB/Simscape à télécharger : Eolienne_MATLAB
Solidworks
Maquette volumique SolidWorks à télécharger : Eolienne_SW
Déroulement des tâches
Préparation
Afin de pouvoir travailler en collaboration, les documents numériques (rapport et feuilles de calcul) devront se trouver sur un drive :
- Créer un document texte pour la rédaction du rapport sur un drive (Google Drive ou bien CryptPad)
- Créer une feuille de calcul, toujours sur un drive.
- Partager ces documents au sein du groupe, et avec le professeur.
Séance 1
A l’aide d’une feuille de calcul, réaliser un calcul préliminaire : à partir des données du CdCF, estimer le rendement global que doit avoir le système pour respecter le CdCF.
Décrire la chaîne de puissance sous forme de diagramme.
Démonter un lecteur DVD pour récupérer la génératrice et rechercher ses caractéristiques sur Internet.
Identifier et/ou calculer et/ou mesurer les caractéristiques des autres composants.
Séance 2
Calculer rapidement la capacité de l’accumulateur nécessaire pour alimenter la LED pendant la durée spécifiée dans le CdCF.
Réaliser une expérimentation simple pour évaluer la tension de seuil de la LED.
Télécharger, ouvrir et analyser le modèle multiphysique MATLAB/Simscape.
Paramétrer ce modèle en renseignant les caractéristiques connues des composants (génératrice, multiplicateur à courroie, LED, …) et en faisant des hypothèses sur les autres paramètres.
Séance 3
Rédiger un protocole de mesure qui doit permettre de déterminer les caractéristiques d’un rotor d’éolienne (fourni).
Déterminer ces paramètres grâce à des expérimentations.
Vérifier par simulation que le rotor convient. Dans le cas contraire, proposer des modifications.
Démonter un lecteur DVD pour récupérer le reste des composants utiles.
Séance 4
Analyser la maquette volumique fournie.
Rédiger un protocole de montage, à destination du technicien de maintenance.
Concevoir une poulie.
Adapter la maquette volumique aux résultats de la simulation
Impression 3D
Séance 5
Assemblage
Séance 6
Mesure des performances.
Retour sur modèle MATLAB et le cahier des charges