Lampe gravitationnelle
Objectif
Dans les pays en voie de développement, la lampe à pétrole, polluante et onéreuse en carburant, est trop souvent le seul moyen de disposer de lumière après le coucher du soleil.
Plutôt que de recourir à des batteries, couteuses et à durée de vie limitée, on se propose de concevoir et réaliser une lampe rechargeable manuellement en quelques secondes en remontant un sac lesté (de pierres, sable ou terre…). Son mouvement de descente, sous l’effet de la gravité, génère l’énergie nécessaire pour allumer une ampoule électrique.
Cahier des charges
- Puissance de l’éclairement : 0,1 W
- Durée de éclairement : 20 minutes pour une hauteur de 1m80
- Masse suspendue : masse < 12 kg
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.
Réducteur
Dans le cas de la lampe à dynamo, les performances et la durée de vie reposent essentiellement sur la qualité du réducteur : il doit être très robuste et avoir un bon rendement.
Autres pièces
Pièces de structure :
impression 3D PLA (biodégradable)
Axes, multiplicateur à poulies/courroies, … :
Récupération dans le lecteur DVD
Guidage en rotation :
Roulements à billes
Modèles numériques
MATLAB/Simscape
Modèle MATLAB/Simscape à télécharger : Gravite_MATLAB
Solidworks
Maquette volumique SolidWorks à télécharger : Gravite_SW
Tâches à réaliser
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
Décrire la chaîne de puissance sous forme de diagramme.
A l’aide d’une feuille de calcul, réaliser un calcul préliminaire de faisabilité : à partir des données du CdCF, calculer le rendement global que doit avoir le système pour respecter le CdCF.
Démonter un lecteur DVD pour récupérer la génératrice et identifier ses caractéristiques.
Identifier et/ou calculer et/ou mesurer les caractéristiques des divers composants.
Séance 2
Réaliser une expérimentation simple pour évaluer la tension de seuil de la LED (voir les diodes)
Paramétrer le modèle numérique MATLAB/Simulink (les paramètres inconnus feront l’objet d’hypothèses)
Adapter les différents paramètres du modèles (diamètre de la poulie, …) de manière à respecter « au mieux » le CdCF.
→ Faire des choix et des hypothèses !
Séance 3
Grâce à des expérimentations, déterminer le nombre de tours de ficelle autour de la poulie et la masse du contrepoids. (voir frottement exponentiel)
Rédiger un protocole, à destination de l’utilisateur, pour remonter la masse suspendue.
Démonter un lecteur DVD pour récupérer les composants utiles.
Séance 4
Analyser la maquette volumique fournie.
Rédiger un protocole de montage, à destination du technicien de maintenance.
Concevoir une poulie à adapter sur l’arbre d’entrée.
Adapter la maquette volumique aux résultats de la simulation
Impression 3D des pièces
Séance 5
Assemblage
Il faudra porter une attention toute particulière à l’axe de sortie de multiplicateur. De sa qualité dépend fortement le rendement de la chaine de puissance !
Séance 6
Mesure des performances.
Retour sur le modèle MATLAB et le cahier des charges.