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17/04/2006

Un peu de technique (bis)

On va finir notre tour de la technique cette semaine en passant en revue le choix du génie mécanique, c'est à dire des turbines et du génie électrique, c'est à dire de la partie commande et de la génératrice.

Vous pouvez consulter les techniques de l'ingénieur très complet sur le sujet.

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16/04/2006

Mesurer le débit

J'ai ajouté la semaine dernière à ce blog un petit module pour l'affichage et la mise à jour automatique du débit de la grosne dans le même temps, une crue bienale touchait notre moulin. J'ajoute que nous avons lancé un appel d'offre sur les sondes de niveau et avons reçu un devis. Autant d'élement pour que je m'appesentisse un peu sur la question de la mesure de niveau et débit.

Il faut d'abord comprendre que dans le cadre de l'automatisation du moulin, nous ne mesurerons pas le débit, bien difficile car il s'agit d'une vitesse, mais du niveau. Les deux suivent une loi mathématique appelée règle/loi de tarage. J'expliquerais l'automatisation d'une microcentrale plus tard, je ne peux parler de tout. Pour être rapide, connaitre le débit de la rivière, permet de mettre en route ou arrêter les turbines suivant le débit.

1°) Capteur tout ou rien.
Tout le monde à des capteurs de niveau chez lui ! Et oui, dans ses toilettes, dans la chasse d'eau, il y a un flotteur qui coupe l'eau quand le réservoir est plein. Il s'agit des premiers type de capteurs, dit "tout ou rien" ou binaire ou "jour / nuit, jour / nuit ..." ! Le gros problème, c'est qu'il donne une valeur fixe, au mieux une fourchette si on dipose plusieurs cateurs, mais on a jamais de valeur continue.

2°) Le flotteur
medium_flotteur.gif Il se maintient à la surface du liquide, il est rendu solidaire d’un capteur de position qui délivre le signal électrique correspondant au niveau. La mesure s’apparente ensuite à la mesure d’un déplacement ou la détection d’une position. C'est une variante continue du 1.

3°) Les capteurs de pression
medium_phydros.gif La pression relative au fond du réservoir quand celui-ci est ouvert à l’air libre, cette pression est l’image du niveau h du liquide : P = r . g . h
C'est ce capteur que nous avons choisi : Capteur de niveau par pression (pdf), avec sortie 4/20mA pour entrer directement sur un automate, les techniciens appréciront cette précision.

4°) Limnimètre à bulle
medium_bulle-a-bulle.jpg On insuffle un débit un "gaz neutre" à débit constant très faible dans un petit tuyau débouchant sous la surface de l’eau, la pression de l’air est équilibrée par la colonne d’eau. La pression de l’air qu’il faut appliquer pour produire des bulles est égale à la pression du fluide en bout de canne. La mesure de la hauteur d’eau est égale à la pression d’air fournie.

5°) Radar
Les sondes radar à ondes électromagnétiques sont très répendue. La sonde ultrasonore réfléchie sur la surface de l’eau. On capte l’écho et on mesure le temps de parcours. Le temps de parcours est indépendant de la nature du fluide et de la pression.


Il existe d'autre capteur, mais vous avez ici les plus répendus. Pour plus de détails, je vous conseille le site de l'académie de Besancon qui m'a permis d'illustrer cette note et celle d'Aix.

Nota : Il n'est pas dans mes habitudes de voler des images sans autorisation. J'ai trouvé qu'elle étaient adéquates, mais l'absence de contact sur le site m'empêche de contacter les auteurs.

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12/04/2006

Comment dimentionner son équipement?

medium_argent_graph.jpg On a un autre gros problème qui limite la taille de la turbine, c’est l’espace disponible car pour limiter les pertes de charge on a intérêt à avoir une section d’ouverture du canal pour avoir une vitesse égale à 1m/s.
Enfin et surtout ce qui limite la puissance installée, c’est l’investissement et pour cela il importe de dimensionner le matériel de manière à avoir un risque assez faible.
La courbe présentée est l’application à Cluny de deux tailles de d’équipement. Pour faire l’étude de l’énergie que l’on peut revendre à EdF, il faut donc regarder au jour le jour ce que l’on peut produire. On regroupe les jours ayant les mêmes profils dans des courbes de fréquence, les données sur 30 ans, puis on réalise des statistiques de productible en simulant des années sèches et des années humides. On peut ainsi connaître le retour sur investissement.
Si on fait attention à quelques détails de la courbe, on s’aperçoit que la régression de chute se fait ressentir assez faiblement.
On arrive au terme de l’exploitation hydraulique, on a fait notre maximum : On a installé un barrage qui doit le plus haut possible (mais pas trop à cause des crues!), on a déterminé une plage de débit exploitable pas trop ridicule pour gagner de l’argent sans trop investir.

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11/04/2006

Qu'est ce que la regression de chute ?

medium_ecoulement_graph.jpgLa régression de chute est plus ou moins importante suivant les sites. Il faut savoir qu’un barrage retient l’eau, que le canal d’amenée court-circuite la rivière. Quand on dépasse la valeur nominale de débit qui passe dans la turbine, le reste du débit passe dans par-dessus le barrage. Or en période de crue, la rivière en aval arrive à saturation, et on perd donc de la chute. En fait, le barrage relève le niveau amont, et si il est trop élevé, on a des risques d’inondation en amont. Pour éviter cela on a installé à Cluny un clapet escamotable, qui s’incline pour avoir toujours un niveau amont constant. Plus généralement, on peut tracer une courbe de tarage ou de régression de chute qui est une droite à Cluny qui donne la chute en fonction du débit.

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10/04/2006

Comment étudier le débit d'une rivière ?

medium_debit_graph.jpg Pour les débits, on distingue : le module de la rivière (moyenne journalière sur 30 ans), le débit réservé (10% du module qui ne doit jamais être dérivé), le débit journalier. On a compilé toutes ces données dans le graphique ci-dessus qui permet de visualiser le nombre de jours dans une année qui atteint un certain débit.
On retrouve le module de la Grosne de 4,2m3/s. Voyez par exemple que pendant 95% du temps on a un débit supérieur au débit réservé, ce qui signifie en théorique que l’on peut exploiter le site pendant 95% du temps.
Pour déterminer le productible de la rivière, il va falloir faire quelques hypothèses. On va choisir un débit nominal d’équipement. Le génie civil, comme la mécanique vont être dimensionnés de manière à recevoir un débit maximum. Qualitativement, on a intérêt à avoir la plus grosse turbine possible pour vendre le plus d’énergie à EdF. En effet, l’énergie est proportionnelle à la surface entre la courbe bleue et la limite rouge.

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