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Jean-Louis Naudin

Eolienne axe vertical:

Cette « éolienne à vitesse constante » a été publiée, à l’identique, dans le n° 38, juillet 2002, « les bricothèmes », hors série d’un Système D, sur les énergies renouvelables. Article produit par « un lecteur »( ?).

  

Présentation

Cette fiche contient les plans pour vous fabriquer une petite éolienne à vitesse constante. Le but est d'arriver à la faire avec du matériel de récupération. Elle est capable de faire débiter entre 600 et 700 watts à un alternateur par un vent de seulement 30 km/h. Peu importe d'où vient le vent, de part sa conception, elle est toujours au top. Un astucieux système de régulation automatique permet d'assurer une rotation à peu près constante quelle que soit la vitesse du vent. De plus, elle se bloque automatiquement en cas de forte tempête. Pour info, le principe de l'éolienne à axe vertical fut breveté par un ingénieur français nommé Georges Darrieus en 1931.

Principe de fonctionnement

Quatre pales en forme de godet tournent sous l'action du vent (fig. 10). Elles se placent automatiquement dans la meilleure position en fonction de sa force et transmettent ainsi une vitesse constante à l'axe vertical. Par brise légère, les pales s'ouvrent au maximum. Lorsque le vent souffle fort, elles tendent à se refermer. A noter que le couple maximum appliqué sur l'axe se produit lorsqu'elles sont aux trois quarts fermées. Si le vent devient encore plus violent, les pales se ferment complètement et se rouvrent sous l'effet de ressorts dès qu'il faiblit (fig. 9).

Liste des matériaux

  • 4 feuilles de tôle d'acier doux en 20/10 de 1000 x 750 mm
  • 8 feuilles de tôle d'acier doux en 20/10 de 700 x 150 mm
  • 3,5 m de fer plat de 80 x 5 mm
  • 1 tôle de 320 x 320 de 5 mm d'épaisseur
  • 1,4 m de fer plat de 30 x 5 mm
  • 16 cm de fer plat de 20 x 4 mm
  • 15 cm de fer rond de 50 mm
  • 1 morceau de tube d'acier de diamètre 38 x 50 mm
  • 1 morceau de tube d'acier de diamètre 20 x 80 mm
  • 1 rondelle de nylon diamètre 60, épaisseur 8 mm environ
  • 1 butée à billes
  • 1 roulement à billes diamètre 30
  • 8 vis diamètre 12 x 40 mm, avec écrous de 12 et rondelles
  • 8 vis diamètre 8 x 15 mm + écrous et contre écrous de 8
  • 4 vis diamètre 8 x 10 mm
  • 2 ressorts de traction diamètre de fil 3 mm, diamètre extérieur 30 mm, longueur 330 mm
  • 1 barre d'acier (comprimé) diamètre 30 mm x 1950 mm
  • 9 m de cornière perforée de 50 x 50 mm
  • 1 plaque de tôle de 700 x 190 mm

Construction des pales

Première méthode: Récupérer deux tonneaux  d'huile de 200 litres en acier et les couper en deux.

Deuxième méthode: les fabriquer avec de la tôle:

les pales sont au nombre de quatre et sont taillées dans de la tôle de 2 mm d'épaisseur. Elles sont chacune découpées dans une plaque de 100 x 75 cm et sont cintrées dans un rayon de 480 mm.

Les supports de pales

Support inférieur

Support supérieur

La croix de liaison

Biellette et accessoires

Le socle

Il se compose de quatre pieds reliés par deux plateformes.

Position des pales en fonction du vent

Principe:

Pour la suite

Pour que l'éolienne puisse faire tourner un alternateur il faut rajouter une poulie U à gorge trapézoïdale sous la plate forme inférieure. Il suffit de la fixer sur l'axe N et de rajouter une courroie qui fera tourner un alternateur de votre choix. Pour réduire le coût, nous vous conseillons de récupérer un alternateur 12 volts de voiture dans une casse et de le modifier en suivant la documentation technique qui est disponible ici. Voici aussi une autre doc pour modifier un alternateur Valeo 50 A, à télécharger ici. Vous pouvez aussi récupérer un générateur sur un petit groupe électrogène.

En complément

De la documentation pour réaliser des montages électroniques pour améliorer votre installation à télécharger ici.

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Etude et modification possible:

Rappel des bases:

Prenons un cas simplifié avec deux pales :

 

     

Données:

Rappel: (10 Newtons = environ 1 Kg)(1N/m² = 1 Pascal)

un vent de 100 Km/h (27.7m/s) sur une surface de 1m² nous donne une pression de:

p = 1.293 x 27.7²/2 = 496 N/m² soit environ 49.6 Kg sur 1m²

une pale = 0.7 m²

F = p x S = 496 x 0.7 = 347.3 Newtons  (avec K = 1)

Revenons à notre éolienne:

Masse volumique de l'air au niveau de la mer : 1.293 kg/m³
Surface d'une pale = 1 x 0.7 = 0.7 m²
Coefficient de pénétration = environ 0.3 côté circulaire ext. et 1.4 côté circulaire int.  Le coefficient de pénétration ou Cx est parfois supérieur à 1 car il tient compte de la dépression au dos de la surface. Les éoliennes à pales sont plus performantes pour cette raison, la force motrice est due à 1/3 par pression et 2/3 par dépression.
Prenons un vent de 36 km/h soit 10 m/s
Vitesse circonférentielle moyenne des pales = 1/2 soit 5 m/s car de la vitesse du vent, il faut déduire celle de l'éolienne.

F1 = 0.3 x 1.293 x 0.7 x 5²/2 = 3.39 N
F2 = 1.4 x 1.293 x 0.7 x 5²/2 = 15.84 N

P = C x W     puissance = couple x vitesse angulaire

C= F x L        couple = force x bras de levier moyen

= (15.84 - 3.39 ) x 0.35 = 4.36 Nm

V = 5m/s

W = v/R = 5/0.35 = 14.28 rad/s  vitesse angulaire = vitesse / rayon de rotation

P = C x W = 4.36 x 14,28 = 62.22 W    pour 36 Km/h de vent
                                           249  W pour 72 Km/h de vent

Le fait de mettre 4 pales n'augmente pas la puissance, mais permet de conserver cette puissance quelle que soit la position du rotor.

Si nous multiplions les dimensions de l'éolienne par 1.5 sa puissance sera multipliée par 1.5² = 2.25

Si nous doublons les dimensions de notre éolienne, sa puissance sera multipliée par 2² = 4.

Comme nous pouvons le voir dans la figure ci-dessus, il y a plus qu'une pale qui est motrice et cela augmente la valeur de la puissance calculée ci dessus. Cette augmentation est difficile à calculer théoriquement mais il n'est pas impossible que la majoration soit dans une fourchette de 1.5x à 2x en théorie.

Astuce:

Pour permettre la rotation de l'éolienne à bon marché, il peut être intéressant de récupérer une roue complète de voiture avec fusée, tambour et roulements. Souder la fusées sur le pied de l'éolienne et le rotor boulonné sur le tambour.

 

 

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Dernière modification : 28 février 2017

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