Éoliennes d'essais Savonius...
énergie taupes
eol2 et éclairage !

1 L'éolienne type SAVONIUS
2 La première éolienne pour l'énergie, SI ?
2.1 Les dimensions
2.2 Les matériaux de récupération
2.3 Le moteur pas à pas en générateur
2.4 La mise en œuvre
2.5 Les essais décevants
2.6 La reconversion
3 La deuxième éolienne Pour les taupes
3.1 Les pales et la gouttière de toit
3.2 Le guidage
3.3 Les fréquences "taupes"

4 Conclusions

Si vous arrivez directement sur cette page par un moteur de recherche, vous pouvez avoir accès à la table des matières et à chaque article, en page d'accueil.    L'accès se fait par l'un des deux liens en tête de colonne de droite ----->


Préambule

Dans le chapitre énergie pour lequel j'ai une réelle attraction, le but n'était pas réellement bien défini au départ. Ainsi que j'avais pu le dire au début de mes blogs, je voulais "toucher" d'un peu plus près cette énergie du vent.
Le but était réellement double, car si l'énergie récupérable était faible ou difficile techniquement à obtenir, l'éolienne serait automatiquement reconvertie en éolienne pour chasser les taupes, voire pour allumer quelques lampes de balisage.

Et puis finalement ce serait une bonne école pour faire mieux s'il devait y avoir une suite…Pour faire cela rien de tel que d'évaluer soi-même les performances avec des petits modèles sans grands frais engagés.

Ce sujet m'a aussi permis d'aborder quelque chose d'assez peu ordinaire et qui peut présenter un intérêt pour les électroniciens et ceux qui bricolent un peu l'électronique. C'est pourquoi l'aspect moteur Pas à Pas en tant qu'alternateur (générateur) fera l'objet d'un article séparé "Moteur Pas à Pas en Alternateur" (dans le blog complémentaire lokistagnepas).

1 L'éolienne type SAVONIUS

Ce type d'éolienne, décrit comme ayant un mauvais rendement, offre cependant l'incommensurable avantage d'être plus simple à réaliser par le profane.
Ce sont des surfaces simples demi cylindriques qui sont mises en cause en guise de pales, car les profils de véritables pales ne sont pas d'actualité pour mes capacités de réalisation actuelles.

L'éolienne Savonius dont je ne connaissais pas le nom de l'auteur il y a peu de temps, est constituée de deux demi tuyaux tête bêche et telle que sa présentation qui est très bien réalisée dans WIKIPEDIA.
( http://fr.wikipedia.orgfr.wikipedia.org/wiki/Rotor_de_Savonius )

Cette éolienne est simple à réaliser, encore que le système de guidage vertical doit être à haut rendement (sans frottements). Ceci sous entend un montage avec roulements obligatoirement. Pour les petites surfaces considérées, le simple frottement sans roulements pour les surfaces en cause, empêche toute rotation à une brise "normale" (je n'ai pas d'anémomètre !).
Lorsque je parle de roulements, je traduis roulements traditionnels à guidage latéral (de récupération) et non butées à billes souvent plus chères.

Dans cette approche d'éolienne, comme je l'ai évoqué en préambule, je ne me faisais pas trop d'illusions sur les performances à 40 centimètres du sol, et relativement aux vitesses de vent.

Un des grands principes que j'ai retenu du métier de l'eau est que la vitesse au niveau d'une paroi est toujours plus faible. Pour l'air, la "paroi" est simplement le sol. La vitesse au sol est toujours plus faible qu'en altitude (moins de 100 à 200 mètres environ). La végétation et le relief freinent le déplacement d'air et sa vitesse est moindre. A noter que parfois il y a des phénomènes d'accélération dus à la conformation physique des lieux (trouée de Belfort, vallée du Rhône par exemple)
C'est pourquoi un essai au sol m'a semblé révélateur d'un minimum à atteindre. Cela m'a paru aussi très utile à mon porte monnaie, pour éviter un pylône et quelques ennuis éventuels.
Et pour ne pas travailler en pure perte, si les performances sont exécrables, cela permettra toujours de faire du bruit (en infra sons dans la terre) et peut-être d'éloigner les taupes qui "poussent"…ou de faire de la lumière dans le jardin ou la pelouse.

Une information est importante et concerne le couple de rotation de l'éolienne "Savonius" qui n'est pas constant. Il varierait selon une fonction sinusoïdale suivant Wikipédia.
En ayant connaissance de cette particularité, cela devient tout à fait évident. Cela pourrait donc poser un problème de démarrage surtout si le modèle est "lourd" et mal placé angulairement, (là où le couple est le plus faible, ce que j'ai pu vérifier).

Cet aspect m'a fait penser par la suite à la nécessaire obligation d'avoir un creux de pale le plus souvent possible dans la direction du vent, de façon à ce que la force soit toujours perpendiculaire au "godet". Y aurait-il multiplication des pales en vue ? Peut-être ! Dans tous les cas, il est certain qu'il n'est pas possible de réaliser cela dans un même plan, mais uniquement sur plusieurs "étages".

Pour l'instant, et avec le modèle de base, le vent n'ayant jamais au degré près la même direction, c'est cela qui permet, lors d'un mauvais positionnement, le démarrage.

Un futur modèle pourrait très bien avoir 4 pales (ou plus) suivant 2 axes perpendiculaires et sur deux hauteurs ? Dans ce cas le démarrage serait quasiment garanti ?...Je regarderai cela un peu plus tard, et ça fera l'objet d'un paragraphe complémentaire.
Ce futur modèle aurait aussi en théorie l'énorme avantage d'avoir un couple amélioré car les forces se présenteront toujours de façon perpendiculaire, certes avec une surface moindre, mais des forces plus importantes. (c'est sur ce point que je pense que se situe l'amélioration)
Dans cette optique, la notion de masse en rotation a moins d'importance puisque la machine est obligée de démarrer. Mais il serait cependant très utile cette fois d'obtenir des masses en mouvement les plus faibles possible.

C'est le modèle standard que j'ai décidé de réaliser dans l'immédiat !

2 La première éolienne pour l'énergie, SI ?

Si… l'énergie est suffisante !

2.1 Les dimensions

Cette première éolienne a les dimensions suivantes :
Hauteur des pales 62 cm, diamètre des demi-cercles 29.5 cm largeur totale  49 cm. Cette largeur est plus petite que les 2 diamètres accolés, à cause du recouvrement des demi cylindres. Le recouvrement a été réalisé tel qu'indiqué dans Wikipédia, soit à peu près 1/6.

2.2 Les matériaux de récupération

Les demi tuyaux sont issus du démontage de l'enveloppe acier (épaisseur 10/10) d'un vieux chauffe-eau. Ils ont été tronçonnés facilement à la meuleuse.

L'axe a posé un problème car je n'ai pas de butée à billes, alors il me restait la tête d'une petite meuleuse (moteur grillé) de 115 mm qui de plus me donne une multiplication bien utile de rapport 2,5 environ. La fixation est faite sur les deux trous taraudés utilisés pour la poignée à droite ou gauche.
Un U est réalisé pour recevoir cette tête et éventuellement un blocage par vis pointeau est fait pour que la tête ne puisse pas tourner au tour de cet axe de fixation.
Il n'y a donc pas d'axe traversant sur ce modèle.

Une tête de meuleuse est réellement parfaite car il y a les deux guidages (axial et latéral).

Le reste est réalisé avec du fer plat de 3mm d'épaisseur et de 5 cm de large, y compris le U de fixation de la tête.
Le "piquet" est un bout de cornière de 30mm.

Pour tout ce qui est des roulements, des axes et du guidage en général, il y a beaucoup à récupérer dans les vieux photocopieurs.

2.3 Le moteur pas à pas en générateureol9

Voir l'article plus détaillé sur ces moteurs PAP.

Pas de générateur (moteur réversible en état), dans mes "archives", mais plusieurs moteurs pas à pas dont un assez gros, à 2° par pas, soit 180 pas, par tour (modèle "A"). 6 fils de sortie. 3 enroulements distincts. En rotation à 400 tours il donne 50 Volts (alternatif) sur le total d'un enroulement.
La fréquence pour 1 tour par seconde donnerait environ 12 Hz, ce qui est relativement élevé.
On verra en essais qu'une fréquence de 80 Hz est moyenne, compte tenu de la tête multiplicatrice. (La fréquence n'est pas une fonction directe du nombre de pas...)

Quelques moteurs ...

Le moteur pas à pas  "A" est celui qui a débuté les essais.

Le modèle "D" très particulier est un moteur spécial avec condensateurs montés sur le rotor et aimant permanent. Il a été essayé mais ne donne pas assez de tension à faible vitesse (quelques volts)

Finalement c'est le modèle "C" qui a été monté.

Le modèle "E" moteur à aimant permanent et balais a cassé son axe en cours de montage. (diamètre 2mm à l'intérieur d'un pignon !)

2.4 La mise en œuvreeol3

D'abord réaliser les pales qui seront brasées à la brasure laiton sur le fer plat, tant en haut qu'en bas et à chaque coin seulement. (Attention, prévoir que le sens de rotation aura tendance à serrer sur la tête de meuleuse, à priori il serait préférable que les pales "tournent" suivant le sens horaire").
(Ce serait donc l'inverse de ce que j'ai réalisé !)

Il faut remarquer que ces structures en arc de cercle sont très rigides et que les 4 coins brasés semblent suffisants.
Si vous ne pouvez pas braser, vous pourrez faire l'assemblage avec de petites équerres et des rivets "Pop".

Les fers plats seront préalablement percés en leur milieu. Le plat du bas sera percé 2 fois aussi à diamètre 8 pour recevoir "l'oméga" support qui servira à la fixation sur la tête de meuleuse.
(Choisir à ce moment le sens de rotation)

Cet oméga sera aussi en plat de même nature et seuls deux gros boulons de 8, avec rondelles le fixeront sur la barre inférieure. Cet oméga aura deux trous oblongs permettant le centrage précis suivant l'axe du plat. Le centrage dans la direction perpendiculaire, sera basé seulement sur les jeux des trous, et au besoin "corrigé légèrement".

L'oméga sera seul fixé sur la tête de meuleuse, par l'écrou de fixation des ex disques. Prévoir le meulage de deux faces de l'écrou de serrage de disque, surtout  si l'on a oublié le sens, car cela permettra d'engager une clef …! (Voir photo ci-dessus)

L'oméga et la tête seront ensuite posés sur le U du pied, puis les pales seront posées et fixées par les deux boulons.

Ça y est ! Ça tourne ! On aura prévu en préalable la fixation du "générateur", par une petite équerre soudée.

Un bras support au sommet de l'éolienne avec un petit roulement a été retiré car trop gourmand en frottements et trop difficile à aligner parfaitement ! (photo de tête d'article)

L'entraînement du petit générateur est délicat pour un alignement sans durs. Un tuyau plastique "cristal" fera office de "flector". Pour les puissances en cause ce dispositif est parfait et ne pose aucun problème. Un serrage complémentaire avec colliers Rilsan est également possible si il y a glissement.

2.5 Les essais décevants

Je n'ai même pas pris le temps de mettre des "bouchons" au bout des demi-tuyaux pour voir ce que cela donnait…dans une coulée de vent
L'ensemble tourne tout juste sans jamais que le vent passe en tempête !
Dès que l'on charge un peu le moteur pas à pas, l'éolienne s'arrête. A noter aussi la spécificité des moteurs pas à pas qui est d'avoir un "dur" à chaque pas, à cause de l'aimant permanent.

A l'oscillo une surprise cependant, la tension générée est une assez belle sinusoïde. eol10Avec ce moteur en place les périodes de rotation ont varié de 20 ms à 8 ms sur une charge de 200 ohms et pour 16 V crête soit environ 12 V efficaces (sinus pur). Le courant est de 50 mA pour la valeur de 8 ms avec le modèle "A"

(Sur la photo, capture d'un démarrage à la main d'un moteur pas à pas de type "C".)

Vite quelques calculs… 12 X 0.05=0.6 W. C'est la honte !

Les 5O Veff obtenus à 400 tr par seconde lors d'essais statiques du moteur pas à pas ne peuvent pas être obtenus par ce procédé pour deux raisons majeures : manque de vitesse (du multiplicateur ou des pales) et manque de puissance du vent qui soufflait "gentiment" pour agiter quelques brins d'herbes.

Ces essais ont cependant amené quelques informations d'exploitation. Faire une tuyère avec quelques tôles verticales peut améliorer sensiblement la vitesse de rotation. La tête de meuleuse donne entière satisfaction et prépare de fait à un futur couplage avec un générateur électrique.

Quelque soient les améliorations, il est évident que la puissance espérée reste très faible,  en accord avec l'article Wikipédia et la très faible hauteur d'installation. A cela la sentence est sans appel….

Depuis, j'ai ajouté les fameux "bouchons" en bout de chaque tuyau.  Essais faits, il semble qu'il y ait une amélioration notamment au démarrage. Il ne m'est malheureusement pas possible de quantifier.

2.6 La reconversion

C'était "un peu beaucoup" prévisible, et la puissance est encore plus faible que celle d'une petite "dynamo"  de vélo (c'est en réalité un alternateur d'environ 2.5 W).
Donc, pas de mystère c'est fini pour le générateur  couplé au type SAVONIUS, à moins que …avec quelques calculs et un modèle à plat et avec des entrées d'air pour assurer une petite compression de l'air et gagner un peu en puissance (modèles de toit ?)…Mais aussi et surtout un nombre d'étages au moins de deux pour rendre le couple plus constant et surtout plus élevé.

Alors, pas de travail qui ne sert à rien ! Les taupes, qui elles n'ont aucun problème, vont subir les assauts d'une mécanique qui tourne, mais avec quelques petits balourds sinusoïdaux, et contrairement à ce que j'ai pu lire, j'espère que les infrasons vont effrayer ces petits mammifères ravageurs de pelouses.
J'ai planté l'éolienne en plein dans une superbe taupinière.
Le bruit produit par l'engrenage et les roulements s'entend parfaitement en collant son oreille sur le pied.
Sur le fond du sujet du bruit, j'ai lu beaucoup de raisons et de non raisons, mais je veux seulement dire que l'affaiblissement des ultrasons, me parait immédiat au bout de 50 centimètres de galeries. Cela ne serait pas le cas des ondes sonores de basse fréquence qui devraient se propager plus loin…de combien…? Plus loin que les US en tous cas, et sans pouvoir mieux préciser. !

Si le bruit éloigne ces petits ravageurs de pelouses, alors le résultat serait atteint...

Les premiers résultats ne sont pas vraiment significatifs, mais…il me semble…
Sinon il me restera à éclairer le jardin ou la pelouse...

Pour terminer sur ce prototype, il a finalement été équipé du modèle de moteur PAP "C" et produit l'allumage de 2 LED (jaunes), non seulement pour éclairer la nuit, mais pour augmenter les bruits du moteur et les résonances du moteur PAP avec l'ensemble métallique.
Chacune des 2 LED est branchée directement avec une résistance de 33 Ohms sur chaque enroulement, mais il y a mieux (car c'était le tout début). Ni diode de redressement, ni rien du tout ! C'est un concurrence déloyale "dynamique" aux bornes de jardin avec cellule car ça chasserait les taupes et ça produit de l'énergie en mW (et non en MW)!
La modification va être faite suivant l'article des moteurs PAP avec 4 ou 6 LED.

(Dans l'article dédié aux moteur PAP et déjà cité, il y a plusieurs montages possibles, car ce montage décrit ici fonctionne, mais en cas de grand vent il est possible de griller les LED par la tension inverse...).

3 La deuxième éolienne Pour les taupeseol6

Fort de ce fiasco énergétique, une reconversion de métier s'impose ! Fabricant d'éolienne pour taupes, écologiste, éclairagiste de jardin...allez donc savoir !?
Deuxième idée pour faire encore plus simple, puisqu'il semblerait que les taupes soient intéressées par ce dispositif. Il faut des demi tubes tout faits !
Que trouver qui ressemble à cela ?
Après quelques heures de recherches, un bout de chéneau galvanisé (gouttière), provenant de derniers travaux effectués m'est venu à l'idée. Et c'est vrai, c'est tout fait !
C'est donc sur cette base que j'ai refait le deuxième modèle (photo ci-contre). Depuis les bords d'attaque ont été tronçonnés...Je pense que ce rond perturbe plus qu'il n'aide. (avis des spécialistes en aérodynamique d'éoliennes ?)

3.1 Les pales et la gouttière de toit

La gouttière de toit en 33 de développement est intéressante d'un point de vue dimensions utiles pour les taupes.
Cette gouttière donne un diamètre de 15 centimètres approximativement. La hauteur des pales a été faite à 35 cm pour un rapport largeur/hauteur "équilibré".
La largeur totale étant de 30 centimètres compte tenu du recouvrement des pales.

J'ai à ce jour un doute sur le bord d'attaque des pales, car bien qu'il n'y ait pas beaucoup de frottements, le rotor semble hésiter de sens. C'est un sujet à creuser, mais la résolution ne devrait pas en être trop difficile si ce point ce vérifie. Il faudra peut-être tronçonner le petit repli pour garder un angle vif de la tôle ?...
Cette modification est faite maintenant et semble donner meilleure satisfaction pour des vitesses de vent faibles.

A noter également quelque chose qui ressemble à cela, qui sonteol7 les tuyaux en tous genres : Tuyaux de fumée, tuyaux de descente d'eaux pluviales (100 ou 150) Tous ces tuyaux devant être coupés en 2 parties égales (ou fendus et écartés).

Après avoir analysé toutes ces possibilités, je pense que les tuyaux de fumée en 153 ou plus, sont plus légers que les autres, et qu'ils conviendraient peut-être mieux.
A chacun de voir suivant ses possibilités tout en ayant à l'esprit le poids de l'ensemble qui devrait rester "moyen".

3.2 Le guidage

Pour assurer une rotation sans frottements, deux petits roulements standard sont utilisés (NSK 608V ou le 6000Z à peine plus gros). Les mécaniciens vont hurler, mais quand on a pas de quoi "tourner" (sur un tour), il faut bien se débrouiller.
Un embout acier fileté 20X27 (bobine) ou du tuyau correspondant à peu près au diamètre extérieur du roulement (le roulement ne doit pas rentrer). Fendre par un trait de disque à tronçonner le petit bout de tuyau.
Écarter les deux parties avec la lame d'un tournevis et glisser les deux roulements en ayant limé la soudure intérieure réalisée par rapprochement lors de la fabrication.
Un axe de photocopieuse traverse toute la hauteur des pales sans précautions particulières. (Au besoin les pales peuvent tourner sans les roulements) Cependant un circlips sera utilisé au dessus et un pignon en dessous pour éviter que l'ensemble puisse coulisser verticalement.

Le roulement inférieur recevra justeeol5 1 mm de l'axe et ne sera donc pas traversé complètement pour cause de bridage néfaste à une bonne rotation sans "durs". Le deuxième roulement est juste là pour maintenir un peu mieux la verticalité.

Des cales d'épaisseur permettront de ne pénétrer que d'un millimètre dans le deuxième roulement (en ne touchant que la cage intérieure). (voir photo).

eol10Une boîte de conserve est percée en son milieu et permettra de limiter les arrivées d'eau de pluie dans les roulements. (A placer entre deux rondelles pour éviter tout frottement sur les roulements). Cette boîte sera "assez grosse" pour tourner autour du piquet

3.3 Les fréquences "taupes"

Pour ma part, je pencherais plus vers les basses fréquences, et c'est donc le bruit de rotation agrémenté de quelques vibrations et d'un éventuel balourd souhaité ou non qui devrait faire fuir les petites bêtes.
Si il n'y a pas de balourd car le travail a été trop bien fait, il suffit d'incliner légèrement l'axe et de mettre un petit aimant pour résoudre une absence de malfaçons !

Si les ultrasons étaient réellement plus performants, alors l'électricité produite devrait alimenter un petit générateur piezo avec "une pincée d'électronique" éventuellement...!

4 Conclusions

Attention, surtout au premier modèle qui peut présenter un danger pour les enfants, à cause de son inertie et des bords d'attaque certainement un peu coupants…C'est un appareil mécanique comme une perceuse !...(Pour éviter tout problème, il serait préférable de l'élever à bonne hauteur pour éviter tout risque pour les petites têtes blondes)

Pour le reste, je vous laisse le soin de voir ce qui vous semble le mieux.
Les images de l'un et l'autre modèle me semblent suffisantes pour ne pas alourdir inutilement les textes explicatifs.
Je pense également que ce genre d'éolienne n'est pas fait pour produire de l'énergie, mais seulement pour l'aspect didactique, ludique  et écologique.
Cela permet de soupeser réellement l'énergie que l'on peut récupérer du vent. Cela fait prendre conscience de l'énergie en général et des frottements.
Il semble que ce système dérange les taupes, à moins que ça ne soit la sécheresse ? Il n'y a plus de monticules depuis qu'il y a les deux modèles installés ! Je me garderai de conclure cependant !

Pour la production énergétique absolue, il faut naturellement s'élever sensiblement du niveau du sol et adopter un système réputé pour son rendement associé à un générateur à haut rendement et parfaitement adapté à la production d'électricité (alternateur ou dynamo).

Pour les taupes, il y a peut-être à imaginer en l'absence de vent, d'autres systèmes à partir de lampes de jardin avec cellules solaires…En général avec le soleil il manque souvent du vent (dans l'Est de la France).
J'ai aussi regardé le sujet et le circuit intégré spécifique est capable à partir de 1.25V d'un élément de batterie de développer 3 Volts pour une LED blanche. L'éolienne ne donne 3 volts qu'à partir d'une certaine vitesse, et donc peu de possibilités de mélange des dispositifs voire de tourner pour faire du bruit. Dans ce cas mieux vaudrait ne pas actionner les pales qui "consomment" une folle énergie.
Le sujet des taupes est un puits sans fond !.

Un ami de toujours m'a posé la question si le premier modèle n'est pas trop lourd ? Il a certainement raison, mais dans ce cas il était difficile de faire plus léger.
On en a conclu que l'énergie était de toutes façons conservée, mais que cela pourrait rendre difficile la mise en rotation à cause de l'énergie nécessaire au démarrage seulement, tout en pensant au couple sinusoïdal...et au modèle à plusieurs étages...
L'avantage est rigoureusement l'inverse, c'est-à-dire qu'une fois démarrée, la vitesse va changer à un rythme plus lent, ce qui est mieux….

Si le moteur pas à pas vous a intéressé, n'espérez pas tirer des mégawatts de ce dispositif, mais lisez donc l'article N° 34 sur lokistagnepas : "Moteur Pas à Pas en Alternateur"

Sujet amusant...Allez Bon vent !

Dernières nouvelles du 29/7/2008...Cela ne chasse pas les taupes hélas !

_____________ ( retour début d'article ) ____

____ ( retour accueil bricolsec ) ____
____ ( retour accueil lokistagnepas ) ____