Structure de l`éolienne - Technologie, Sciences de l`Ingénieur et des

Nom : Classe :
Prénom :
Première STI2D
LAMPADAIRE LUMEA
LAMPADAIRE LUMEA Référence
Référence : : M2-ACT7 M2-ACT7
Structure de l'éolienne – choix de la forme
  !"#
"$%
"$% CO4.1 - Identifier et caractériser les fonctions et les constituants d'un système ainsi que ses entrées/sorties.
CO4.2 - Identifier et caractériser l'agencement matériel d'un système.
CO4.4 - Identifier et caractériser des solutions techniques relatives aux matériaux, à la structure, à l'énergie
d'un système.
&'
&' Notions d’énergie mécanique et de rendement.
%
% () ()
&*+
&
La première partie de ce TP portera sur l’ajustement de paramètres
géométriques, en particulier le recouvrement relatif (rapport e/d) afin
d'améliorer les performances aérodynamiques de l’éolienne.
&*, &
Le rendement énergétique d’une éolienne de type Savonius (20 % en
conditions optimales) reste relativement bas. Sachant que le rendement
énergétique est le rapport de la puissance électrique de sortie sur la
puissance cinétique fournie par le vent, nous allons rechercher les raisons
qui nous amènent à avoir un rendement si faible.
-
- ./
#0&102310
Le choix de l’éolienne présente sur le système LUMEA s’est porté sur une éolienne de type SAVONIUS. Cette
machine a été inventée par l’ingénieur finlandais Sigurd Savonius en 1924 et a été brevetée en 1929.
Elle est constituée schématiquement d’un minimum de deux demi-cylindres légèrement désaxés.
4+560%7" 7
Document élève / M2-ACT7 Page 1/9 03/09/2012
ETT

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Première STI2D
Avec les notations de la figure 2, la vitesse spécifique de l’éolienne notée λ est le rapport entre la vitesse à
l'extrémité des pales et la vitesse du vent : coefficient de vitesse d'une éolienne vaut :
Les éoliennes peuvent être classées en fonction de la vitesse spécifique :
si λ est inférieur à 3, l’éolienne est dite lente (Eolienne de type Savonius),
si λ est supérieur à 3, l’éolienne est dite rapide (Eolienne tripale par exemple).
#&2*+54616-26240162300
2
A travers cet essai, nous nous attacherons à estimer le rôle de -"8 sur la vitesse de rotation de
l’éolienne mesurée en tr/min. Les différents essais seront réalisés avec :
- une vitesse de vent constante.
- le paramètre géographique a (voir figure 2) nul : a=0.
- une maquette permettant de régler très facilement le rapport e/d qui devra prendre successivement les valeurs
suivantes : e/d = 0 ; e/d = 0,1 ; e/d = 0,15 ; e/d = 0,2 ; e/d= 0,25 ; e/d = 0,3 ; e/d = 0,4 et e/d = 0.5.
Avec les conditions citées précédemment (vitesse du vent = constante et le paramètre géographique a =0), mettre en
œuvre les matériels afin de compléter le tableau de mesures suivant :
Document élève / M2-ACT7 Page 2/9 03/09/2012
4,5$-0%%
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Ω : vitesse angulaire en rad/s
R : rayon en mètre
V : vitesse du vent en m/s
V : vitesse du vent d

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"
8 89: 89:+ 89:+; 89:, 89:,; 89:. 89:# 89:#;
3
-
8"$!
(<+
=,">
?+# Le rapport e/D a-t-il une influence sur la vitesse de l’éolienne ?
?,# Si oui, donner la valeur de l’écartement relatif permettant d’obtenir la vitesse de rotation maximale :
&$@
Depuis plusieurs années, de nombreuses études ont permis d’améliorer sensiblement les performances des rotors
Savonius. Celles-ci ont permis de montrer l'influence de la configuration géométrique sur le rendement
énergétique. En effet, un recouvrement relatif (e/d) compris entre 20 et 30 % et un angle β (Angle d’inclinaison des
aubes) de 55° semble présenter les meilleures performances en termes de rendement énergétique.
D’autres types d’éoliennes présentant des agencements particuliers (comme celle installée sur le système LUMEA)
laissent présager non seulement d'un comportement aérodynamique plus stable que celui du rotor Savonius
conventionnel, mais aussi des rendements sensiblement améliorés.
Document élève / M2-ACT7 Page 3/9 03/09/2012
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a

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#&2*,5A1042142B6C6B26016-6
D&02310
Malgré l’optimisation de certains paramètres géométriques, le rendement d’une éolienne de type Savonius reste très
faible. Sachant que le rendement énergétique global est le rapport de la puissance électrique de sortie (Pélec) sur la
puissance cinétique fournie par le vent (Pvent), il est intéressant de savoir quelles transformations énergétiques
(transformation de l'énergie du vent en énergie mécanique de rotation et transformation de l'énergie mécanique de
rotation en énergie électrique) entraînent des rendements si faibles.
$*+ 5 calculer la puissance théorique fournie par le vent (Consulter le dossier technique mis à
disposition).
$*, 5 mesurer, en fonction de la vitesse du vent, la puissance électrique fournie par l’éolienne
(en sortie de l’alternateur).
$*. 5 calculer le rendement global et mettre en évidence le coefficient de puissance (Cp)
propre à chaque type d’éolienne.
+>$*+5$/'$%
Après avoir consulté le dossier technique accompagnant ce sujet, répondre aux questions suivantes :
?+# Calculer, pour l’éolienne équipant le système LUMEA et en fonction de certains paramètres géométriques (hauteur :
H, diamètre extérieur : D), la surface balayée par le vent.
Document élève / M2-ACT7 Page 4/9 03/09/2012
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 $
0%
C
'
<2>
&%:
puissance
cinétique
fournie par le
vent
&:
puissance
électrique
fournie par
l’éolienne
&: puissance
mécanique transmise
à l’alternateur
5
ƞR = Ptr/Pvent ȠG = Pélec/Ptr
"(5
E9EFEC9&8&%

Nom : Classe :
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Première STI2D
?,# Calculer alors la puissance cinétique théorique fournie par le vent pour les vitesses suivantes :
Vitesse du vent en
km/h
Vitesse du vent
en m/s Puissance théorique fournie par le vent : Pvent en W
10
15
20
30
40
50
,>$*, 5"$'$- 
Q3. Mettre en place les matériels (ventilateur, éolienne, résistance en sortie du générateur électrique) et les appareils
de mesure (tachymètre, anémomètre à fil chaud, ampèremètre et voltmètre en sortie de l’alternateur) afin de
pouvoir relever, en fonction de la vitesse du vent, la puissance électrique fournie par l’éolienne :
Document élève / M2-ACT7 Page 5/9 03/09/2012
ETT
$G5
C
R= 150 Ω
V
A
Alternateur : Génératrice synchrone (24V ~)
uALT
iALT
D
H