Récupérateur d'énergie hydraulique

Présentation

 
DYNAM’EAU est un système innovant permettant de transformer l’énergie cinétique de l’eau sous pression contenue dans les canalisations domestiques en énergie électrique utilisable par la suite, et ceci par le biais d’une turbine et d’un alternateur reliés au montage électrique nécessaire pour obtenir une tension et un ampérage régulier en sortie. Ce produit permet donc de réaliser des économies énergétiques avec certains appareils ménagers faisant l’objet d’une utilisation occasionnelle, ou bien sur l’utilisation d’appareils nécessitant un faible ampérage/voltage.
 
De plus, il est très facile d’installer ce produit: il se place aux raccords des tuyauteries des éviers, machine à laver, baignoires, douches, arrivée d’eau WC…etc. Sa versatilité permet donc de maximiser les économies d’énergie dans un foyer, en créant des sources électriques d’appoint dans presque toutes les pièces.
 
Une fois installé, il ne reste plus qu’à brancher l’appareil de votre choix sur la prise prévue à cet effet sur le DYNAM’EAU (attention à bien respecter les exigences énergétiques vis-à-vis du seuil maximal de puissance délivrée et du courant fourni).
 
Dans un premier temps, notre projet s'orientait vers la récupération d'énergie d'eau de pluie. Voici les différents paramètres étudiés :
 
 
 

Compte-tenu du fait que ce système requiert une forte pluviométrie, nous avons préféré opter pour un système plus générique : un système de récupération d'énergie hydraulique dans une canalisation.

 

Ce système change de nombreux paramètres : on ne dispose plus de l'énergie potentielle que pourrait acquérir le fluide, et on doit composer dans un espace réduit.

Notre projet s'est donc élargi à un système pour arrivées d'eau domestiques dans un premier temps, puis nous voudrions compléter par un système pour gouttières ainsi qu'un système pour canalisations d'une taille supérieure. En effet ces deux systèmes sont aussi très porteurs.

Pour le moment, nous n'avons développé seulement le système générique, et c'est celui que nous décrirons par la suite.

 

La solution que nous avons retenue permet d'adapter le système sur deux types d'arrivée d'eau, qui sont les plus répandues et accessibles dans les foyers :

- Les robinets de raccord pour lavabos, éviers, bidets et robinets d'arrêt de WC (filetage 3/8")

- Les robinets de raccord pour machine à laver et lave-vaisselle (filetage 1/2")

Ce dispositif est constitué de 6 pièces faciles à imprimer et à assembler chez soi. Seule une pièce diffère selon la version du kit choisie: celui pour les éviers/lavabos/WC, ou bien celui pour les machines à laver/lave-vaisselles. Il s’agit en fait de la pièce considérée comme l’adaptateur, réalisant la liaison entre le robinet et le corps de l'alternateur.

 

Analyse fonctionnelle

Bête à cornes

Pieuvre

Fonction de Service (FS): transformer l’énergie cinétique de l’eau sous pression contenue dans les canalisations domestiques en énergie électrique utilisable par la suite, et ceci par le biais d’une turbine et d’un alternateur reliés au montage électrique nécessaire pour obtenir une tension et un ampérage régulier en sortie.

 

Fonctions de contrainte (FC):

FC1: être adaptable à différents types de tuyaux d’arrivée d’eau; pouvoir être monté sans endommager et sans être endommagé par la tuyauterie.

 

FC2: proposer un moyen pour brancher les appareils ménagers; délivrer une tension et un ampérage adéquat.

 

FC3: résister à la pression, à la vitesse de l’eau, et à la corrosion éventuelle causée par celle-ci dans les tuyaux; ne pas freiner l’écoulement de l’eau; ne pas laisser de fuites.

 

FC4: résister à des températures d’amplitude 0°c-50°c en utilisation; résister à l’humidité de l’air ambiant.


FC5: être facilement installable par les habitants; résister aux chocs et aux contraintes lors de la manipulation et de l’installation; ne pas comporter de danger pour les habitants.

Cahier des charges fonctionnel

Le dispositif doit …
 
- Assurer l’écoulement de l’eau sous pression sans pertes/sans fuites 
La connection au réseau et les connections entre les différentes pièces d’écoulement doivent être étanches au maximum.
 
- Récupérer la vitesse d’écoulement de l’eau en limitant sa réduction

L’hélice doit entrer en rotation très facilement, il faut donc diminuer les frottements et optimiser les  formes et dimensions des pales.

- Transformer l’énergie cinétique de l’hélice en énergie électrique

Mettre en place un circuit d’alternateur.

- Être adaptable à de nombreuses conduites de fluides

Avoir une bibliothèque de connectique fournie.

- Ne pas adjoindre de particules non désirées dans l’eau potable

Les matériaux utilisés doivent être résistants à l’abrasion.

 

 

Solutions

Ces solutions concernent des solutions répondant au cahier des charges fonctionnelle dans le contexte d'une turbine à axe de rotation de même direction que le flux d'eau.

Solutions pour alternateur

Solution 1 : Turbine directement reliée à un alternateur en ligne

Il s’agit d’une turbine directement fixée en rotation sur l’axe de l’alternateur. Ce montage est relativement simple. Seulement cela pose des problèmes concernant l’écoulement de l’eau (grandement ralenti et dévié pour dégager de la place pour l’alternateur). De plus se posent des problèmes d’étanchéité du réseau électrique. En effet il faudrait pouvoir acheminer l’électricité depuis l’intérieur du cylindre (depuis l’alternateur) vers l’extérieur sans que l’eau n’entre en contact avec celle-ci. La question du rendement se pose également étant donné l’orientation de la turbine (axe de rotation) par rapport au sens d’écoulement du fluide.

- Solution 2 : Turbine à hélice reliée à une paroi tubulaire aux extrémités

Il s'agit de fixer un tube aux extrémités extérieures des pales de l'hélice. Dans ce tube se trouvera des aimants. Les bobines seront alors installées contre la paroi externe du tuyau.

Cette solution permet d'avoir un nombre conséquent de bobines et d'aimants, une certaine proximité entre eux, et par rapport à la solution 1 on n'a pas de problème concernant l'espace de passage de l'eau. Seulement, la rotation de l'hélice risque de nécesiter plus de débit pour se lancer. De plus, pour ne pas créer de changement de direction du flux d'eau, il faudrait un espace très réduit entre le tube aimanté et la paroi interne du cylindre. En effet, il suffirait que la paroi interne du tube à cet endroit se remplisse de calcaire ou d'un autre élément pour que l'hélice soit bloquée.

 

 

Solution 3 : Turbine à aimant dans l'axe et bobines extérieur (solution choisie)

Cette solution consiste à insérer un aimant directement à l'intérieur de l'axe de l'hélice. De ce fait l'aimant tournera beaucoup plus vite. Cependant, il est à une plus grande distance des bobines qui se trouvent sur la paroi externe du tuyau. 

Un autre avantage notable est que ce montage ne présente pas de problème d'étanchéité, ou plutôt aucun problème d'étanchéité difficilement réglable.

 

 

Solution 4 : Pales contenant des aimants fins

Pour cette solution, les pales seraient directement aimantées, par le biais d'aimants insérés dans des logements prévus à cet effet dans les pales de l'hélice. Ceci permet de se débarrasser du poids du tube à aimants de la solution 2. Seulement, pour créer ces logements il faut les épaissir et puis y insérer les aimants, ce qui risque d'alourdir énormément l'hélice. L'entrainement en rotation de celle-ci serait alors très mauvais.

 

 

Solution pour le montage

Pour le montage, nous avons privilégié la solution suivante :

- Le tuyau est coupé en deux et est filleté

- On utilise une pièce "ecrou" qui dispose des supports à bobines et d'un taraudage pour serrer les deux parties du tuyaux

- L'hélice dispose d'un axe avec deux cylindres à deux diamètres différents pour pouvoir pivoter dans les supports. Un côté de l'hélice ne dispose pas directement de cylindre pour pivoter dans le support. Le cylindre du milieu (auquel est fixé les pales) dispose d'une cavité pour y loger l'aimant et la pièce "cale aimant"

- La pièce "cale aimant" est encastré dans la cavité de l'hélice et de l'autre réalise une liaison pivot dans le support (pivot glissant puis par serrage des deux cylindres la translation est supprimée)

L'utilisateur pourra ensuite choisir, au besoin d'installer les pièces "connecteurs" qui se vissent aux extrémités extérieures des tuyaux pour le rendre adaptable à un certain diamètre.

Cette pièce de connection permet de rendre toutes les autres pièces génériques.

 

On peut réaliser l'assemblage en utilisant ce schéma :

 

Partie alternateur (transformation d'énergie)

Notre produit ne serait d'aucune utilité s'il la partie alternateur n'était pas présente.

Cette partie est assurée par la pièce "Ecrou", avec l'aimant inséré dans l'axe de la turbine, ainsi que des bobines de cuivre enroulées autour des supports fabriqués à cet effet et intégré sur les parois externes de la pièce "Ecrou". On joindra deux bouts des deux bobines directement ensembles, et le courant sort par les deux autres bouts restant.

 

Notre alternateur fonctionne et se présente d'une manière très similaire à celui présenté ci dessous :

"Le principe d'induction magnétique est généralement expérimenté en déplaçant un aimant permanent dans une bobine. Une tension se crée aux bornes de la bobine. Un alternateur fonctionne selon ce principe : un électroaimant, alimenté par un courant d'excitation, est en rotation à l'intérieur de X bobines : il  produit ainsi X tensions X-phasées alternatives décalées de 360/X °. Ces tensions sont ensuite redressées en une tension continue."

 

Malgré le fait que nous ayons appelé ici cette partie "alternateur", en terme technique elle correspond bien plus à une dyanmo. Ce qui nous arrange pour la désignation du produit. Mais nous avons tout de même réalisé ces recherches au cas où notre prototype ne serait pas fonctionnel.

 

source : http://conseil.seatronic.fr/alternateur-principe.phpj

Recherches antérieures

Nous avons papilloné entre de nombreuses idées. Notre idée principale consistait à récupérer l'énergie d'une chute de gouttière. Nous avions donc récupéré des informations pour tenter d'approximer la quantité d'énergie électrique que notre système pourrait produire, afin d'en estimer les applications possibles.

DOC PLUVIOMETRIE

On remarque donc qu'avec un rendement très mauvais, il est tout à fait possible d'utiliser le système pour un éclairage extérieur, quelques lampes à leds, ou halogènes. Connaissant les consommations électriques des éclairages extérieurs des communes ou privés, les volontés de réduction de celles-ci, ce système serait tout à fait viable et commercialisable.

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