{"id":4799,"date":"2023-05-31T13:32:31","date_gmt":"2023-05-31T12:32:31","guid":{"rendered":"https:\/\/blog.univ-angers.fr\/istiaprojetsei2\/?p=4799"},"modified":"2023-05-31T13:39:56","modified_gmt":"2023-05-31T12:39:56","slug":"projet-moteur-stirling","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/blog.univ-angers.fr\/polytech_2A\/2023\/05\/31\/projet-moteur-stirling\/","title":{"rendered":"Projet moteur Stirling"},"content":{"rendered":"\n

Le moteur Stirling, quelles utilit\u00e9s ?<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Le moteur Stirling permet d\u2019obtenir de l\u2019\u00e9nergie m\u00e9canique \u00e0 partir de la r\u00e9cup\u00e9ration de chaleur. De ce fait, il est tr\u00e8s utile car il permet d\u2019obtenir un travail \u00e0 partir d\u2019\u00e9nergie abondante comme celle du soleil. Ce type de moteur est utilis\u00e9 dans plein de domaines diff\u00e9rents comme par exemple :<\/p>\n\n\n\n

–     Le domaine militaire : le sous-marin su\u00e9dois est \u00e9quip\u00e9 d\u2019un moteur Stirling pour sa production en \u00e9lectricit\u00e9.<\/p>\n\n\n\n

–     Des applications solaires : un moteur Stirling est combin\u00e9 \u00e0 une parabole solaire r\u00e9fl\u00e9chissante pour produire de l\u2019\u00e9lectricit\u00e9.<\/p>\n\n\n\n

–     Le domaine spatial : certains satellites de la NASA se procurent de l\u2019\u00e9nergie gr\u00e2ce \u00e0 un moteur Stirling.<\/p>\n\n\n\n

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LE PROJET<\/strong><\/p>\n\n\n\n

L’objectif de notre projet est de concevoir et de r\u00e9aliser une maquette fonctionnelle d\u2019un moteur Stirling. Mais avant d\u2019expliquer les moyens que nous avons mis en \u0153uvre pour accomplir notre objectif, il faut comprendre comment fonctionne concr\u00e8tement un moteur Stirling.<\/p>\n\n\n\n

Le fonctionnement<\/em><\/strong><\/p>\n\n\n\n

La base d\u2019un moteur Stirling est la thermodynamique : son fonctionnement est bas\u00e9 sur un \u00e9change d\u2019air entre 2 parties, que nous nommerons A et B. Chacune de ses deux parties se doit d\u2019\u00eatre \u00e9tanche. De plus, elles peuvent communiquer ensemble. Chaque partie contient un piston, reli\u00e9 gr\u00e2ce \u00e0 une bielle \u00e0 une roue. Les deux roues A et B sont reli\u00e9es entre elles pour transmettre le m\u00eame mouvement. Le piston A (appel\u00e9 \u201cd\u00e9placeur\u201d) n\u2019est pas \u00e9tanche, contrairement au piston de la partie B.<\/p>\n\n\n\n

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Photo vue du dessus de notre mod\u00e9lisation<\/em><\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Tout d\u2019abord, nous r\u00e9chauffons le tube en verre de la partie A. Cela aura pour effet d\u2019augmenter la pression dans le tube, et donc de repousser le d\u00e9placeur. En appliquant une rotation de la roue A, l\u2019air chaud de cette partie sera comprim\u00e9, et donc envoy\u00e9 dans la partie B. Ce changement de temp\u00e9rature va repousser le piston B, et gr\u00e2ce \u00e0 son inertie, le piston va comprimer \u00e0 nouveau cet air, qui retournera dans la partie A.<\/p>\n\n\n\n

Ce transfert d\u2019air entre les parties va cr\u00e9er une rotation au niveau des roues. Ce mouvement m\u00e9canique peut \u00eatre r\u00e9cup\u00e9r\u00e9 et transform\u00e9 par exemple en \u00e9lectricit\u00e9 par un alternateur.<\/p>\n\n\n\n

Tant qu\u2019il y a une diff\u00e9rence de temp\u00e9rature cons\u00e9quente entre la partie A (chaude) et la partie B (froide), le moteur Stirling fonctionnera sans intervention sur une quelconque roue (\u00e0 part pour lancer le mouvement au d\u00e9part).<\/p>\n\n\n\n

Le grand avantage de ce moteur r\u00e9side \u00e9galement dans le fait qu\u2019il peut \u00eatre r\u00e9versible : \u00e0 partir d\u2019un mouvement m\u00e9canique, il peut nous permettre de produire de la chaleur.<\/p>\n\n\n\n

Un d\u00e9fi<\/em><\/strong><\/p>\n\n\n\n

Nous avons \u00e9galement relev\u00e9 le d\u00e9fi de faire un projet technique complexe, de part ses concepts thermodynamique et m\u00e9canique, avec quand c\u2019est possible, des objets de r\u00e9cup\u00e9rations, en ne s’autorisant que l\u2019impression 3D et l\u2019achat de mati\u00e8re premi\u00e8re pour rester dans un budget restreint.<\/p>\n\n\n\n

Un moteur Stirling \u00e9tant effectivement un objet complexe, il a fallu commencer par une longue \u00e9tape de r\u00e9flexion concernant notre choix sur la mod\u00e9lisation \u00e0 adopter mais \u00e9galement sur les mat\u00e9riaux \u00e0 utiliser.<\/p>\n\n\n\n

En effet, il existe plusieurs types de moteur Stirling, et certains sont plus faciles \u00e0 concevoir mais beaucoup plus difficiles \u00e0 r\u00e9aliser. De plus, les mat\u00e9riaux sont non seulement soumis \u00e0 une source de chaleur et \u00e0 des forces de frottements continues mais ils devront \u00e9galement r\u00e9sister \u00e0 toutes les m\u00e9thodes d’usinage pour assembler les pi\u00e8ces entre elles. Tout cela, en utilisant au maximum des pi\u00e8ces de r\u00e9cup\u00e9ration.<\/p>\n\n\n\n

Par exemple, nous avons dans un premier temps essay\u00e9 de faire un moteur Stirling b\u00eata, qui n\u2019est pas sorti de l\u2019\u00e9tape de la mod\u00e9lisation car il \u00e9tait trop difficile \u00e0 r\u00e9aliser. Nous avons donc opt\u00e9 pour un moteur Stirling gamma. Pour les mat\u00e9riaux, nous avons choisi de l\u2019aluminium pour les bielles, du bois pour les pistons, du verre pour le tube et du PLA pour les supports.<\/p>\n\n\n\n

Apr\u00e8s avoir fait ces choix et fait la mod\u00e9lisation CAO sur SolidWorks de chacune des parties du moteur, nous les avons assembl\u00e9es et avons r\u00e9fl\u00e9chi aux m\u00e9thodes d\u2019usinage \u00e0 utiliser pour les assembler r\u00e9ellement. A ce moment \u00e9galement, nous nous sommes rendu compte que certains mat\u00e9riaux n\u2019\u00e9taient pas une option consid\u00e9rant notre exp\u00e9rience dans le domaine et les outils \u00e0 notre disposition (comme par exemple l\u2019acier ou le verre).<\/p>\n\n\n\n

La construction<\/em><\/strong><\/p>\n\n\n\n

Nous avons donc commenc\u00e9 \u00e0 cr\u00e9er notre deuxi\u00e8me mod\u00e9lisation. La premi\u00e8re \u00e9tape, la plus complexe, \u00e9tait sans aucun doute la cr\u00e9ation des pistons. En effet, il fallait pour cela couper des planches de bois de sapins, pour ensuite les passer \u00e0 la fraiseuse pour faire la t\u00eate des pistons. <\/p>\n\n\n

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Piston n’ayant pas r\u00e9sist\u00e9 \u00e0 l’usinage (trop petit)<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n
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Deuxi\u00e8me version des pistons<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n

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Par la suite, il a fallu pour faire les bielles couper un tube d\u2019aluminium, aplanir une extr\u00e9mit\u00e9, percer des deux c\u00f4t\u00e9s et enfin assembler \u00e0 l\u2019aide d\u2019un axe la partie aplanie du tube avec la t\u00eate du piston. La deuxi\u00e8me \u00e9tape fut d\u2019assembler chacune des parties, en attachant les supports de chaque tube \u00e0 une planche de bois, fixer nos roues ensembles qui elles-m\u00eames sont li\u00e9es aux pistons. Ces m\u00eames pistons doivent \u00eatre en capacit\u00e9 de coulisser aux travers des tubes en verre et en PLA. C\u2019est donc un m\u00e9canisme complexe qui demande beaucoup de pr\u00e9cision. Ainsi commence la troisi\u00e8me \u00e9tape de la construction :\u00a0l\u2019optimisation. En effet, avec toutes ses liaisons, de nombreux frottements sont apparus, emp\u00eachant la rotation de s’effectuer normalement. Nous sommes donc pass\u00e9 par une nouvelle \u00e9tape de r\u00e9flexion afin de trouver des \u00e9l\u00e9ments permettant de stabiliser les roues afin de r\u00e9duire les d\u00e9placements inutiles. Une id\u00e9e par exemple a \u00e9t\u00e9 de rajouter des entretoises, ou encore de changer les attaches bielle-roue permettant une meilleure rotation et aussi d’emp\u00eacher les pistons de se d\u00e9saxer.<\/p>\n\n\n\n

\"\"<\/a><\/figure>\n\n\n\n

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Conclusion<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Nous voyons plusieurs axes d\u2019am\u00e9liorations : ajout d\u2019un circuit de refroidissement, de roulements \u00e0 billes, de ressorts pour augmenter le travail du piston, ou encore diminuer la taille de l\u2019\u00e9changeur d\u2019air (la pi\u00e8ce qui relie la partie A et la partie B).<\/p>\n\n\n\n

Malheureusement, malgr\u00e9 nos efforts, notre moteur Stirling n\u2019est pas fonctionnel. Cependant, il est important de noter que la partie m\u00e9canique marche tr\u00e8s bien, seule la partie thermodynamique pose probl\u00e8me. Il pourrait donc \u00eatre int\u00e9ressant de reprendre notre travail afin d\u2019approfondir nos connaissances li\u00e9es au moteur Stirling pour comprendre son aspect thermodynamique. Cela pourrait \u00e9galement \u00eatre une bonne base si l\u2019on veut essayer d\u2019am\u00e9liorer le travail du moteur, car nous pensons \u00eatre proche d\u2019un r\u00e9sultat positif.<\/p>\n\n\n\n

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