Difficulté
Difficile
Durée
1 jour(s)
Coût
50 EUR (€)
Description
Des trucs sur les moteurs stirlings
Introduction
Nous vivons maintenant dans un monde post-covid, et que vous fassiez partie de ceux qui
pensent que les milliardaires prennent très au serieux le changement climatique et veulent
regler la question par la population en se réfugiant dans des bunkers survivalistes,
ou que vous fassiez partie de ceux qui pensent que les milliardaires s'en foutent et veulent
juste continuer à s'enrichir jusqu'à la dernière goutte de pétrole,
il devient urgent de trouver des alternatives aux modèles qu'on nous propose et au fascisme,
et ca passe aussi par des alternatives techniques.
Le moteur stirling a été inventé au XIXè s. avant le moteur thermiqu
et a connu quelques applications industrielles "mainstream", notamment dans les années
60 (Ford Torino, navire américain Caloric).
Aussi appelés "moteurs à air chaud", le principe est de balader de l'air alternativement d'une
zone froide à une zone chaude et récupérer la force mécanique engendrée par la dilatation (spécial dédicace bruno lemaire)
et la contraction de l'air.
Les moteurs stirling performants ont nécessité beaucoup de r&d et ont atteint des rendements
plus importants que les moteurs thermiques avec carburants (autour de 40%).
Ils sont fiables, silencieux et ont des rendements élevés.
Ils sont cependant mieux adaptés à des régimes fixes.Étape 1 - revue de la litterature web
C'est dans cette étape que vous trouverez les "vrais" tutos de fabrication de moteur stirling.
On liste ici quelques vidéos de moteurs stirling "diy" (do it yourself)
plus ou moins bricolés et en français.
On voit que ca va du moteur fait avec une canette de coca cola (DDM Brico Voyageur https://www.youtube.com/watch?v=nBxKOkYx2rI) à un moteur en bois
avec des seringues en verres pour les pistons(Incroyables Experiences https://www.youtube.com/watch?v=s79odgWz6BM), à un moteur 125 kW usiné (French Stirling Fablab https://www.youtube.com/watch?v=Z24dZ3St_JE de la serie d'épisode https://www.youtube.com/playlist?list=PLE1TyIvCXNyjlvWRi10LUsEMXKyRS6Ltx sur la chaine https://www.youtube.com/@FrenchStirlingFablab).
Vous y trouverez nettement plus de ressources pour essayer de fabriquer
votre propre moteur stirling que dans le texte ci-dessous.
En bonus, pour les enseignants, un exemple de jouet de type tracteur et grue fabriqué en meccano ici :
http://cm1cm2.ceyreste.free.fr/stirling.html
Étape 2 - la puissance des jouets
On va maintenant essayer de mesurer la puissance de moteurs stirling dits "jouets scientifiques"
qu'on peut trouver sur aliexpress ou chez des revendeurs comme science labs.
Vous trouverez en pièce jointe deux vidéos qui montrent un moteur stirling "jouet scientifiqu" qui tourne
avec pour source de chaleur une flamme provenant d'une bougie et de combustion d'alcool.
Le moteur est fourni avec un petit contenant et une meche à imbiber d'alcool qui produit une puissance
adaptée au moteur(video 1).
On voit dans la vidéo avec la bougie (video 2) que la flamme de la bougie ne produit pas une puissance adaptée
et le moteur tourne quelques secondes puis s'arrete et devient ensuite très capricieux pour redémarrer.
On mesure donc la puissance des deux flamme (voir video 3 et 4):
W
flamme lampe à alcool: 40s à 1 minute(selon fremissement ou bouillonement entier)
pour porter à ébullition 10mL d'eau de 20°C à 100°C
Energie=10*80 calories=800*4,184J=3347,2J
Puissance_max=3347/40=84W
Puissance_min=3347/60=56W
Pour essayer de mesurer le rendement, on fixe un poids au moteur (ici un boulon pété de 5g voir video 5),
et on mesure le couple d'entrainement
ainsi que la vitesse angulaire.
Le boulon pèse 5g et est fixé à une distance d= de l'axe de rotation.
Pour mesurer la vitesse angulaire, on va utiliser deux logiciels: un bout de code python reposant sur opencv, et ffmpeg
Vous pouvez reproduire la mesure avec le fichier vidéo source (lien ici) et les bouts de code ci-dessous.
Malheureusement, à ce stade de l'expérience, la prise de video à 25fps ne permet pas de mesurer correctement
la vitesse angulaire du moteur qui tourne trop vite et produit un flou sur la vidéo décomposée en 25 images par secondes.
Update à réception d'une camera 120fps et/ou d'un tachymètre.
Étape 3 - faire tourner le moteur avec une source solaire
Faire un moteur stirling performant exige beaucoup de r&d (go! pour les hackers qui veulent faire des leaks des archives de philips ou de la ford torino -oui les années 60/70 cest pas que génial pour la musique-)
et on va ici se caler sur la puissance de la flamme qui fait tourner le moteur correctement:
W
On va d'abord utiliser un reflecteur de petite taille sur lequel on va venir fixer des bouts de mirroir pétés, mesurer le temps d'ébulition d'une petite quantité d'eau
et on viendra faire une regle de trois pour un diametre adapté (la puissance du soleil est linéaire de la surface ensoleillée).
Update au prochain jour avec assez de soleil: lundi 24 juin et mardi 25 juin
Étape 4 - optimiser et fabriquer un recepteur solaire mobile
Là, je vous passe la balon.
D'abord, il faudrait réfléchir à un récepteur qui suit le soleil dynamiquement en fonction de sa position dans la journée (du jour et de l'heure) et de la latitude et longitude,
et plus important: qui soit capable de renvoyer les rayons concentrés sur un point fixe quel que soit l'heure.
Ensuite, on peut imaginer un truc constitué de plusieurs recepteurs de diametres distinct adapté à un ensoleillement variable.
On a alors une source d'énergie renouvelable infinie et transportable qui va fonctionner pour un ensoleillement avec un seuil haut et un seuil bas.
On peut même aller jusqu'à imaginer une société dont les machines ne tournent pas quand il n'y pas assez ou trop de soleil, mais c'est de la science fiction.
Pour donner des points de repères, les plus grands mirroirs non pétés qu'on est actuellement capables de fabriquer sont les mirroirs de téléscope géants de 30m de diametre.
Les mirroirs de téléscopes de 5m à 10m de diametres sont plus courants pour les grands téléscopes.
Je ne suis pas spécialiste du tout, juste un vulgarisateur préoccupé par le changement climatique
et la montée du fascisme.
A ce titre et à ce stade de mon expérimentation, seuls deux aspects "pratiques" m'interrogent pour une utilisation courante:
stopper le moteur (il suffit pas de stopper l'injection de carburant)
pour des utilisations longues: garder la source froide froide assez longtemps sans surdimensionner la puissance en entrée de la source chaude (pour un deltaT performant)
Et parce qu'à l'heure du fascime rampant qui monte dans toute la société, il faut arreter de s'auto censurer pour parler de politique quand on parle en son nom,
un gouvernement qui prend au sérieux le changement climatique aurait depuis longtemps mis les moteurs stirling dans les problemes de prépa, incité des consortiums à travailler dessus,
cree des groupes mixtes d'ingénieur.e.s-technicien.e.s-bricoleurs.e.s non diplomé.e.s multi territoriaux pour travailler sur ce type de questions! Les connaissances scientifiques et techniques
sont contextuelles d'époques et ce n'est pas que dans le spatial (aller sur la lune) qu'on a perdu des savoirs faires, si les lobbys empechent de remettre à l'ordre du jour des techniques oubliées
qui ont fait leur preuve, c'est au politique de créer les incitations nécessaires!
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