Difficulté
Difficile
Durée
1 jour(s)
Coût
50 EUR (€)
Description
Des trucs sur les moteurs stirlings
Introduction
Nous vivons maintenant dans 1 mond post-covid, et qvous fassiez parti dceux qui
pensent qles milliardaires prennent très au serieux le changement climatique et veulent
regler la question par la population en se réfugiant dans des bunkers survivalistes,
ou qvous fassiez parti dceux qui pensent qles milliardaires s'en foutent et veulent
just continuer à s'enrichir jusqu'à la dernièr goutt de pétrol,
il devient urgent de trouver des alternatives aux modèles qu'on nous propos et au fascism,
et ca pass aussi par des alternatives techniques.
Le moteur stirling a été inventé au XIXè s. avant lmoteur thermiqu
et a connu quelques applications industrielles "mainstream", notamment dans les années
60 (Ford Torino, navire américain Caloric).
Aussi appelés "moteurs à air chaud", lprincip est de balader dl'air alternativement d'1
zon froid à 1 zon chaud et récupérer la forc mécaniqu engendr par la dilatation (spécial dédicace bruno lemaire)
et la contraction dl'air.
Les moteurs stirling performants ont nécessit beaucoup d r&d et ont atteint des rendements
plus importants qles moteurs thermiques avec carburants (autour d 40%).
Ils sont fiables, silencieux et ont des rendements élevés.
Ils sont cependant mieux adaptés à des régimes fixes.
Chroniqu d'1 nuit blanch avant d'aller tracter contr l fascism pour utiliser les 24h apres reception et
Étape 1 - revue de la litterature web
On list ici quelques vidéos de moteurs stirling "diy" (do it yourself)
plus ou moins bricolés et en langue français.
On voit qca va du moteur fait avec 1 canett dcoca cola (DDM Brico Voyageur https://www.youtube.com/watch?v=nBxKOkYx2rI) à 1 moteur en bois
avec des seringues en verres pour les pistons(Incroyables Experiences https://www.youtube.com/watch?v=s79odgWz6BM), à 1 moteur 125 cm3 usiné avec une puissance de 5kW à 50kW,soit 4ch à 40ch, au regard de la mesure de 800tr/min et d'un poids du plateau estimé entre 100g et 1kg (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
votr propr moteur stirling qdans l texte ci-dessous.
En bonus, pour les enseignants, 1 exempl de jouet de typ tracteur et gru fabriqué en meccano ici :
http://cm1cm2.ceyreste.free.fr/stirling.html
Étape 2 - la puissance des jouets
On va maintenant essayer d mesurer la puissanc de moteurs stirling dits "jouets scientifiqu"
qu'on peut trouver sur aliexpress ou chez des revendeurs comm science labs.
Vous trouverez en pièce joint deux vidéos qui montrent 1 moteur stirling "jouet scientifiqu" qui tourn
avec pour sourc d chaleur 1 flamm provenant d'1 bougi et de combustion d'alcool.
Le moteur est fourni avec 1 petit contenant et 1 mech à imbiber d'alcool qui produit 1 puissanc
adapt au moteur(video 1).
On voit dans la vidéo avec la bougie (video 2) qla flamm dla bougi ne produit pas 1 puissanc adapt
et le moteur tourn quelques secondes puis s'arret et ndevient très capricieux pour redémarrer (1 peu aléatoir apres
divers essais mem apres refroidissement).
On mesur donc la puissanc des deux flamme (voir video 3 et 4):
temps pour porter à ébullition 10mL d'eau de 20°C à 100°C
Energi=10*80 calories=800*4,184J=3347,2J
temps pour flamm lamp à alcool: 40s à 1 minut(selon fremissement ou bouillonement entier)
temps pour bougi : 90 à 120s
lamp a alcool:
Puissance_max=3347/40=84W
Puissance_min=3347/60=56W
bougi
Puissance_max=3347/90=37W
Puissance_min=3347/120=28W
Pour essayer d mesurer lrendement, on fix 1 poids au moteur (ici 1 boulon pét d 5g voir video 5),
et on mesur l coupl d'entrainement
ainsi qla vitess angulaire.
L boulon pès 5g et est fix à 1 distanc d=3cm d l'ax d rotation.
Pour mesurer la vitess angulair, on va utiliser deux logiciels: 1 bout d cod python reposant sur opencv, et ffmpeg
commands python:
sudo apt install virtualenv
virtualenv --python=/usr/bin/python3 .
source bin/activate
pip3 install opencv-python
import cv2
import os
def charger_images_video(video_filename, output_folder):
"""
Charge les images vidéo d'un fichier et sauvegarde chaque frame en tant qu'image JPG.
Args:
video_filename: Le chemin d'accès au fichier vidéo.
output_folder: Le dossier où sauvegarder les images JPG.
Returns:
Un tableau NumPy contenant les images vidéo (3D array: frames, rows, cols).
"""
# Ouvrir la vidéo avec OpenCV
cap = cv2.VideoCapture(video_filename)
# Vérifier l'ouverture réussie
if not cap.isOpened():
print("Erreur d'ouverture du fichier vidéo:", video_filename)
return None
# Vérifier que le dossier de sortie existe, sinon le créer
if not os.path.exists(output_folder):
os.makedirs(output_folder)
# Liste vide pour stocker les images vidéo
images_list = []
frame_number = 0
# Lire les images vidéo image par image
while True:
ret, frame = cap.read()
# Vérifier la lecture de l'image
if not ret:
break
# Sauvegarder chaque frame en tant qu'image JPG
frame_filename = os.path.join(output_folder, f'frame_{frame_number:04d}.jpg')
cv2.imwrite(frame_filename, frame)
# Ajouter l'image à la liste
images_list.append(frame)
frame_number += 1
# Fermer la capture vidéo
cap.release()
return images_list
# Exemple d'utilisation
video_filename = '00009.MTS'
output_folder = 'frames'
images_list = charger_images_video(video_filename, output_folder)
commands ffmpeg:
sudo apt install ffmpeg ffmpeg -i 00009.MTS -vf fps=25 output_frame_%04d.png
Vous pouvez reproduir la mesur avec l fichier vidéo sourc (lien ici) et les bouts d cod ci-dessus.
Malheureusement, à c stad d l'expérienc, la pris d video à 25fps n permet pas d mesurer correctement
la vitess angulair du moteur qui tourn trop vit et produit 1 flou sur la vidéo décompos en 25 images par secondes.
Updat à réception d'1 camera 120fps et/ou d'1 tachymètr:
Test du tachymetre à 25€ ce mardi 25 juin 2024: le tachymetre fonctionne par frottements (entrainement d'un bout de caoutchouc qui fait tourner un axe dont on mesure la vitesse de rotation): l'entrainement se fait sur une seconde at afffiche des valeurs comprises entre 100 et 500 tours minutes puis fait stopper le moteur.
update a reception webcam 60fps prévue le 26juin et camera 120fps 4k prévue le 29 juin.
Étape 3 - faire tourner le moteur avec une source solaire
Fair 1 moteur stirling performant exige beaucoup d r&d (go! pour les hackers qui veulent faire des leaks des archives d philips ou d la ford torino -oui les années 60/70 cest pas q génial pour la musiqu-)
et on va ici s caler sur la puissance d la flamm qui fait tourner l moteur correctement:
60W à 90W
On va d'abord utiliser 1 reflecteur d petit taill sur lequel on va venir fixer des bouts de mirroir pétés (apres test de fixation de bouts de mirroir c'est nettement moins bon qu'avec la surface initiale du reflecteur) et mesurer le temps d'ébulition d'1 petit quantité d'eau
et on viendra fair 1 regl d trois pour 1 diametr adapt (la puissanc du soleil est linéair d la surfac ensoleill):
test ce mardi 25 juin 2024 ensoleillé.
Reflecteurs de 6cm de rayon en photo dont la surface reflechissante est constituée de "bumps" pas nécessairement aussi bon que les surfaces dédiées telles que vendues par solar brother (https://www.solarbrother.com/acheter/reflecteur-solaire-adhesif-s-reflect-500/)
En mettant le doigt au milieu du reflecteur le midi en pointant le reflecteur en direction du soleil, on a une sensation proche de la sensation de brulure d'un briquet au bout de 5s.
Le test pour faire bouillir 3mL d'eau a cependant échoué, soit parce que les surfaces ne sont pas assez lisses, soit parce que la bougie fait trop d'ombre au reflecteur, soit parce que le reflecteur n'est pas assez bien orienté par rapport au soleil et/ou la bougie pas placée assez précisément au foyer de convergences des rayons.
L'ensoleillement est d'environ 1000W/m2, et la surface du reflecteur d'environ 3,14*0,06*0,06=0,0113m2
La puissance du reflecteur est donc théoriquement d'environ 0,0113*1000=11,3W
Pour avoir une puissance de 90W à midi (qu'on pourra moduler à la baisse avec un horaire où l'ensoleillement est plus faible), il faudrait donc un reflecteur de rayon r:
r=√(90/3,14*1000)=√(90/3140)=√(0,02866242)=0,17m
Il nous faut donc un bout de sphere de 34cm de diametre.
L'antenne satellite (dite parabolique) récupérée dans une recyclerie fait 60cm de diametre, ce qui est beaucoup trop grand, la surface etant proportionelle au carré du rayon (en premiere approximation).
On va donc acheter une antenne parabolique parabole de diametre 40cm (pas trouvé plus petit) et y fixer un réflecteur solaire adhésif.
Update a reception (annoncé entre 29juin et 3juillet)
Étape 4 - optimiser et fabriquer un recepteur solaire mobile
Là, j vous pass la balon.
D'abord, il faudrait réfléchir à 1 récepteur qui suit l soleil dynamiquement en fonction d sa position dans la journ (du jour et de l'heur) et de la latitud et longitud,
et plus important: qui soit capabl de renvoyer les rayons concentrés sur 1 point fix quel q soit l'heur.
Ensuit, on peut imaginer 1 truc constitu d plusieurs recepteurs d diametres distinct adapté à 1 ensoleillement variabl.
On a alors 1 sourc d'énergi renouvelabl infini et transportabl qui va fonctionner pour 1 ensoleillement avec 1 seuil haut et 1 seuil bas.
On peut mêm aller jusqu'à imaginer 1 sociét dont les machines n tournent pas quand il n'y pas assez ou trop d soleil, mais c'est de la scienc fiction.
Pour donner des points d repères, les plus grands mirroirs non pétés qu'on est actuellement capables d fabriquer sont les mirroirs de téléscop géants d 30m d diametr.
Les mirroirs d téléscopes de 5m à 10m d diametres sont plus courants pour les grands téléscopes.
J n suis pas spécialist du tout, just 1 vulgarisateur préoccupé par l changement climatiqu
et la mont du fascism.
A c titr et à c stad d mon expérimentation, seuls deux aspects "pratiques" m'interrogent pour 1 utilisation courant:
stopper l moteur (il suffit pas d stopper l'injection de carburant)
pour des utilisations longues: garder la sourc froid froid assez longtemps sans surdimensionner la puissanc en entr d la sourc chaud (pour 1 deltaT performant)
Et parc qu'à l'heur du fascim rampant qui mont dans tout la société, il faut arreter d s'auto censurer pour parler d politiqu quand on parl en son nom,
1 gouvernement qui prend au sérieux l changement climatiqu aurait depuis longtemps mis
les moteurs stirling dans les problemes d prépa, incité des consortiums à travailler dessus,
cr des groupes mixtes d'ingénieur.e.s-technicien.e.s-bricoleurs.e.s non diplomé.e.s multi territoriaux pour travailler sur c type d questions!
Les connaissances scientifiqu et techniques sont contextuelles d'époques et c n'est pas q dans le spatial (aller sur la lun)
qu'on a perdu des savoirs faires, si les lobbys empechent d remettr à l'ordr du jour des techniques oubliées
qui ont fait leur preuv, c'est au politique d créer les incitations nécessaires!
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