ETUDE COGENERATION.

 

Un habitant d’un lieu assez isolé cherche à faire un générateur  en utilisant son bois. Il se demande s’il est intéressant d’utiliser une machine à vapeur par rapport à son groupe électrogène. On lui propose une machine de 1910 qui possède un réservoir de 800litre d’eau pour 10 000 euros.

  1. Déterminer la quantité d’énergie pour chauffer de 10°c à 100°c  800l d’eau à la pression atmosphérique.

 

  1. Déterminer la quantité d’énergie pour vaporiser  800l d’eau à 100°c à la pression atmosphérique.

 

  1. Déduire la quantité d’énergie pour vaporiser  800l d’eau à 10°c à la pression atmosphérique.

 

  1. Exprimer cette énergie en KWh.

 

  1. Déterminer la quantité d’énergie à utiliser en tenant compte des pertes moyennes indiquées dans le document page 3/7.

 

  1. Déduire la quantité de fuel à utiliser.

 

  1. Déduire la quantité de stères de bois à utiliser.

 

  1. Le générateur sera entraîné par une courroie plate. Déterminer la quantité d’énergie électrique produite.

Rendement du générateur : 0,9

  

  1. Déterminer la consommation de fuel nécessaire au groupe électrogène pour produire la même énergie.

 

 

  1. Déterminer l’énergie produite par le groupe avec la quantité de fuel calculée à la question 6.

 
 

11.  On estime le besoin à 5kWh par jour, déterminer la quantité de bois nécessaire par an.

 

12.  Déterminer le nombre d’hectares nécessaires au fonctionnement. La forêt produit 9 stères de bois par hectare, en mode durable.

 

13.  Déterminer la quantité de fuel nécessaire par an.

 

  1. Conclusion :

 

 

 

 


DOSSIER RESSOURCES.

 

  1. LE FORMULAIRE.
Energie pour chauffer de l’eau à la pression atmosphérique ;

E =  m.c.Δt

 

 m : masse. c=4,18KJoules/kg

Energie pour vaporiser de l’eau à 100°c à la pression atmosphérique.

 E = 2257 KJ/Kg  
Conversion. 1Kwh=3600Kj

1kW= 1kVA.cosφ

  
  1. LA VAPEUR.

Ce qui détermine le rendement d'une machine à vapeur c'est la température (donc la pression de la chaudière) et la température du condenseur.

On peut résumer l'évolution des rendements des machines à pistons :

1712 : machine de Newcomen : estimation de consommation de 16 à 20 kg de charbon par cheval heure (rendement 0,5 %).
1777 : machine de Watt divise la consommation par 4 : 4 à 5 kg charbon / ch/ h (rendement autour de 2 %)
1870 : nouvelle division par 4 : un peu plus de 1 kg charbon / ch/ h (rendement 9 %)
1870 - 1914 : division par seulement 1/4 : 750 g charbon / ch /h (rendement 12 %) : on atteint les limites de cette technologie, il faut passer aux turbines.

 

Répartition des énergies dans une chaudière à vapeur ultramoderne :

 

Contraintes législatives pour les machines à vapeur :

 

Art 4/6/39 : Epreuve dans les locaux du constructeur en présence de la DRIRE ou d'un organisme notifié.

Art 40 : Tenue obligatoire d'un registre d'entretien

Art 5 : Réepreuve décennale à l'initiative de l'utilisateur.
Art 39 : Visite périodique tous les 18 mois au minimum

 

  1. COMPARAISON DES POUVOIRS CALORIFIQUES.

 

Tableau comparatif des PCI par type d'énergie

Pouvoir calorifique

unité de référence

PCI

kcal

kWh

Charbon tous types

(valeur moyenne)

le kilo

de 6,65

à 7,80

de 7,600

à 9,070

Bois

le kilo

3,30

3,800

Propane

le kilo

11,00

12,800

Gaz naturel

le m3

7,56

8,800

Fioul domestique

le litre

8,60

10,000

Électricité

le kWh

0,86

1,000

 

Prix indicatifs moyens, livrés, en euros TTC, constatés au cours du 2ème semestre 2010

 
 

  1. CARACTERISTIQUES DE LA TRANSMISSION PAR POULIES COURROIES.

poulie-et-couroie.JPG

 

Courroie crantée

Courroie striée poly-V

Courroie trapézoïdales

Courroies plates

Couples transmissibles

assez élevés

modérés

moyens

faibles

Puissances transmissibles

assez élevés

modérés

moyens

faibles

Vitesses limites (m/s)

60

60 à 80

40

80 à 100

Rapport limite de transmission

< 1/10

< 1/40

< 1/15

< 1/20

Position des arbres

parallèles

parallèles et autres

parallèles

parallèles et autres

Rendement (%)

< = 98

< = 98

70 à 96

98

tension initiale

faible

assez élevée

peu élevée

élevée

 

Durée de vie

limitée

limitée

limitée

limitée

Lubrification

inutile

inutile

inutile

inutile

Inconvénients

- synchronisme non parfait

- moins économique

- rendement

faibles couples

 

Avantages

- entretien réduit

- vitesses angulaires constantes

- flexibilité

-silencieuses

-diamètre d’enroulement faible

- économique

- encombrement réduit, permet les groupements en parallèle

- grandes vitesses

- rendement

- silencieuses

- rapport de transmission

 

  1. CONSOMMATION DES GROUPES ELECTROGENE DIESEL.

 

  1. LE STIRLING.

 

Le Stirling est comme la machine à vapeur : l’apport d’énergie est extérieur au moteur, mais ne passe pas par l’eau d’un réservoir. Il est actuellement proposé pour faire de la cogénération : il utilise la chaleur produite pour fabriquer de l’eau chaude ou de l’eau de chauffage dans une chaudière pour produire de l’électricité. Il est actuellement vendu autour de 15 000 euros. ( 1kwh)

 

Le rendement théorique est de 40%.