Pedal Cooling Cell/fr

Cette page présente un exemple de modélisation réalisée avec dada-engine-solver, vous le trouverez dans le dossier examples/pedal_cooling_cell/. Cette recherche n’a pas été suffisamment approfondie pour prétendre fournir un résultat optimal.

L’objectif est de dimensionner le moteur d’une cellule de refroidissement low-tech actionnable par pédalier. Le gaz de travail est de l’air, la charge initiale correspond à une pression de 1 bar lorsque la machine est dans sa position de volume maximal. La puissance visée pour le travail d’entrée est de 150W, le travail nécessaire pour la circulation des fluides caloporteurs externes ainsi que les pertes mécaniques n’ont pas été estimés.

Quelques essais m’ont montré que la vitesse maximale est vite atteinte, et le rendement est maximal quand la fréquence tend vers 0, au détriment de la puissance. La fréquence de 1,4Hz est reconnue comme confortable pour le pédalage, l’idéal aurait été une machine fonctionnant à 2,8Hz pour bénéficier d’un coup de pédale par compression, mais je n’ai pas trouvé de solution à ces fréquences là. J’en ai trouvé à 0,933Hz, soit une compression tous les 3 coups de pédale, ce qui pourrait être acceptable avec une roue d’inertie adaptée.

Les températures des sources ont été fixées à 25°C pour la source chaude, et -15°C pour la source froide dans le but de produire de la glace. Les volumes balayés des cylindres sont d’environ 14,2 et 10,8 l. Les échangeurs thermiques à microtubes sont constitués chacun d’environ 220 tubes de 3 mm de diamètre intérieur, longs d’environ 48 cm pour l’échangeur chaud et 31 cm pour l’échangeur froid. Les simulations montrent que le rendement s’améliore par la multiplication du nombre de tubes, combiné à la diminution de leur longueur et diamètre intérieur, ce qui nous éloigne de l’objectif low-tech.

J’ai obtenu un COP de 1,64 soit 25% du COP de Carnot en actionnant cette configuration avec une loi de mouvement synthétique. C’est un COP thermodynamique pur, les seules pertes comptabilisées sont les pertes de charge dans les échangeurs.

J’ai ensuite adapté des assemblages mécaniques pour approcher cette loi de mouvement, puis optimisé ces mécanismes en cherchant le COP maximal qu’ils peuvent produire sur cette configuration, et encore cherché à optimiser en modifiant conjointement le mécanisme et la partie thermodynamique, ce qui explique les différences dimensionnelles finales. Les coefficients maximaux qui ont été obtenus avec les mécanismes bielle-manivelle, 4 barres, 6 barres, sont respectivement de 1,53 1,57 et 1,6.

Ci-dessous les animations des 3 mécanismes testés, accompagnées d’un lien vers le rapport html détaillé généré par le logiciel, vous devez télécharger le fichier pour l’ouvrir depuis votre disque. Les mécanismes ont volontairement été sélectionnés assymétriques pour donner une idée de la variété de solutions envisageables.

Rapport html bielle-manivelle

Rapport html 4 barres

Rapport html 6 barres