Arbre et pale en rotation dans l'eau

Question

Bonjour

Je précise avant tout : je suis nul en bricolage et il faut être très pédagogique dans la réponse. Je souhaite monter une petite pale qui va tourner dans l'eau. Ci-dessous, vous avez le plan de principe : un axe qui tient  la pale, dans un cadre fixé à un manche creux. A terme, je tiens le manche, je le plonge dans l'eau (ruisseau, rivière) et la pale doit tourner en fonction du courant. (C'est le but final du dispositif, avoir une rotation de la pale proportionnelle au courant de la rivière, cela dès les très basses vitesses genre 0,05 m/s).

. 

Et donc mon problème, ce sont les rectangles rouges dans le schéma : comment est-ce que l'arbre (ou axe) tient dans le cadre et tourne avec un minimum de friction ? 

Je me dis qu'il faudrait peut-être mettre des roulements à bille étanches, mais je n'en ai jamais manipulé de ma vie et je vois mal comment l'arbre (axe) tient tout seul dans les roulements. S'il ne tient pas seul il faut des butées (en bas), mais alors, cela doit sûrement entraver le mouvement. Ou alors c'est tout autre chose qu'un roulement? 

Ma contrainte : il faut vraiment que le mouvement de rotation de l'arbre+pale dans l'eau soit le plus fluide possible, avec pas de jeu et peu de friction.

Merci d'avance !

Daniel 26 · Answer

Bonsoir,
Pour que vous obteniez des réponses concrètes exposez votre projet .Ex: S'agit-il d'un appareil de mesure ? A produire de l'énergie ? Un devoir de BAC ? Etc..
Les paliers (roulements) ne doivent pas êtres dans l'eau , un axe fixe doit supporter l'axe tournant (qui est un tube).
Cdlt,

 
« L'expérience est le nom que chacun donne à ses erreurs.  »
 Oscar Wilde

Debutant21 · Answer

Bonsoir Daniel 26

Ah d'accord, donc vous avez raison, c'est un appareil de mesure : c'est un dispositif qui tourne dans l'eau et qui aura pour but de mesurer la vitesse du courant. 

A noter que c'est une mesure en rivière et canaux à écoulement libre, pas en tuyaux et canalisations sous pression. Et c'est bien la vitesse (pas le débit) qui m'intéresse. Il s'agit d'un projet personnel, que j'utiliserai sans doute pour une association travaillant en rivières et moulins. 

Le schéma que j'ai fait ci-dessus, c'est juste la pale en rotation en bas dans l'eau. Quelque part il y aura un tout petit aimant (sur l'axe qui tourne) et en face de l'aimant, une puce à effet Hall, qui envoie un signal dès qu'elle croise un pôle magnétique (donc la fréquence du signal dépend de la vitesse de rotation de l'arbre, elle-même proportionnelle à la vitesse du courant qui fait tourner la pale dans l'eau). Ensuite, c'est un micro-processeur de type Arduino qui interprète le signal reçu et donne une vitesse.

La partie électronique n'est pas forcément la plus compliquée parce qu'on trouve des transistors et des programmes tout faits en Arduino. Disons que cela ne sera pas simple, mais cela ne pose pas non plus de problèmes conceptuels, j'ai fait des tests avec la puce mais pour un dispositif prévu pour des tuyaux.

Comme je l'ai dit, je suis vraiment peu bricoleur et j'ai des lacunes énormes pour passer de l'idée à la réalisation concrète. 

C'est donc déjà la partie mécanique dans l'eau (avoir une pale qui tourne régulièrement dans l'eau, sans jeu ni friction, du moins très peu) que je n'imagine pas trop, y compris des questions basiques du genre : quand un arbre (axe) est dans le trou central d'un roulement, il tient comment? (Vous voyez que je pars de loin, et je ne suis même pas sûr d'utiliser les bons mots...)

Bonne soirée.

PS : il faut savoir que ce genre de dispositif de mesure de courant existe mais comme c'est très spécialisé, cela coûte souvent près de 1000 euros pour les produits de base. Contrairement aux anémomètres numériques qui se trouvent à tout prix, dès la 30aine d'euros jusqu'à des modèles plus sophistiqués. Si vous voulez avoir une idée du matériel équivalent "pro", le lien ci-après :
http://www.anhydre.eu/swoffer.html

Daniel 26 · Answer

Re,
Le prix du matériel de labo, je connais et cela pour en avoir fait de la maintenance.. 
Avant de vous lancer , l'anémomètre à fil chaud peut être aussi adapté à 
d'autres fluides :
http://www.google.fr/...

Pour le fun, si vous voulez limiter les frottements vous pouvez toujours vous inspirer de ce gadget :
http://i01.i.aliimg.com/wsphoto/v0/811386039/Black-and-white-font-b-magnetic-b-font-font-b-levitation-b-font-toy-font-b.jpg

A+,
 
« L'expérience est le nom que chacun donne à ses erreurs.  »
 Oscar Wilde

Debutant21 · Answer

Je vais regarder, merci de l'idée.

Icare95 · Answer

Bjr, pourquoi vouloir le PLONGER dans l eau si c est pour mesurer la vitesse??
voir ceci d'une facon ...horizontale??  et en plus il pourra reservir..!!
https://www.bing.com/images/search?q=An%c3%a9mom%c3%a8tre+%c3%80+Coupelle&id=0CC8CAAA7FDEF5598DF622BD50EDF486F948ED82&FORM=IQFRBA

Icare95 · Answer

Re, mis a part le fait que je ne vois pas l intérêt de mesurer très précisément la vitesse de l eau et de faire une grosse moyenne entre la vitesse de surface(destructrice) et celle qui se trouve au fond ou se trouve la truite?? mais bon ca doit etre très intéressant scientifiquement parlant ... c est un peu comme donner la vitesse entre Paris et Lyon moi je ne dépasse pas le 70km/h mais ce n est pas ce que va vous dire la maréchaussée ... 
Selon votre plan ca ne fonctionnera pas car il faut qu il puisse tourner dans le flux d eau ou d air ou de ce que vous voulez.. il faut selon moi passer par des pales d hélices 
https://www.sdec-france.com/moulinets-courantometres-pour-mesure-de-debits-cours-eaux.html?lg=fr&numprod=68

Icare95 · Answer

Re, il vaudrait mieux vous rapprocher de pièces de modélisme genre paliers en bronze ou laiton (sur les arbres moteurs de pales par ex) la fixation d un arbre sur un roulement peut se faire de différentes facon le plus simple est a chaud  mais dans votre cas cela ne va pas vous convenir vous etes dans le "petit" et délicat .. la position verticale souhaité vous oblige a avoir un support conique genre "crapaudine ou rubis de montre" ceci afin de réduire le frottement.. d ou l idée d une hélice horizontale qui serait selon moi plus appropriée..
de plus il vous restera une question importante comment et avec quoi allez vous l étalonner ?? en tenant compte du frottement de l eau sur les pales..
http://www.conrad.fr/ce/fr/content/ideesmodelisme/ideesmodelisme/?utm_source=bing&utm_medium=cpc&utm_campaign=SL%20-%20Mod%C3%A9lisme&utm_term=modelisme&WT.mc_id=cpc-bing-SL%20-%20Mod%C3%A9lisme&WT.srch=1

labricole47 · Answer

bonjour 
petite pierre a l'edifice
si vous optez pour un palier ,bronze;laiton ;téflon;ou autre votre axe devra être dans une matière qui ne s'oxyde pas vu le contact avec l'eau
cdt

Debutant21 · Answer

Bonjour

Merci de ces deux nouvelles contributions.

Modélisme et axe horizontal. Pourquoi pas. j'ai fait un nouveau schéma. Dans ce cas, je reste avec des questions :
- l'arbre dans les paliers, on le rentre "en force" (au besoin en rétractant par le froid et dilatant par le chaud) et ensuite cela tient tout seul ? 
- Ou alors, on fait tenir par une pièce centrale (représentée en rouge) qui, bloquée à l'arbre et de diamètre supérieur au diamètre intérieur des paliers, va empêcher le dispositif de s'échapper dans le sens axial ? Je crois que dans les sites de modélisme bateau, cette pièce est parfois nommée étambot (sans certitude). 


Matériaux étanches. Oui, ce sera une contrainte. Du coup, le modélisme bateau est une bonne idée car c'est prévu pour. Le problème sera ausi de protéger l'aimant, le transistor Hall et les fils mais... je n'en suis pas encore là!

Etalonnage. Eh oui, cela va être un problème, au demeurant intéressant à surmonter. Dans les manuels d'hydraulique, il est précisé que ce type de moulinet est taré en banc (eau stagnante, moulinet avançant par un rail avec moteur à vitesse connue). On fait des relevés et on obtient une courbe empirique linéaire de type V=an+B (avec V vitesse, n le nombre de tours, a et b des constante à déterminer, justement), ou dans d'autres cas des équations quadratiques, log, etc. Mais bon, je n'ai pas de banc hydraulique et pour le moment, je n'envisage pas d'en fabriquer (le banc, cela va, mais avec un rail moteur, etc. c'est l'usine à gaz). J'envisage plusieurs pistes. La plus simple, je trouve un syndicat de rivière ou un bureau d'étude qui a un moulinet pro et je les enquiquine une heure pour faire des mesures avec eux dans un endroit où il y a des écoulements variés. Un peu plus artisanal, avec mes enfants et sur un ponton de lac ou étang (eau à peu près stagnante en bas), on mesure en traînant l'hélice à la verticale dans l'eau, sur 2 m de distance sur le ponton, à différentes vitesse de pas  (de 0,1 à 2 m/s; à peu près le fourchette qui m'intéresse), on fait des moyennes et on regarde sur un tableur la fonction qui approche le mieux les résultats, après avoir déjà vérifié que cela ne part pas en sucette sur les données (stabilité test / re-test à vitesse comparable).

Arbre et pale en rotation dans l'eau

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