Arbre et pale en rotation dans l'eau

Debutant21 Messages postés 6 Date d'inscription vendredi 28 mars 2014 Statut Membre Dernière intervention 29 mars 2014 - 28 mars 2014 à 16:37
Debutant21 Messages postés 6 Date d'inscription vendredi 28 mars 2014 Statut Membre Dernière intervention 29 mars 2014 - 29 mars 2014 à 12:49
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).

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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 !

9 réponses

Daniel 26 Messages postés 15661 Date d'inscription jeudi 30 juin 2011 Statut Modérateur Dernière intervention 5 décembre 2022 4 111
Modifié par Daniel 26 le 28/03/2014 à 16:58
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
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Debutant21 Messages postés 6 Date d'inscription vendredi 28 mars 2014 Statut Membre Dernière intervention 29 mars 2014
28 mars 2014 à 17:14
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
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Daniel 26 Messages postés 15661 Date d'inscription jeudi 30 juin 2011 Statut Modérateur Dernière intervention 5 décembre 2022 4 111
Modifié par Daniel 26 le 28/03/2014 à 17:44
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
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Debutant21 Messages postés 6 Date d'inscription vendredi 28 mars 2014 Statut Membre Dernière intervention 29 mars 2014
28 mars 2014 à 17:50
Je vais regarder, merci de l'idée.
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Icare95 Messages postés 30670 Date d'inscription jeudi 26 juillet 2012 Statut Membre Dernière intervention 4 décembre 2022 7 129
Modifié par Icare95 le 28/03/2014 à 19:34
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
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Daniel 26 Messages postés 15661 Date d'inscription jeudi 30 juin 2011 Statut Modérateur Dernière intervention 5 décembre 2022 4 111
Modifié par Daniel 26 le 28/03/2014 à 19:43
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Debutant21 Messages postés 6 Date d'inscription vendredi 28 mars 2014 Statut Membre Dernière intervention 29 mars 2014
28 mars 2014 à 20:37
Merci de ces nouvelles pistes.

Icare95 : quand on veut mesurer la vitesse d'un cours d'eau (un chenal cuelconque, naturel ou artificiel), on doit le faire à différentes profondeurs, et aussi différentes distances du bord. Le champ de vitesse n'est pas uniforme (à cause de la viscosité et de la rugosité), il faut faire une moyenne de plusieurs mesures sur une section donnée pour avoir une idée réaliste. Idem si l'on s'intéresse à des choses encore plus précises (par exemple, la variation de vitesse de l'eau dans une passe à poisson, la relation température-vitesse dans une retenue, etc.). Le genre de truc que j'aimerais mesurer facilement aux beaux jours... sans me ruiner.

Daniel 26 : j'avais pensé un temps au tube de Pitot (ou antenne de Prandtl), mais cela ne me semble pas très maniable en terrain naturel. Il faudrait que je recreuse la question et que j'examine le degré de précision pour les variations de vitesse de l'ordre de x0,1 m/s. Aussi que je réfléchisse comment assurer une "prise" homogène au niveau de la partie immergée, tout en étant assez simple (les courantomètres à moulinet me semblent assez pratiques pour cela).
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Icare95 Messages postés 30670 Date d'inscription jeudi 26 juillet 2012 Statut Membre Dernière intervention 4 décembre 2022 7 129
Modifié par Icare95 le 28/03/2014 à 22:58
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
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Debutant21 Messages postés 6 Date d'inscription vendredi 28 mars 2014 Statut Membre Dernière intervention 29 mars 2014
28 mars 2014 à 23:54
@Icare95 : Je n'ai pas vraiment représenté la géométrie de la pale sur mon dessin vu de face, c'est censé avoir un profil légèrement en S pour créer un effet d'entraînement. A dire vrai, même avec une hélice (que l'on trouve en modélisme, avec des arbre 4 ou 5 mm) et un axe horizontal, ma question reste la même : je ne sais pas trop quel montage réaliser pour avoir un arbre qui tient bien et qui tourne bien. La réponse m'intéresse!

Je ne sais pas, si c'était une girouette ou une éolienne ou une paire de roue, quelles pièces faudrait-il mettre au niveau des points rouges du montage ? Comment est-ce que l'on assurer la fixation d'un arbre dans un roulement (si c'est un roulement qu'il faut) et la "butée" de cet arbre? Ce sont des questions très basiques, assez indépendantes du projet lui-même (qui ajoute simplement la contrainte d'étanchéité par rapport à un montage comparable mais à l'air). Mais je ne sais pas où chercher, quand je "googlise" des trucs comme "arbre + roulement", je trouve des sites industriels bien trop complexes par rapport à un montage supposé être tout bête!

Sinon, d'après ce que j'ai lu sur les solutions Pitot / Prantl, ce n'est pas considéré comme assez précis pour de faibles variations de vitesse, on l'utilise plutôt en aérodynamique qu'en hydraulique.
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Icare95 Messages postés 30670 Date d'inscription jeudi 26 juillet 2012 Statut Membre Dernière intervention 4 décembre 2022 7 129
Modifié par Icare95 le 29/03/2014 à 07:51
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
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labricole47 Messages postés 15908 Date d'inscription samedi 14 décembre 2013 Statut Modérateur Dernière intervention 5 décembre 2022 2 296
29 mars 2014 à 08:17
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
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Debutant21 Messages postés 6 Date d'inscription vendredi 28 mars 2014 Statut Membre Dernière intervention 29 mars 2014
29 mars 2014 à 12:49
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).
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