Un moteur Solaire : la Roue de Minto ?

[vincent27]

La finalité n'est pas d'utiliser la gravité, mais de produire de l'énergie mécanique avec une différence de température la plus faible possible (dans l'absolu, et selon le concepteur initial, quelques 10 degrés). Dans notre cas, si on pouvait la faire tourner avec un température chaude de 50°C et une température froide de 15°C, la machine serait idéale. En effet, il faut essayer de travailler avec des température disponible sans trop de transformation sur terre.

Deuxièmement, la conception initiale déplace le fluide "volatile" et non "caloporteur" et utilise la gravité de la même façon.

[Pierre-Yves]

Le différentiel de température vaporisation/condensation, à mon sens, va surtout être lié à la chaleur de vaporisation : propane, 356 KJ/Kg, butane 362 KJ/Kg, DCM 341 KJ/Kg. C'est là qu'il faut aller chercher l'énergie mécanique récupérable par le système : moins il faudra d'énergie thermique pour faire monter la pression en restant des des gammes de température proches de l'ambiance (basse température d'ébullition), meilleur sera le rendement de la transformation en énergie mécanique.

cette question du fluide est fondamentale. Le butane est dans la bonne gamme, mais son caractère explosif est rédhibitoire. J'ai lu quelque part que l'exploitation de l'énergie thermique des mers (donc avec un faible delta T entre l'eau de surface et celle des profondeurs) avait été réalisée (vers 1930) en utilisant un mélange d'eau et d'ammoniac, sous vide. J'aimerais bien comprendre comment cela marchait : sous vide, la température d'ébullition est basse, mais la vaporisation dans une enceinte confinée augmente la pression ce qui a pour effet d'augmenter aussi la température d'ébullition : le processus doit donc s'arrêter...

[vincent27]

Il y a un compromis, un règlage à trouver entre le volume de liquide déplacé, le hauteur (diàmetre de la roue et pression du liquide sur le gaz) et le volume de fuide "volatile".

[rescwood]

Ce que j'ai rêvé pour améliorer les échanges de chaleur :

[rescwood]

Vincent :

Le butane est dans la bonne gamme, mais son caractère explosif est rédhibitoire

Le butane, comme toute substance dont les vapeurs sont inflammables, n'est est inflammable que si il est en présence d'oxygène. Oxygène de l'air dans le cas qui nous préoccupe : limite inférieure d'explosivité 1.8% dans l'air, limite supérieure d'explosivité 8.8% dans l'air. Dans aucun cas, sauf mauvaise étanchéité du système, ces conditions ne sont remplies dans les containers.

J'ai lu quelque part que l'exploitation de l'énergie thermique des mers (donc avec un faible delta T entre l'eau de surface et celle des profondeurs) avait été réalisée (vers 1930) en utilisant un mélange d'eau et d'ammoniac, sous vide. J'aimerais bien comprendre comment cela marchait : sous vide, la température d'ébullition est basse, mais la vaporisation dans une enceinte confinée augmente la pression ce qui a pour effet d'augmenter aussi la température d'ébullition : le processus doit donc s'arrêter...

Il s'agit probablement d'une PAC, le système est différent : l'évaporation du fluide se fait côté "froid" ou on pompe la chaleur, cette chaleur est ensuite récupérée lors de la condensation de la phase gazeuse par un compresseur.

Dans la roue de Minto, on fait l'inverse, on utilise la pression créée pour créer un déplacement de fluide. Pour éviter une montée en pression, il faut un refroidissement au moins égal à l'apport de chaleur dans le système.

[rescwood]

J'ai confondu Vincent et Pierre-Yves ... désolé

[rescwood]

Vincent,
l'idée de déplacer un fluide plus lourd est intéressante, mais qui dit plus lourd, dit plus d'énergie pour le déplacer, donc plus de pression et par conséquent plus de chaleur. En clair : avec la même quantité de chaleur utilisée par le système, je vais déplacer la même masse, soit un grand volume de fluide plus léger soit un plus faible volume de fluide plus lourd...
Par contre un fluide plus lourd permettrait d'obtenir un couple intéressant dans des dimensions plus restreintes

[Pierre-Yves]

Le butane, comme toute substance dont les vapeurs sont inflammables, n'est est inflammable que si il est en présence d'oxygène ... Dans aucun cas, sauf mauvaise étanchéité du système, ces conditions ne sont remplies dans les containers.

C'est vrai, mais on ne peut jamais exclure les fuites : je pense à des systèmes embarqués avec beaucoup de vibrations. S'il y avait un fluide non toxique, non dangereux pour l'environnement et non explosif, je suis preneur !!! Les nouveaux liquides frigorifiques peuvent être utilisés, mais il faut des pressions de 4 à 14 bars, c'est plus délicat à mettre en oeuvre.

J'ai lu quelque part que l'exploitation de l'énergie thermique des mers (donc avec un faible delta T entre l'eau de surface et celle des profondeurs) avait été réalisée (vers 1930) en utilisant un mélange d'eau et d'ammoniac, sous vide. J'aimerais bien comprendre comment cela marchait.

Il s'agit probablement d'une PAC, le système est différent : l'évaporation du fluide se fait côté "froid" ou on pompe la chaleur, cette chaleur est ensuite récupérée lors de la condensation de la phase gazeuse par un compresseur.
Dans la roue de Minto, on fait l'inverse, on utilise la pression créée pour créer un déplacement de fluide. Pour éviter une montée en pression, il faut un refroidissement au moins égal à l'apport de chaleur dans le système.

Pas du tout, ce n'était pas une PAC mais, grosso modo, le même principe que pour la roue de Minto. Le mélange eau-ammoniac (point d'ébullition vers 0°) était vaporisé sous vide partiel par de l'eau tiède. La vapeur produite alimentait une turbine produisant de l'électricité, puis était condensée par la source froide (eau vers 5 à 10°).

Voici un extrait de http://www.clubdesargonautes.org/ sur l'énergie thermique des mers :

" ...En 1928, à Ougrée en Belgique, Claude en valide le principe en produisant de l’électricité avec une machine thermique de 60 kW alimenté avec de l’eau chaude à 33°C puisée dans le circuit de refroidissement d‘un haut fourneau et de l’eau « froide » à 12°C pompée dans la Meuse. Conforté par les résultats de cette expérience qui lui permettent de montrer que le bilan énergétique du procédé est positif, Claude décide d’en faire la démonstration dans des conditions réelles, en utilisant non plus de l’eau douce mais de l’eau de mer amenée par une conduite d’eau froide de dimensions représentatives de celles d’une petite centrale industrielle. " Claude fit ensuite une expérimentation avec de l'eau de mer prise en surface et prise au fond.

Un delta T de 21° !!!! Peut-on imaginer toutes les sources thermiques que l'on pourrait ainsi exploiter ?!!!

C'est le fonctionnement sous vide que j'ai du mal à comprendre, alors que ce ne doit pas être trop compliqué pourtant !!

[rescwood]

C'est le fonctionnement sous vide que j'ai du mal à comprendre, alors que ce ne doit pas être trop compliqué pourtant !!

Je pense avoir compris : on crée une dépression à l'aval de la turbine avec une pompe à vide, ce qui a pour effet d'abaisser la température d'ébullition de l'eau de mer qui se vaporise sans être chauffée, au lieu d'augmenter la pression en amont en chauffant l'eau de mer pour la vaporiser. On "aspire" la vapeur à travers de la turbine au lieu de la "pousser". L'eau vaporisée est l'eau "chaude" (de surface), la vapeur aspirée par la pompe à vide est ensuite condensée par un échangeur alimenté en eau "froide"(profonde), augmentant ainsi la dépression créée par la pompe à vide. Apparemment, l'énergie consommée par la pompe à vide et les pompes d'alimentation en eau de mer est inférieure à celle qui serait nécessaire à vaporiser la même eau à pression atmosphérique.

Apparemment l'Ammoniaque est utilisé dans un autre circuit, fermé, pour fabriquer la glace, circuit dont les condenseur et évaporateur sont également alimentés en eaux froide et chaude (ya pas de petits profits !) et dont le compresseur est alimenté par le courant produit par la turbine comme la pompe à vide et les pompes du circuit d'eau de mer.

Alors j'ai bon ?

[Pierre-Yves]

Je pense avoir compris : on crée une dépression à l'aval de la turbine avec une pompe à vide, ce qui a pour effet d'abaisser la température d'ébullition de l'eau de mer qui se vaporise sans être chauffée, au lieu d'augmenter la pression en amont en chauffant l'eau de mer pour la vaporiser. On "aspire" la vapeur à travers de la turbine au lieu de la "pousser". L'eau vaporisée est l'eau "chaude" (de surface), la vapeur produite est condensée par un échangeur alimenté en eau "froide"(profonde), augmentant ainsi la dépression créée par la pompe à vide. Apparemment, l'énergie consommée par la pompe à vide et les pompes d'alimentation en eau de mer est inférieure à celle qui serait nécessaire à vaporiser la même eau à pression atmosphérique.

Alors j'ai bon ?

ce n'est pas encore ça ! J'essaie de comprendre, moi aussi et je réfléchis en même temps que j'écris !!

L'eau de mer de surface est la source chaude et sert à vaporiser le mélange eau-ammoniac. C'est cette vapeur qui actionne la turbine et qui est condensée par la source froide (eau de mer des profondeurs, à une température à peu près constante de 5°). Si cela fonctionnait à la pression atmosphérique (avec un fluide idéal qui s'évaporerait vers 10-15°), il suffirait probablement d'un simple circulateur et/ou un clapet anti-retour pour que le système marche tout seul.

Ce que je ne comprends pas encore, c'est le fonctionnement sous vide partiel, qui est nécessaire pour abaisser la température d'ébullition du mélange eau-ammoniac. En effet, si ce mélange se vaporise, comme l'enceinte est confinée, la pression va augmenter et l'ébullition va s'arrêter. Il faut donc évacuer la vapeur pour maintenir la dépression, puis utiliser cette vapeur pour faire marcher la turbine...

Est-ce que la dépression créée par la condensation APRES la turbine suffit à entretenir le cycle ? Est-ce que la pompe à vide est toujours en fonctionnement ? Y a t'il un chimiste dans la salle ?