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EFS8AB

Turbomachines -

Applications aux énergies hydraulique et éolienne

 

Crédits : 2 ECTS 

Durée : 18 heures + 6 h Fondation

Semestre : S8

Responsable :

Mathieu Jenny, maître de conférences - mathieu.jenny@mines-nancy.univ-lorraine.fr

Mots clés : Turbomachines, pompes, turbines

Pré requis : Mécanique générale, mécanique des fluides incompressibles, notion de perte de charge

Objectif général :

Principes de fonctionnement et dimensionnement de pompes et turbines

 

Il s'agit de présenter une vue d’ensemble des différentes machines à fluides (volumétriques et turbomachines) utilisées dans la transformation de l’énergie, plus spécialement hydraulique. On ouvre aussi sur l'énergie éolienne. Les principales notions abordées sont la description des différentes familles de machines et de leur domaine d’utilisation, la nature des écoulements autour des éléments mobiles et/ou fixes des machines, les courbes caractéristiques et de rendements, les origines des pertes, les limites de fonctionnement. Le programme du module est le suivant :
  1.  Éléments de dynamique des structures : Problématique de l’équilibrage des turbomachines, modèle du solide indéformable, centre d’inertie, tenseur d’inertie, axes principaux d’inertie, techniques d’équilibrage.

  2. Introduction aux machines à fluides : Description globale et classification des grandes familles de machines à action et réaction. Théorèmes généraux. Rappels sur charge et perte de charge, écoulement autour d’un profil, triangles de vitesses.

  3. Turbomachines à fluides incompressibles : Caractéristiques théoriques, pertes, rendements, caractéristiques réelles, méthodologie de conception des machines axiales et des machines centrifuges. Pompes centrifuges et à hélices. Turbines Pelton, Francis, Kaplan. Notions sur la cavitation (NPSH).

  4. Similitude : Invariants de Rateau, vitesses spécifiques.

  5. Introduction aux éoliennes : Aperçu des différents types d’éolienne à arbre horizontal et vertical. Éléments sur la modélisation des éoliennes.

  6. Bureau d'études Hydroélectricité - Étude de l’aménagement d’un torrent de montagne, sur une journée, par Quentin Morel, ingénieur développement - chef de projets à setec energy solutions.
    On passera à cette occasion en revue toutes les problématiques de la petite hydraulique, de la ressource (hydrogéologie) jusqu'aux bilans économiques (retour sur investissement...). Les calculs et traitement de données se feront sous Excel, sur les PC portables des élèves travaillant en binôme.

Ce bureau d'études est financé par la Fondation Mines Nancy.

Compétences : 

Niveaux

Description et verbes opérationnels

Connaître 

Connaître les différents types de turbomachines : machines à action, réaction, pompes, turbines. Comprendre leur fonctionnement. Connaître et comprendre la théorie de Betz pour les éoliennes.

Comprendre 

Connaître, comprendre, appliquer la théorie d'Euler de conservation de quantité de mouvement appliquée au calcul de la charge théorique des turbomachines en fluide parfait incompressible.

Appliquer 

 Connaître, comprendre, appliquer les notions de cascade énergétique dans les turbomachines avec des fluides réels visqueux. Intégrer les pertes de charge interne au bilan.

Analyser 

Savoir choisir et dimensionner une turbomachine à partir d'un cahier des charges concret. Analyser le bilan énergétique et évaluer les choix possibles en terme de rendement énergétique.

Synthétiser

Types de turbines et de pompes et conditions de fonctionnement dans un circuit hydraulique.

Évaluer

Évaluer les technologies de turbomachines disponibles en fonction des contraintes d'installation.

Évaluations :

  • Test écrit
  • Contrôle continu
  • Oral, soutenance
  • Projet
  • Rapport
  • Aucune étiquette