uNrvERSrrÉ
DU
euÉnnc
À
nlnnousrl
Jumelage
éolien-diesel avec stockage
d'air
comprimé
Modélisation
de
la
suralimentation
du moteur
diesel
Mémoire présenté
dans le cadre du programme de maîtrise en ingénierie
en vue de 1'obtention du grade de maître ès sciences
PAR
@
Philippe
BeaulacComposition
dujury
:Hussein
Ibrahim,
PhD, président
dujuryo
UQAR
Adrian Ilinca,
ing.o PhD,directeur
de recherche,UQAR
JeanPerron, ing., PhD, codirecteur
de recherche,UQAC
Tammam
Basbous,M.Sc.A., examinateur
externe,UQAC
lll
uNrvERSrrÉ
ou
euÉnec
À
nlrraousrl
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cette autorisation n'entraînent pas une renonciationde
la
part de I'auteur
à
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ni
à ses droits de propriété intellectuelle. Sauf entente contraire,I'auteur
conserveREMERCIEMENTS
Je
tiens à
remerciertous les
collaborateursqui m'ont
assisté dansles travaux
derecherche
qui ont
mené
à
la
rédaction
de ce mémoire:
Tammam
Basbouset
HusseinIbrahim
pour leur
soutien techniqueet
surtout leurs travaux
de recherchequi m'ont
étéd'une référence indispensable. Jean Perron et
Adrian Ilinca
pour leurs recoûrmandations destructure et de méthodologie de manipulation, d'analyse et de rédaction. Je tiens surtout à
remercier
mon
épouseXian
Ling qui m'a
toujours
soutenuet
encouragé à continueret
àvii
RESAME
Ce mémoire est le résultat d'une recherche qui visait le développement d'un modèle de moteur diesel à I'aide d'un
logiciel
commercial, GT Power. Ce modèle permet de testercertaines hypothèses
pour optimiser
la
récupération d'énergie
d'un
système hybride éolien-diesel avec stockage d'air comprimé. L'énergie stockée sousforme
d'air comprimépourrait
être utiliséeafin
de réduirela
consommation en carburant du moteur diesel. Lesrésultats
anticipéspourraient être
utilisés
dansdes sites isolés
du nord
canadien, oùl'énergie est beaucoup plus dispendieuse à rendre disponible aux consommateurs.
La
méthodologie préconisée consistait à relever des données de performances surun
groupe électrogènemodifié
avec des capteurs, charges résistantes, interface et apportd'air
comprimé. Les données pouvaient être utiliséesafin
d'ajusterle
modèle développé.Une
fois
le modèle bien ajusté, les hypothèses d'optimisation sont mises à I'essai avant detenter de
modifier
le moteur physique en tant que tel.Les résultats obtenus ne sont pas aussi concluants que désirés, compte tenu du bris
d'un capteur de pression
critique
et d'échéancierstrop
serrés pour permettre de reprendreles essais. Par contre, les données colligées de
la
simulation du modèle démontrent que lemodèle et donc
le logiciel
GT
Power peuventbel
etbien
fournir I'outil
de confirmationsouhaité pour
justifier
des travaux demodification
de concept de moteur.1X
ABSTRACT
This thesis is the result of researches
which
aimed to produce a diesel engine modelusing commercial
software,GT
Power.
This
model was
intendedto
be
usedto verify
certain hypothesisfor
optimizing
the energy recuperationof
awindmill-generator
stationwith
compressed air storage. The energy stored as compressed air could be used to reducethe fuel
consumptionof
the
generator's engine.The
resultscould
then
be
applied
in
isolated communities where the costs
of
supplying energy are very high.The
preferred methodologyfor
this
study was
to collect
datafrom
a test
benchconsisting
of
a
generator
modified
with
sensors, resistancecharges,
interface
andcompressed
air inlet
source. The data could then be usedto
adjust the modelin
order toreproduce the performance
of
the real engine. Once adjusted, the model could be used todesign and adapt engine parameters
for
other regimes.The
results
obtained
were
not
as concluding as
desired,
becauseduring
themanipulations,
a
critical
pressure sensorwas
damagedand
the
tests could
not
bereconducted due
to
tight
scheduling. On the other hand, the data collected was sufficientto
confirm the
validity
of
the model
andthe
performanceof
the
GT
Power
software toconduct this
kind of
experiment.xl
LISTE
DESTABLEAUX...
XIII
LrsrE
DESFrGURES...
...XVLISTE
pps
a,gRÉvIATroNS.
DES SIGLES
ET DEs
ACRoNyMES...xvl
LISTE
DES SYMBOLES...
INTRODUCTION
cÉNÉn,q,LE...
... 1pnonr,ÉvrATreup
ET
oBJECTrFs...
...s
2.L
ANn,ySnDELASITUATIoN
2.2
Lns
pnonr-EMES aRESoUDRE
... 152.3
LnsonJBcrIFSpouRsulvls...
163.3
LE MoDELnGT
Powrn...
3.4
LBs plnaprETRES DU MoDELE...30
LE MONTAGE EXPÉRIMENTAL
...41
284.2
Ln cnoupn
ELECTRocENE ...4l
xll
4,3
Lrs
pnpvrrnREs MoDIFrcarIoNSn'araprarroN
...464.4
Lns
vronrrICATIoNS ET ADAPTATIoNSFINALES...
....49
ANALYSE
DESRÉSULTATS
...51s.l
LES
DONNEES
...s1s.2
DEBTTSM4SSrQI]8S...
...s3CONCLUSION ET RECOMMANDATIONS
.... ...65ANNEXE
A
-
LES
PARAI{ETRE,S
DU
MODÈLE
GT
PO\ryER..
....69Tableau2.I
TabIeau2.2 Tableau2.3 Tableau 3.1 chaleur Tableau3.2 Tableau 3.3 Tableau 3.4 Tableau 3.5 Tableau 4.1 Tableau 5.1 Tableau 5.2 Tableau 5.3xlll
LISTE DES TABLEAUX
Répartition des abonnés par territoire,
fin
2003[4]
... 5Matrice de décision pour le
stockage
...9
Flux
depuissance
... 13Constantes utilisées
pour
le
calcul du coefficient
d'échange de transfert de Caractéristiques physiques dumoteur...
... 30Données pour le calcul de la longueur de la
bielle...
... 31Données pour les
profils
d'ouverture dessoupapes...
...32
Paramètres GT Power à
ajuster
...37Spécifications des capteurs de
mesures
....45
Plages de mesures du
débitmètre...
... 54Les débits d'admission d'air mesurés et
modélisés...
...54Le
chapitre2
dresserala
problématique defaçon plus
détaillée,et
de cette analyseémergeront
les objectifs de
ceprojet
de recherche.De
plus, l'analyse
permettrade
faireressortir les
incitatifs
qui motivent ce projet.Le
chapitre3
présenterale
modèledu
moteurdu
groupe électrogènequi
a servi
debanc d'essai
pour ce projet, ainsi qu'une
introduction
au logiciel de
modélisation GT
Power. On
y
retrouvera toutes les données relevées surle
moteur du banc d'essai,qui
ontservi à développer le modèle.
Le
chapitre 4 présentera le montage expérimental qui a été conçuet
adapté au groupeélectrogène pour effectuer les essais.
Le
chapitre
5
dresseune
analyse des résultats obtenussur
le
banc d'essai, en
lescomparant aux résultats obtenus avec le modèle GT Power.
Le
chapitre 6 présentera les conclusions et recommandations issues de ceprojet
et de laréflexion
en regard des résultats obtenus.PROBLÉMATIQUE
ET
OBJECTIFS
2.1
ANu,vspDELASrruarloN
Au
Canada,environ 200 000
personnesvivent
dans300
régions isolées[2].
Unerégion isolée est définie comme une région où I'on retrouve au
moins
10 habitations quilogent
des gens en peflnanence depuis aumoins
5
ans.On
lesdit
"isolées"par
le fait
qu'ellesne
peuvent pas être reliées aux réseaux dedistribution d'électricité ou
de gaznaturel
par
les
moyens
conventionnels,
soient
par
lignes
de
transmission
pourl'électricité, ou par
gazoducspour
le
gaz
nattnel
Pour
accéderà
ces régions,on doit
emprunter soit les routes, les voies aériennes
ou
maritimes. Durantla
saison hivernale,la majorité
de ces régions n'étant pas accessible par routes,il
estclair
quela
seule voied'accès reste la voie aérienne.
Au
Québec, on peut dénombrer 37 communautés qui sont isolées. Elles représentent14 000 demandeurs d'électricité
(ou
abonnés), cequi
totalisait une demande globale de144
mégawatts(MW)
en 2003
[2]. Un
estimé
prévoit
que cette
demande pourrait atteindre 155MV/
en20l4141.
Tableau 2.1 : Répartition des abonnés par territoire,
fin
2003 L41Îles-de-la-Madeleine
Basse Côte-Nord
Haute-Mauricie
La
principale
source
d'énergieutilisée
dans ces régions isolées
est
l'électricité
générée par des groupes électrogènes qui fonctionnent au carburant diesel. Comme
il
n'y
a aucun service de
distribution
de diesel, ce carburantdoit
être transporté parcamion-citerne, si la communauté est accessible par une route, ou par voie maritime ou aérienne,
ce qui entraîne des coûts très élevés. En effet, le transport maritime ne peut pas se
faire
àla
même échelle quele
transport international carla
demande est beaucoup plus faible,et
les
infrastructures
des
sites
isolés sont
incapablesde
supporter
un
stockage decarburant.
Le
kWh
coûte, en moyenne, $0.50 à produire maisil
ne rapporte que $0.06,donc une perte de $0.44
/
kwh.
Au
Québec, ces pertes s'élevaient àenviron
133millions
de
dollars
en2}09
[4].
Ces pertes sont en majeures partie dues au transport du carburant,ainsi qu'au coût du carburant en tant que tel. Par rapport aux exigences du protocole de
Kyoto,
cette situation n'aide pas
le
Québecà
rencontrer sesobjectifs en
matière
de réduction d'émissions de gaz àeffet
desere,
malgré,lefait
quele
Canada sesoit retké
des pays
qui ont ratifiés le
protocole deKyoto.
Cette préoccupationfait
toujours partiedes valeurs Québécoises
et
de celles de sonex
gouvernement,ce
qui
motive
donc lesefforts à diminuer la consommation de carburant diesel dans les communautés isolées du
Québec.
Dans
sa stratégie énergétiquedu
Québee 2006-2015[4], le
gouvernement duQuébec
prévoit
des ressourcesafin
depromouvoir la
recherche de solutions permettantde réduire la consommation de carburant diesel.
Étant donné que
la
sourcedu
problème réside dansles
coûtsdu
carburant dieselservant
à
produire l'énergie électrique,
ainsi
que
les
coûts
de
transport pow
approvisionner les sites isolés en carburant, et que ces coûts nevont
qu'augmenter avecle temps,
la
solution à envisagerdoit
être concentrée sur cet aspect, donc de trouver unesolution qui
permettra de réduire considérablementla
consommation de carburant dansles
sites isolés
du
Québecet
du
Canada.De plus,
il
serait
prêférabled'utiliser
uneressource
qui
ne
nécessite pasou
peu de transport, donc une ressourcedisponible
surplace,
aux
sites isolés, car les coûts de transportdu
carburant sontla
principale
raisondes
coûts
élevésde
production
d'électricité.
Or
la
ressourcedisponible
en
quantitésolution
avantageusepour
cette problématique.
Le
vent
étant
une
source
d'énergiegratuite,
la
technologie éolienne
est
à
considérerpour
l'élaboration
d'une
solutionoptimale.
Par contre, comptetenu
deI'irrégularité
de
cetteforme
d'énergie,le
groupeélectrogène
doit
être
conservéafin de
garantir
la
disponibilité de l'énergie
électriquedemandée. C'est donc
ici
quela
technologie de jumelage éolien-diesel prend son pleinintérêt, dans les Systèmes Hybrides Éolien-Diesel, ou SHED. Les SFIED assurent donc
I'apport
d'énergie électrique
grâce
au
groupe
électrogène,et
la
consommation
decarburant est réduite srâce à l'éolienne.
Dans la thèse de Ia référence
2,la
question de la récupération del'énergie
produitepar
l'éolienne
et son stockage est couverte en profondeur, maisafin
de bien comprendrela situation dans son ensemble, une description
d'un
système SHED s'avère nécessaire.I1
s'agit
doncd'un
système composé d'une ou plusieurs éoliennes, jumelées à un ouplusieurs
groupes
électrogènes,selon
les
besoins
d'énergie électrique
du
site
enconsidération. Les deux sources d'énergie électrique se complémentent donc, avec une
priorité d'apport
sur les éoliennes, vu leurs avantages économiques et environnementaux évidents.Lorsque
la
ressource éolienne est suffisantepour
fournir
à
la
demande,le
groupeélectrogène est
en
arrêt.Si la
ressource éoliennene
suffit
pas,le
groupe électrogènefournit
la
balance del'électricité
pour comblerla
demande.Si la
ressource éolienne est insuffisantepour
générer une puissance électrique, c'estle
groupe électrogènequi
àlui
seul
fournit
l'électricité pour satisfaire à la demande.À
titre
d'exemple, surla
courbe de puissance de lafigure 2.1, onpeut
observer quel'éolienne commence à produire de
l'électricité
lorsque la vitesse du vent atteint environ4
mls.
Le
groupe électrogène commencedonc
à
réduire
saproduction de
puissanceélectrique à cet instant.
À
mesure que la vitesse du vent augmente, I'apport de l'éolienneaugmente aussi et inversement, I'apport du groupe électrogène est réduit.
La
somme desvitesse du vent est assez êlevêe pour permettre à l'éolienne de
suffire
complètement àla
demande,
le
groupe
électrogènetombe en
régime ralenti,
jusqu'à ce que
l'éolienne atteigneun seuil
de production
qui pemette de
couper
complètementle
moteur
du groupe électrogène.Si
ce
seuil est
ajustétrop
bas,le
moteur
du
groupe électrogènepourrait
se retrouver dans une situation oùil
démanerait et s'arrêterait continuellement. C'esten
fait
le
mêmeprincipe de
fonctionnement queles
pressostatsqui
contrôle
ledémanage et I'arrêt des compresseurs industriels, selon
I'utilisation
deI'air
comprimé dusystème,
avec
la
différence que
la
consignen'est pas
la
pressiond'air
mais
bien
lapuissance électrique produite.
Au-delà
du
niveau de
la
demande,si la
vitessedu vent
continue d'augmenter, laproduction
de
puissance électrique seratrop
grande,donc
il
y
auraun
excédent deproduction. Cet excédent peut être récupéré et stocké pour être
utilisé
à des moments oùla
production
de
l'éolienne
ne
suffit plus à
la
demande,et
pennettre
une
économiesupplémentaire en réduisant I'apport de puissance du moteur du groupe électrogène. Cet
excédent
pourrait
aussi permettrede réduire
la
consommationdu
moteur diesel
enpériode de vent faible.
CdàLr*rs pûbffir!ûllert*
ËErrç
1 *elq{*aoRj t4{krdç$el ess$lôkmni ânâ6 Utessê du vsnt {nVô)12845STS
Plusieurs options ont été étudiées pour le stockage de I'excédent de production :
1-
un système hydraulique par gravité2-
un système de compression d'air3-
un système cinétique de roue d'inertie4-
un système de batteries5-
un système de batteries redox6-
un système de stockage d'hydrogène7-
un système thermique8-
un système de super-condensateurs9-
un système de supraconducteursUne
matrice
de
décision
a été
établiepour
aider
à
sélectionnerI'option
la
plusfavorable à ce type de système et à ses conditions d'opération.
Le
tableau2.2
montre lamatrice de décision
qui
estextraite
d'une étudefaite
dansle
cadrede la
thèsede
la référence2et
elle est reproduiteici
pour aider à bien visualiser ses avantages.Il
apparaîtclair
que I'option deI'air
comprimé démontre le pointage leplus
élevé, selon les critèreset facteurs de pondération établis pour l'élaboration de la matrice.
Tableau 2.2 : Matrice de décision pour le stockage [2]
Critirrr
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.. :r: '::ir,ifelÈr-- :rl :.: :
s.çs A tii
1,,3: .} 4.S, $,3 aTt â4 Ê"3 *.05 û.t
Frflbh rutoddèhsr* û.0; 0.i &,3r: û. ti5 $"1 nt{ g.æ5 E,T S,I o.! CsclebEit s "0:; û"925 s 533 0"iil5 û 0. 15 tt I { û,l5 ËJ..15 i! n ir(
]tu(onûtnx.: u.rj; ) U, }J} 0,i:5 *":5 0.3f:5 0.;it 0-s?s û_515 Q"R3J 0.*3:5 Aalr.cr rictaraurir. û"*â UJ} s-3s tl 1 t)" I 8 t û.t s"l:t *.35 s.tz5
:fàbûité:Ifilrnrnd û.û5 û.325 eiâ5 *.t s.3:5 0.6x5 û.ûx5 4.9?3 €.95 û.325
s.s3 8.â3 s":t $.3 *.*:3 0^0?5 0.û:5 4.tr5 UJ: â"3
Tisrædridriirnn s.st #.1 #.1 s" 35 u:l) U.I {rl v"t $,J) F.35
Senrhs r illrrpldrrtion s"È; &"ë5 *"5e$ t'.3T5 s.35 0.0;s s.0?5 0.15 0":15 t!,rç. 'Frcilir5 du adlrt6lt 0^F5 0^075 $.3 0.u13 c"975 tr^l,, c.?,5 e,5 0-3
Gsaêeat'æ à dbtu*isr da:I*
conræmtho dn
cdggltct
*i ft*icA* rl* Cf'S
r). â
{r,+} s,E s"r5 0^6t û"6 s..{ s..t5 *"1 o"I To*cl i Ï'1': *.* l rû1'5.1 ,5.rs ëitatÈt; ii::,i:,?3i EJiS':Al; - l-|'ttr5 .]fJ.trat:i
10
D'autres possibilités pourraient éventuellement être explorées, telles que
le
stockagede
puissancehydraulique
généréepar
des pompes haute performanceou
le
stockaged'énergie dans des systèmes de ressorts, par exemple. Ces deux possibilités ne semblent pas avoir
fait
I'objet
d'évaluation de leurfaisabilité
ou de leur potentiel, mais pourraient peut-être constituerdes solutions
intéressantesau
problèmede
stockagede
l'énergie électrique.Aux fins
de ce mémoire,l'option
dela
compressiond'air
resteracelle
quiservira de guide pour le projet.
Il
reste donc à déterminerla
configurationdu
système pour adapter la récupérationd'énergie sous
forme
d'air
comprimé
au
système éolienne-groupe électrogène. Lesconfigurations possibles
qui
sont retenues pour évaluation sont illustrées auxfigwes
2.2et2.3.
Pha6ô do stockagê Molgur 6lso8ifluê Swplus de l'ênergie Motsur à âir eomprimé Compressêur f*-'-Turbinôg Édiennss T{rrblnss éoliennes xr
w tç Ë c-g
6g er.g .9S ESâE -ss*b
"'>
kîtr*H
Réservolrs du sbd{age d'air comorlmé {) "rÊ*?Ë ôF*F
SE ct^s Ê! OL ^8t aôs .sE.8r
68, ËE EÊââ
Ëgi
ffi
11
La figure 2.2 montre un système hybride éolien diesel avec
utilisation
deI'air
comprimé pour entraîner un moteur pneumatique
(MAC),
quilui
fera toumer unegénératrice et produira ainsi l'énergie électrique pour aider à combler à la demande.
Ce type de système s'avère mieux adapté pour les applications à petite échelle, dont
la demande en électricité est de I'ordre de quelques
kilowatts
et pouvant aller jusqu'à unecentaine de kilowatts. Par exemple, en raison de leur faible demande en électricité, les
stations de télécommunication
sont
des applications idéales pour ce genre de système.La station de télécommunication exploitée par
Bell
Canada àKuujjuarapik utilise
présentement un système éolien-diesel et des études sont en cours pour implanter un
système similaire à celui de la figure 2.2, c'est-à-dire un système hybride
éolien-diesel-air comprimé de petite échelle (SFDDACPE).
Sudue de l'énprgie éollenne
Verr l'âfllos$rèr€ Gaz d'édrappenenl Cônlrâlê édieme Csnltât€ édiênne & û o ? .E t g. ^€i/\
an-**n,**0ffi
du $iodrâge d'slrcompriméFigure 2.3 : Suralimentation du moteur diesel
[2]
Les
entrepôts de serveurs internet seraientun
autre exemple d'applicationpour
cegenre de système.
Si
I'on considérait localiser ces entrepôts dans des sites plus au nord,où la
température est relativement plus basse que dans les grands centres, cela pourrait également apporter I'avantagede
faciliter
le
refroidissement des serveurs.Par
contre,L2
l'accès plus
difficile
à ces sites apporteraitle
désavantage de rendrela
maintenance desserveurs plus coûteuse.
Pour les plus grandes charges, comme
la
demande moyenne d'unvillage
isolé dansle
nord
du
Québec,
il
faudrait
plusieurs moteurs
pneumatiques,et
les
conditionsmétéorologiques
ne
permettent
pas
aux
moteurs d'opérer dans
une
gamme
derendements acceptables. Pour ces sites, la solution mieux adaptée serait celle de la
figure
2.3.
L'air
comprimé
stocké
par
la
surproduction
de
l'éolienne
est injecté
dans
lescylindres
du
moteur
du
groupe
électrogène,afin
d'en réduire
la
consommation
decarburant diesel. I1 s'agit donc d'augmenter la pression de
I'air
à I'admission à un niveauqui permettrait de diminuer la quantité de carburant injectée tout en conservant la même
pression dans le cylindre du moteur.
C'est
ce
type de
systèmequi
servira de
référencepour
le
développementde
larecherche qui
fait
I'objet ce mémoire.Le
tableau
2.3
nous montre
les
différents
flux
de
puissanceimpliqués dans
le fonctionnement du système.Lorsque
la
vitesse
du
vent est
insuffisante
pour produire
de
l'électricité
avecl'éolienne
(W = 0), le
groupe électrogènefournit la
puissance requisepour
combler la demande,aidé
de
la
réserve
d'air
comprimé pour diminuer
la
consommation
de carburant.Lorsque la vitesse du vent est suffisante pour que l'éolienne produise de l'électricité, mais pas assez
pour suffire
àla
demande(V/ = U), le
groupe électrogène est couplé àl'éolienne pour générer la puissance requise, toujours avec I'aide de I'air comprimé. Lorsque
la
puissance éolienne est suffisantepour suffire
àla
demanded'électricité
(U <
V/ <
(1 + m)
x
U), la
turbine
fournit
toute l'énergie
requise,mais
le
moteur dugroupe
électrogène
doit
continuer
de
fonctionner
jusqu'à une certaine marge
de13
manæuvre, ce
qui
évite les arrêts et départs du moteur qui pourraient I'endommager ouprovoquer son usure prématurée.
Tableau 2.3 :
Flux
de puissanceLe
facteurm
représente une milrge de dépassement dela
puissance requise par lacharge sur le système au-delà duquel le moteur diesel du groupe électrogène est anêté.
FE-ôI
La puissance éolienne
(PE) n'est pas
suffisante pour
produire de l'électricité
.
le moteur dieselfournit
seull'électricité
aux usagers.
I'air
comprimé assiste le moteur àproduire la puissance et réduit ainsi
sa consommation de carburant
'#
,@
{*
La puissance éolienne
est suffisante pour
produire de l'électricité
mais ne
suffit
pas pourcombler la charge (C)
le moteur diesel ainsi que
l'éolienne
fournissent tous les deux
l'électricité
I'air
comprimé assiste le moteur à produire la puissance et réduit ainsisa consommation de carburant
*xf
ffis
<PE<(L+m)x
La puissance éolienne
est suffisante pour
fournir
toute lapuissance requise par la charge
le diesel doit rester en marche
afin
d'éviter
une coupure du courant siune chute brutale du vent a
lieu
le surplus d'énergie éolienne est
stocké sous forme
d'air
comprimélxf
Ë,8
>(1
+m)x
La puissance éolienne
est plus grande que ce
que la charge exige
.
le moteur diesel est autorisé à secouper complètement
.
le surplus d'énergie éolienne eststocké sous forme
d'air
comprimé'lx@
T4
Si la
puissance éolienne augmente au-delàde
la
puissance requisepour
produirel'électricité
qui suffira à la
demande(PE
>
(1
+
m)
x
C),
le
surplus d'énergie sert àentraîner
un
compresseurqui
stockera ce surplus d'énergie sousforme
d'air
comprimédans les réservoirs prévus à cet effet. Dans ce cas, le moteur du groupe électrogène serait
anèté.
La
solution
à
développer seradonc
gouvernéepar
cette interprétation des
flux
d'énergie du
système.On
y voit
donc queI'apport
d'air
comprimé servira à réduirela
consommation du moteur du groupe électrogène selon plusieurs états de fonctionnement
du système, voire même la rendre quasi nulle.
Une
autremodification qui
est proposée consiste àmodifier
Ie cycle thermique dumoteur en devançant
la
fermeture dela
soupape d'admission d'air.La figure
2.5 montrele cycle habituel du
motetr
diesel à 4 temps. Durant la première course du piston, duCranck angle ldegrees]
200 300 400 500 Dleæl4lomps
{tenps
Hyblid Pneurmftc*Dleæl v/" 1Wo - x 2V/"!
so.z Ë 40%I
*r"
Ë*,
: 70%w"
10og"Figure
2.4:Les
cycles du moteur [3]15
point
moft
haut(TDC)
au point mort bas(BDC),
la soupape d'admission est ouverte; ellese ferme au BDC.
En
admettantde
I'air
sous pression,une
fermeture
précoce estpossible, ce qui permet une détente dès la première descente du piston. Le reste du cycle
thermique reste
le
même.De
plus,
dépendamment dela
charge surle
moteur,il
peutfonctionner
tel
qu'un moteur pneumatique, c'est-à-dire en2
temps,une
admission quimobilise le
piston, etun
échappement, cequi
permet aussi une économie de carburantI3l.
2.2
Lrs
pnonr,EMEs a RESoUDRECe qui
se présentedonc comme
sourcesde
questionnement devant menerà
desrecherches de
clarification
et dejustification
devient évident, suite à la mise en situation.La modification
et la mise aupoint d'un
moteur de groupe électrogèneafin
de permettreles
économiesde
carburant escomptéessont à
développer. Cesmodifications
devront s'appliquer pour permettrele
contrôle del'admission
d'air
soit
du turbocompresseur dumoteur,
ou
soit de
la
source
d'air
comprimé.
De
plus,
la
modification
du
cycle thermodynamiquedu
moteurafin
de devancerla
fermeture dela
soupape d'admissionest une autre avenue à explorer.
Pour ce
qui
est de I'admission deI'air
sous pression,la modification
au moteur est très simple : I'admission sefait
par la tuyère d'admission existante, etI'air
est admis parla
soupape d'admissiond'air
du moteur.
I1n'y
a
donc aucunemodification à
faire
aumoteur en tant que tel, mais
plutôt
à la conduite d'admissiond'air.
Dans cette phase
du
cycle
du
moteur, I'admission
de
I'air
provenant
duturbocompresseur
est
fermée,
tandis que
la
conduite provenant
du
réservoir d'air
comprimé est ouverte,tel
que schématisé dansla figure
2.6. Cette action serait possiblegrâce à une soupape à
trois
voies. Celaimplique
doncle
contrôled'une
soupape selon les conditions du système. Les coûts d'adaptation sont donc relativement faibles.16
Échappement
Figure 2.5 : Schéma
d'un
piston de SFIEDACPour ce qui est de la
modification
du cycle de la soupape d'admission, la solution nesemble pas aussi évidente.
Pour minimiser
unefois
deplus les coûts
d'adaptation,il
faudrait arriver à faire les modifications dans la culasse du moteur, c'est-à-dire au niveaudes soupapes ou des tiges de poussée.
La
solution la plus évidente consisterait àmodifier
ou à fabriquer un nouvel arbre à cames, mais cela nécessiterait de démonter le moteur au
complet
afin
d'aller au
fond du
moteurpour
remplacer I'arbreà
cames existant. Cecireprésente
tout
de même un nombre d'heures detravail
assez considérable, sans compterla fabrication du nouvel arbre à cames. Cette
réflexion
se poursuit et convergera vers unesolution qui sera expérimentée plus tard.
2,3
LBsoUBcrrFS
PouRsurvrsAfin
devalider
les conceptsqui
sontmis
deI'avant
comme solutions potentiellesaux
problèmesmis
en
contexteà la
section2.1,
des manipulations expérimentales etvirtuelles
sont requises, expérimentalesafin
de
fournir
une base concrètesur
laquelle pourront s'asseoir des hypothèses àvérifier
ultérieurement, etvirtuelles afin
de motiver ces vérifications.17
Un
banc d'essai est disponible àI'UQAC
: un groupe électrogène fonctionnel a déjàété soumis
à
desmodifications
afin
depouvoir
relever des donnéesde
performances.Ces
donnéessont
traitéespar une
interface
développéesur
le
logiciel LabView
etcolligées dans des
chiffriers
Excel. Par contre, afin de permettreI'acquisition
de donnéespendant
l'injection
d'air
comprimé,la
capacité de stockaged'air
comprimé
devra êtreadaptée aux essais à effectuer.
Les essais seront repris virtuellement, à
I'aide d'un
modèle du moteur à développerà
l'aide
du
logiciel
GT
Power. Unefois le
modèle dessiné,il
devra être ajustéafin
decorrespondre
le
mieux
possible
au moteur du
groupe
électrogène,en modifiant
lesparamètres du modèle. Par
la
suite, le modèle pourra servir à valider des hypothèses quinécessiteraient
des modifications
coûteusesau
moteur.
En
effet,
afin
de
valider I'hypothèse des bénéfices escomptés enmodifiant
le cycle thermodynamique du moteur,le modèle s'avérerait fortement avantageux pour optimiser la solution à envisager.
En résumé, les objectifs à poursuivre sont les suivants :
1
-
essais et prises de mesures et de données sur le banc d'essai deI'UQAC
;2
-
développer le modèle sur GT Power en ajustant ses paramètres pourqu'il
soit leplus représentatif du moteur du banc d'essai ;
3
-
modifier
le
cycle
thermodynamiquedu
moteur
pour valider
I'hypothèse
duT9
MODÉLISATION
GT
PO\ryER
3,ILN
LOGICIEL GTPOwnn
Le logiciel
GT
Powerfait
partied'une
suite,GT
Suite,qui
regroupe de nombreuxoutils afin
de permettrele
développement de modèles,la
simulation du fonctiorurementet le calcul des performances des moteurs à combustion
[6]. GT
Power estutilisé
par lamajorité
des fabricants
d'automobileset de
véhicules
motoriséset
les
fabricants
demoteurs à combustion.
Le logiciel
peutservir
à l'analysedu
contrôle de moteurset
detrain
de puissanceà
partir
de
simulationsen
régime permanentou transitoire.
Il
peuts'appliquer à tous les types de moteurs à combustion et permet
d'intégrer
de nombreuxcomposants pour permettre le développement de modèles complexes.
La
méthodede résolution
des modèles reposesur l'analyse
dynamiquefluidique
unidimensionnelle, en représentant l'écoulement et le transfert de chaleur à
I'intérieur
deconduites et d'autres composants d'écoulement de
fluide
de moteurs.Gt
Power estutilisé
pour simuler différentes situations reliées àla
conception et ledéveloppement de moteurs à combustion.
Voici
quelques applications typiques :o
conception et ajustement de collecteurso
profil
d'ouverture et optimisation du réglage des soupapes.
reproduction de
turbocompresseur,de turbine à
géométrievariable
et
destratégies de contrôle
o
performance du système de recirculation des gaz d'échappement20
o
études
tridimensioffrelles
de
Ia
dynamique
des
fluides
par
résolutionnumérique
.
analyses thermiques des composants du cylindreo
analyses de combustiono
conception des systèmes de contrôle actifs et passifso
analyse des bruits d'admission et d'échappemento
conception de résonateurs et de silencieux pour contrôler les bruitso
réponses transitoires des turbocompresseurso
systèmes de post-traitement des gaz d'échappementGT
Power peut êtreutilisé
pour prédire les conditions en régime permanent ou lescomportements
transitoires
des
systèmesde
moteurs.
Les
résultats
sont
donnés enfonction
de grandeurs définies, enfonction
deI'angle
derotation
duvilebrequin ou
enfonction de quantités qui dépendent du temps.
Voici
quelques exemples de résultats possibles :r
efficacité volumétrique, puissance et couple du moteuro
débits et vitesses d'écoulement dans les conduites du moteuro
pressions et températures des gaz dans tous les composants du systèmeo
températures de paroi des conduites, embranchements et autres composantso
taux
de
combustionprédits
pour
moteurs dieselDI
(direct injection) et
à2l
effets des
oxydes
d'azotesur
la
pression,la
températureet la
résistance àf
intérieur du cvlindre des moteurs SIo
oxydes d'azote et suies dans les moteurs dieselDI
.
comportement chimique des gaz d'échappement en post-traitemento
transfert de chaleuro
niveaux de bruits externes.
bruits transitoires.
bruits de passageo
analyses des bandes d'octavesGT
Suite
comporte
une
interface
de post
processeur,GT
Post,
qui
permet
desélectionner et de moduler les résultats désirés d'une simulation.
L'utilisation
efficiente dulogiciel
exige la connaissance des moteurs et de leur cycle thermodynamique, car pour représenter le plus fidèlement possible le comportement réeldes moteurs, de nombreux paramètres doivent être ajustés. De plus,
le
modèledoit
êtreconçu en utilisant les composants qui reflètent le plus fidèlement le moteur à simuler.
L'annexe
1offre
une description de I'ensemble des paramètresGT
Powerpour
lemodèle
développé
d'un
moteur diesel
à
un
cylindre.
Le
logiciel
étant
seulementdisponible en langue anglaise, une traduction française est proposée, avec emphase sur
la
compréhension des paramètres, dansle but
de mieux
pouvoir
ajusterle
modèle
à développer.Après avoir
convertiun
moteur diesel àun cylindre
pourle
rendrehybride
avec unapport d'air comprimé,
Trajkovic et
al. l7 -91, des résultats d'essais ont été comparés avec22
marges d'erreurs remarquées étaient de 57o, ce
qui confirme la validité
des simulationsfaites à I'aide de modèle développés avec
GT
Power. De plus, de nombreuses études ontété faites dans
le
cadre de projets de maîtrise, et tous confirment qualitativement que lesrésultats obtenus
du
modèle
GT
Power coïncident avec
les
données expérimentalesrecueillies.
Les
aspects lesplus
importantsà surveiller
sontla
prise de mesures sur lemoteur physique et les ajustements des paramètres du modèle.
3.2LeMoDELE
THEoRreuELes
équationsqui
décrivent
le
comportementdu
moteur
et
qui
influenceront
lecomportement
du
modèle
développé
dans
GT
Power
sont
issues
des théories
deconservation de masse et de chaleur, ainsi que de la
loi
des gazpartaits 13l.L'application
dela première
loi
de thermodynamique et de laloi
des gazparfaits sur l'élément de volume quicircule dans le moteur nous donne l'équation
différentielle
3.1 qui décrit les transformations thermodynamiques.Les
hypothèsessuivantes permettent
de
valider
les
résultats
deI'analyse faite à partir des équations proposées:
1
-
l'équilibre thermodynamique est atteint à chaque étape de calcul;2
-la
masse de gaz est un mélange homogène de gaz parfaits;3
-
les transferts de masses ne sefont
qu'à travers les soupapes d'admission etd'échappement. Les pertes sont négligées;
4
-
les pertes à I'admission sont quantifiées et considérées dans le calcul. Les pertes àl'échappement qui sont transférées à I'admission sont réintroduites dans le
cylindre
à la température de l'échappement;
àu
dT
àu
dro dm
m.R.T
dV
-dO -..
dm,t4t._
.-+m.i.:l+u.
.,
-- ' -'
.*J-"u)
=+>,h^,.=
(éq.3.1)
XV Figure 1.1 Figure 2.1
F\gure2.2
Figure 2.3Figure2.4
Figure 2.5 Figure 3.1 Figure 3.2 Figure 3.3 Figure 4.1 Figure 4.2 Figure 4.3 Figure 4.4 Figure 4.5 Figure 4.6Figue
4.7LISTE DES FIGARES
Distribution
des sites isolés auCanada
... JCourbe de puissance système éolien
diesel
... 8Moteur à
Air
Comprimé...
... 10Suralimentation du moteur
diesel
... 11Les cycles du
moteur
...I4
Schéma
d'un
piston deSFIEDAC...
... 16Modèle GT
Power
Erreur
! Signetnon défÏni.
Les courbes du cycle du
moteur
... 33Vue en coupe du
cylindre
...36Groupe
électrogène
...42Banc d'essai
...
...42Vue globale du banc
d'essai...
...43Positions des
capteurs...
...44Montage en série des réservoirs d'air
comprimé
...47Branchement des réservoirs au
moteur...
...48xv1 Figure 5.1 Figure 5.2 Figure 5.3 Figure 5.4 Figure 5.5 Figure 5.6 Figure 5.7
xvll
LISTE
DES ABRÉVU,TTONS,
DES
SIGLES
ET
DES
ACRONYMES
BDC
Bottom Dead Center-
point mort basBSFC
Brake SpecificFuel
Consumption-
consofilmation de carburantdivisé
parla puissance du moteur
FMEP
Friction
Mean
Effective
Pressure-
pressioneffective
moyennedue
à
lafriction
IMEP
Indicated MeanEffective
Pressure-
pression moyenne effective indiquéeLIMA
Laboratoire international des matériaux antigivreMAC
Moteur àAir
CompriméSIIED
Systèmes Hybride Éolien-DieselSHEDAC
SystèmeHybrideÉolien-Diesel-Aircomprimé
SIIEDACME
Système HybrideÉolien-Diesel-Air
comprimé de moyenne échelleSHEDACPE
Système HybrideÉoten-Diesel-Air
comprimé de petite échelleTDC
Top Dead Center-
point mort hautUQAC
Université du Québec àChicoutimi
(p
a
exlx
LISTE
DES SYMBOLES
ratio d'équivalence
coefficient d'Échange de chaleur
;V/
m-2 K-11angle du
vilebrequin
taux de compression
taux de capacité thermique (index adiabatique)
surface équivalente de la section de la soupape d'admission [m2]
surface équivalente de la section de la soupape d'échappement [m2]
chaleur spécifique à volume constant [J
kg-'
K-']
diamètre du piston
[m]
enthalpie de stagnation spécifique [J/kg]
longueur de la
bielle [m]
masse
[kg]
pression [Pa]
pression de la chambre de combustion lorsque la soupape d'admission est
fermée [Pa]
pression de gaz à
I'intérieur
de la chambre de combustionlorsqu'il n'y
a pasde combustion [Pa]
énergie thermique [J]
consommation de carburant spécifique [g
tW-l
tr-l]constante des gaz parfaits U
kg-'
5-'1,constante des gaz parfaits [J
mol-'
K-'l
course du piston
[m]
température
[K]
température de la chambre de combustion lorsque la soupape d'admission
est fermée
[K]
énergie interne spécifique tJ/kgl
Volume
[m3]volume de la chambre de combustion lorsque la soupape d'admission est fermée [m3]
Volume de la chambre de combustion au point mort bas [m3]
travail
[J]fraction de carburant brûlé fraction molaire de l'espèce I
t
.'t I Aint Aexh cvD
h
L
Psc tnP
POo
Aî
r
Rs
T
TO uv
v0
Vsw
xb
XiINTRODUCTION
GENERALE
Le
développementd'un projet
d'énergies renouvelables demandela
résolution
denombreux
problèmesd'ingénierie
et
technologiquesmais
son succès dépend souvent defacteurs
économiques,politiques
et
environnementaux.Les
trois
sont
inter-reliés
et souvent indissociables.La
société dans laquelle nous évoluons met au premier plan les facteurs économiques,souvent
au
détriment
des
valeurs
politiques
et
environnementales.La
viabilité
ou
lamotivation primaire
d'unprojet
deproduction
d'énergie renouvelable estjustifiée
par
lesanalyses économiques
qui
s'y rapportent. Est-ce que le projet permet de générer desprofits
supérieurs
à ceux
qui
pourraient être généréspar
une source d'énergie conventionnelle ? Est-ce quele
projet pourrait
apporter des retombées économiques considérables?
Est-ce que le projet permettra d'économiser des coûts de production ? Ce genre de questions vientdéterminer
la
viabilité
du
projet
et
lui
donner sa raison d'être.
Et
c'est
cet
aspectéconomique qui vient motiver directement les recherches dont ce mémoire
fait foi.
La
deuxième influence des projets de production d'énergie est levolet
politique. Trèssouvent
intimement
lié
à
l'économie, ce
volet
vient
jouer un rôle
prépondérant dans la déterminationdu
succèsou
de
l'échecd'un
projet
de production
d'énergie.En effet,
enfonction
du climat politique ou
de
I'approche d'unepériode
électorale,toutes
sortes deprojets peuvent être
incorporés directement
ou
indirectement
dans
une
plate-forme électorale ou un programme departi politique, afin
d'attirer l'électorat ou les contributionsde tierces parties.
Le
troisièmevolet
comporte les éléments lesplus
importants destrois,
mais est tropsouvent
le
dernier critère qui pèse dans la balance pour I'exécution deprojet
de productiond'énergie renouvelable: c'est
le volet
environnemental. C'est unfait
trèsbien
connu que les2
réduits.
De plus,
la
dépendanceau pétrole affecte
particulièrementles
Etats-Unis
et
leCanada, surtout avec les marchés de pétrole toujours très actifs dans l'économie mondiale.
Avec
la
déplétion des stocks de pétrole,jumelée
à une demande croissante dela
part
deséconomies
émergentes,une
course
effrénée
à
la
production
de
pétrole
à
tout
prix
environnementaux se déroule.Malgré tout, on
peut reconnaîtreI'influence
dela
politique
sur I'apparition de projets de parcs éoliens, notamment au Québec. Rarement pouvons-nous
apercevoir
une volonté
de
développer
des projets
qui
visent
à
accroître
l'efficacité
énergétique. Récemment, plusieurs gouvernements
ont
manifestéla
volonté d'emboîter
lepas
vers I'indépendance énergétique.L'énergie
demeureet
seratoujours au premier
plan
desactivités
humaines:
sans énergie,nos activités
cessent.Il
est doncprimordial,
en tenant compte destrois
aspects mentionnés plus haut, de continuer I'avancée des recherchesafin
detrouver
des solutionsqui
puissent continuellement convergervers
I'optimisation
des ressourcespour
générerl'énergie dont nous avons besoin pour mener nos activités.
L'énergie
électriqueau
Québecest
la
forme
d'énergiela
plus
répandueet
la
plusutilisée. car nos ressources naturelles et nos infrastructures de
distribution facilitent
I'accèsà
I'hydroélectricité.
Au
Québec,la
moitié de l'énergie
consomméeprovient
de
source d'énergie renouvelable[1],
dontla
plus omniprésente estl'électricité
de nosrivières
et denos
éoliennes.Nous pouvons donc
jouir
du
fait
que l'électricité
soit
disponible
à
nosrésidences et dans nos
villes
en abondance et àun
coûtfaible
comparativement à d'autrespays.
Par contre,
il
existe au Québec 37 communautésqui
ne sont pas reliées aux réseauxd'Hydro-Québec,
donc
qui
constituent
des
réseaux
autonomes[2].
Ces
réseaux
sontapprovisionnés uniquement
par
des
groupes électrogènesqui
consommentdu
carburantdiesel,
entraînant l'émission
d'environ 140
000
tonnes
de
gaz
à
effet de
serre,
soitl'équivalant
de
35
000
automobiles.De
plus, les
coûts
de
production
de
ces
réseauxautonomes se situent aux environs de 50 cents par kilowattheure, alors que
le
prix
moyenFigure 1.1 :
Distribution
des sites isolés au Canada [2]d'environ
133millions
de dollars chaque année[3], incitatif
pourjustifier
les recherchesafin
de réduirela
consommation de diesel.Tels
lesefforts
des fabricants d'automobiles àréduire la consommation de carburant de leur
véhicule.
il
devient évident de reconnaître les aspects économiques,politiques
et
environnementauxde réduire
la
consommation
decarburant
de
ces groupes électrogènes.Les
coûts d'installation
d'un
réseaude
transportd'électricité
sontjustifiés
dansla
mesureoù
la
consommationpouna
générer des revenusqui permettront aux fournisseurs de pouvoir produire des profits. Les régions éloignées, peu
peuplées, sont donc délaissées par I'application de cette règle. Pourtant, ces gens
ont
aussidroit
de
bénéficier
de
I'utilisation d'électricité comme
source d'énergie.
La
solution convoitée réside dans le jumelage éolien-diesel, avec optimisation dela
consommation de carburant diesel.Dans
ce
mémoire
nous
avons
développé
des
modèles
fiables,
validésexpérimentalement,
des
moteurs
diesel
suralimentés.
Ces
modèles
permettentl'optimisation
des
systèmeshybrides éolien-diesel avec
stockaged'air
comprimé
à
des coûts moindres que les essais expérimentauxou
la
réalisation des prototypes. Dans cetteoptique, le mémoire est développé autour de
la
modélisation du moteur diesel suralimenté,réalisée à I'aide du
logiciel
de modélisation le plus utilisé par les fabricants de moteurs et de23
Cette équation peut se résoudre plus facilement en la divisant en sous-modèles.
a)
modèle des gazPour ces calculs, les propriétés des gaz doivent être exprimées en
fonction
de leurtempérature et de leur composition.
lr
.\u,lT)=
l\A,xrr
)
@q. 3.2)j{
où
le
termeAi
peut êtretrouvé
dans les tables thermodynamiquesJANAF
[10].Pour
un
mélangede
m
gaz,
l'énergie
interne globale est
calculéeà I'aide
del'équation
3.3.!,
"@)
=l(x,xu,Q))
i=0 (éq. 3.3)La même méthode est utilisée pour calculer l'enthalpie de stagnation spécifique h.
b)
modèIe de transfert de massesL'équation
de
conservation
de
masseest utilisée pour calculer
la
masse etl'évolution
du
ratio
d'équivalencedu volume de contrôle
qui
setrouve
dans lachambre de combustion,
tel qu'illustré
à I'aide des équations 3.4et3.5.
dm dm'.
dm..,.
dm,,,_
_
--..-tît +-..:exh+__:!
(éq.j.a)
dr dt
dt
dt
où
int
fait
référence
à
l'admission
d'air
(intake),
exh
fait
référence
àl'échappement des gaz (exhaust) et
inj fait
référence au carburant injecté.dQ-dt
\ /Q',,)
dt
dt
ffia,24
où les indices
air
et s/c font respectueusement référence à 1'air dans la chambre decombustion et les conditions stoichiométriques.
Pour résoudre ces deux équations, nous devront connaître les débits au travers des
soupapes
d'admission
et
d'échappement dmi',t/dtet
dm"*r'ldt,de
même que
lavariation
dela
massed'air
dansle volume
de contrôle, Irln1. Lorsquela
soupaped'admission
est
ouverte.
la
variation
de
la
massed'air
dans
la
chambre
decombustion est calculée à
I'aide
du modèle de Baré Saint-Venant :d^rn.
=
d-.
xP*.x
dt
(éq. 3.6)où X est le maximum entre deux valeurs, trouvé à
l'aide
de l'expression suivante :X=max
(éq.3.7)
Lorsque la soupape d'échappement est ouverte, la variation de la masse
d'air
dansla
chambre
de
combustion
est
calculée
à
l'aide
du
même modèle,
aprèsajustement des conditions en amont et en aval de la soupape.
ry
=
-4.n"
r"
lr+#r"1"'
-r+l
(éq
3 s) -/htl/
\-
|P.( 2
lr*'l
-.1-llPr,,'\Yr,.+l
)
|)
v\ 7 \1 I1*.{ 2
l"
IP'\y*t)
| .)où
Iest
le maximum entre deux valeurs, trouvé à I'aide de l'expression suivante :F=max
(éq. 3.e)).,,
I
z' Int yl yTnt
\T^,-l)xr^rXT^,
LFinalement, la variation de la masse
d'air
dans le volume de contrôle est calculée àl'aide
del'équation
3.10. dffi""n+ dt,
(éq. 3.10)ftQ
Q,Nv
=ù'
^r(r*!-"o,e-
trf;*
'
I
(éq.3.11)
8 [ 2L
\\21)
t-r)
dm^,dt
',Qn
If-9o,c)
modèIe cinématiqueLe volume délimité par le piston, la paroi interne du cylindre et la tête du cylindre
peut être calculé en fonction de la position angulaire 0 du vilebrequin.
(équation
3.tZ).
(
dv
=4
*2*rirraxl
dttI
25d*or,
-dt
oùV
Volume
[m3]D
Alésage ducylindre
L
Longueur de labielle
S
Course du pistone
Angle
duvilebrequin
e
Taux de compression du moteurEn
dérivant l'équation 3.11,on
obtientla variation
duvolume
enfonction
du tempscos
d
Mf-"*
.J,t
)"
(éq.3.12)
d)
modèle de transfert de chaleurV/oschni
[11]
a
développéun
modèle empirique
pour
décrire
le
transfert
de chaleur dansles parois du cylindre
et
dansle
piston. L'équation 3.13 décrit
letransfert de chaleur au travers d'une frontière.
>@,
x(r, -r)x
e,)
Gq.3.r3)
j=frontière dQ
26
où le coefficient d'échange fu est déterminé à
partir
del'équation3.l4.
(
r,
Qi
=3.26x
D-0.2 x po sx r-0 ss,[t
.
âo
*
c,rffix
(p-
"rc))'
* @q.3.ra)
Les
constantesCl
et
Cz sontdéfinies
séparémentpour
chaque phasedu
cyclethermodynamique
tel
que montré dans
le
tableau
3.1.
Il
est
important
dementiorurer que
les
températuresaux frontières
!
ont
été
considérées commeétant constantes pour tous les points d'opération, c'est-à-dire
qu'on
considère quele
système
de
refroidissement
permet
l'atteinte
de
ces
températures.
Lestempératures considérées pour
latête
du cylindre, le piston, les parois du cylindre,la
soupape d'admission etla
soupape d'échappement sont respectivement de 400K,
550K,450 K,400 K
et 600K
[12].Tableau 3.1 : Constantes utilisées pour
le
calcul ducoefficient
d'échange detransfert de chaleur
Compression Combustion Expansion Exhaust
Cr C2 6.18 0 2.28 3.24
x
I03
2.28 0 6.18 3.24x
I0-3e)
modèle du procédé de combustionLa
description complète du procédé de combustion dans les moteurs dieseldoit
faire intervenir la
connaissance de plusieurs phénomènesqui
se produisent entrele
moment
où le
carburant estinjecté
dansle
cylindre
et
satransformation
enproduits
de
combustion.
Ces
connaissancessont
issues
de
l'étude
desmouvements aérodynamiques dans la chambre de combustion, la pénétration et la
vaporisation
![Figure 2.1 : Courbe de puissance système éolien diesel [2]](https://thumb-eu.123doks.com/thumbv2/123doknet/7486546.224094/20.918.239.678.682.975/figure-courbe-puissance-système-éolien-diesel.webp)
![Tableau 2.2 : Matrice de décision pour le stockage [2]](https://thumb-eu.123doks.com/thumbv2/123doknet/7486546.224094/21.918.134.828.706.1126/tableau-matrice-décision-stockage.webp)
![Figure 2.2:i|l!:oteur à Air Comprimé [2]](https://thumb-eu.123doks.com/thumbv2/123doknet/7486546.224094/22.918.175.715.486.982/figure-l-oteur-air-comprimé.webp)
![Figure 2.3 : Suralimentation du moteur diesel [2]](https://thumb-eu.123doks.com/thumbv2/123doknet/7486546.224094/23.918.264.711.505.904/figure-suralimentation-du-moteur-diesel.webp)
![Figure 2.4:Les cycles du moteur [3]](https://thumb-eu.123doks.com/thumbv2/123doknet/7486546.224094/26.918.71.828.535.1025/figure-cycles-moteur.webp)
![Figure 1.1 : Distribution des sites isolés au Canada [2]](https://thumb-eu.123doks.com/thumbv2/123doknet/7486546.224094/44.918.239.620.64.379/figure-distribution-sites-isolés-canada.webp)
