Soutenance mémoire
Système de production d’électricité
Le barrage retient l’écoulement naturel de l’eau. De grandes quantités d’eau s’accumulent et forment un lac de retenue. Une fois l’eau stockée, des vannes sont ouvertes pour que l’eau s’engouffre dans les conduites forcées. Ces tuyaux conduisent l’eau vers la centrale hydraulique. À la sortie de la conduite, dans la centrale, la force de l’eau fait tourner une turbine qui va entraîner à son tour un alternateur. Grâce à l’énergie mécanique fournie par la turbine, l’alternateur produit un courant électrique alternatif. Le courant produit passe ensuite à travers un transformateur élévateur pour que la tension du courant électrique produite par l’alternateur puisse être plus facilement transportée dans les lignes à très haute tension.
Le transfert thermique
Les multiples procédés utilisés dans l’industrie sont très souvent le siège d’échanges de chaleur. Pour mieux entamer cette étude, nous allons détailler ci-après ce qui concerne le transfert thermique. Le terme « faire du froid » n’est, physiquement parlant, pas exact, car le mode de fonctionnement est de retirer la chaleur existante à un milieu, ce qui entraine son refroidissement, et non d’injecter du froid dans ce milieu [19]. La branche de la physique qui traite les rapports entre les phénomènes thermiques et les phénomènes non thermiques, qui ont des effets thermiques, est la thermodynamique.
Généralités
Un transfert thermique est un transfert d’énergie microscopique désordonnée correspondant en réalité à un transfert d’agitation thermique entre particules, au gré des chocs aléatoires qui se produisent à l’échelle microscopique. La thermodynamique permet de prévoir la quantité totale d’énergie qu’un système doit échanger avec l’extérieur pour passer d’un état d’équilibre à un autre. La thermique est la science qui traite la production d’énergie, l’utilisation de l’énergie pour la production de chaleur ou de froid, et les transferts de chaleur suivant différents phénomènes physiques, en particulier la conduction, la convection et le rayonnement[19]. La thermique ou thermocinétique se propose de décrire quantitativement et qualitativement l’évolution des grandeurs caractéristiques du système, en particulier la température, entre l’état d’équilibre initial et l’état d’équilibre final et la quantité d’énergie échangée [13].
❖ Quelques définitions
Champ de température
C’est un scalaire représentant la valeur instantanée de la température en tout point de l’espace. Les transferts d’énergie sont déterminés à partir de l’évolution dans l’espace et dans le temps de la température : T = f (x,y,z,t). Le régime est dit permanent ou stationnaire quand le champ de température est indépendant du temps c’est-à-dire T = f (x,y,z). Il est dit variable ou transitoire lorsque le champ de température s’évolue avec le temps.
Gradient de température
L’ensemble des points de même température de l’espace est appelé surface isotherme. Le long de la normale à cette surface, la variation de température par unité de longueur est maximale.
La conduction
Il y a conduction lorsque la chaleur se propage à travers le corps. C’est donc un transfert de chaleur au sein d’un milieu opaque, sans transfert de matière. Deux mécanismes distincts assurent cette propagation de chaleur à l’intérieur d’un corps :
❖ Une transmission par les vibrations des atomes ou molécules
❖ Une transmission par les électrons libres
Les molécules sont en perpétuelle interaction les unes avec les autres; au cours de ces chocs, elles échangent de l’énergie; une molécule « excitée » peut ainsi perdre un peu de son énergie au profit de ses voisines avec lesquelles elle interagit [16].
REFROIDISSEMENT INDUSTRIEL
Les moteurs électriques sont des transformateurs d’énergie. Ils reçoivent de l’énergie électrique et la transforment en énergie mécanique. Il en résulte des pertes qui sont dissipées en chaleur et influent des conséquences négatives sur le fonctionnement du moteur.
Conséquences de l’échauffement
La perte totale peut se subdiviser en deux composantes :
➤ Les pertes indépendantes du courant : elles sont pratiquement constantes, c’est-à-dire qu’elles existent également en fonctionnement à vide.
➤ Pertes dans le fer par démagnétisation et par courant parasite
➤ Pertes mécaniques par frottement et ventilation
➤ Les pertes dépendantes du courant : elles augmentent avec la charge, c’est-à-dire avec l’intensité du courant.
➤ Pertes par effet Joule dans le stator
➤ Perte par effet Joule dans le rotor
L’élévation de température a pour effet de dilater les pièces, de modifier les propriétés des matériaux, d’altérer le lubrifiant [11]. Elle peut donc provoquer aussi la diminution de l’isolement et de la durée de vie des pièces. Notons que le dégagement de chaleur dans les machines industrielles est inévitable. Avant d’entrer dans le vif de cette partie, quelques définitions sont à savoir :
➤ La contrainte :
Lorsqu’une charge ou une force est appliquée à un matériau, ce matériau est assujetti à une contrainte définie comme étant la force appliquée sur une unité de surface. Par exemple, une force externe due à la pesanteur est exercée sur tous les matériaux. Il existe plusieurs types de contraintes comme[18]:
➤ La contrainte de traction qui tend à allonger un matériau.
Exemple : un ressort muni d’un poids attaché à l’une de ses extrémités.
➤ La contrainte de compression qui tend à comprimer un matériau.
Exemple : un cric d’automobile soumis à une charge.
➤ Les contraintes de cisaillement qui résultent de l’application d’une charge transversale.
Exemple : contrainte exercée sur un arbre qui est mal aligné.
➤ La déformation :
C’est l’effet résultant de la contrainte.
➤ Lorsque le matériau est soumis à une contrainte relativement faible, il subit une déformation élastique, et retourne à son état initial après l’élimination de la contrainte.
➤ Lorsqu’il est soumis à des niveaux de contrainte modérés, le matériau atteint sa limite d’élasticité, ou limite apparente d’élasticité et commence à subir une déformation plastique. Il ne retournera pas à son état initial, mais subira une déformation permanente.
➤ Lorsqu’il est soumis à des niveaux de contrainte relativement élevés, le matériau connaît une défaillance ou une rupture parce que sa limite conventionnelle de proportionnalité a été dépassée.
Généralités
Tous les procédés industriels et manufacturiers qui utilisent de l’énergie transforment plusieurs formes d’énergie (mécanique, chimique, électrique, etc.) en chaleur et en bruit. Dans le cas général, on peut citer quelques sources d’échauffement:
➨ La friction :
C’est, par définition, la transformation de l’énergie mécanique en chaleur. Les systèmes de refroidissement de ces procédés sont généralement des systèmes indirects utilisant l’huile comme fluide de refroidissement primaire.
➨ La combustion :
La transformation d’énergie chimique par oxydation en chaleur. Le niveau de chaleur résiduelle des procédés de combustion est variable.
➨ Les procédés exothermiques (chimiques) :
De nombreux procédés chimiques sont exothermiques : l’énergie chimique est transformée en chaleur sans aucune combustion.
➨ La compression :
La compression d’un gaz entraîne la génération de chaleur.
➨ La condensation (cycles thermodynamiques) :
De nombreux procédés utilisent le principe des cycles thermodynamiques. Un fluide liquide s’évapore, consommant de l’énergie, et est ensuite condensé, transformant l’énergie rejetée en chaleur. Les systèmes thermodynamiques sont très sensibles à la température [17].
|
Table des matières
INTRODUCTION
Partie I GENERALITES
I.1 La JIRAMA
I.1.1 Généralité
I.1.2 La centrale hydroélectrique Mandraka
I.1.3 Système de production d’électricité
I.2 Le transfert thermique
I.2.1 Généralités
I.2.2 La conduction
I.2.3 La convection
I.2.4 Le rayonnement
Partie II REFROIDISSEMENT INDUSTRIEL
II.1 Conséquences de l’échauffement
II.1.1 Généralités
II.1.2 Dilatation
II.1.3 Conséquences de la dilatation thermique sur le jeu mécanique
II.1.4 Effet des propriétés des matériaux
II.1.5 Effet sur les éléments constitutifs
II.1.6 Diminution de la durée de vie du moteur et de l’isolation
II.1.7 Autres conséquences de l’échauffement
II.2 Les différentes techniques pour refroidir
II.2.1 Quelques définitions à savoir
II.2.2 Les différentes techniques de refroidissement
II.2.3 Le refroidissement évaporatif ou par voie humide
II.2.4 Le refroidissement par voie sèche et humide
II.2.5 Le refroidissement par voie sèche
II.2.6 Le refroidissement par eau en circuit ouvert
II.2.7 Autres types de refroidissement
II.2.8 Caractéristiques techniques et thermodynamiques des différents systèmes de refroidissement
II.2.9 Types de refroidissement selon le niveau de chaleur et type d’application
II.2.10 Choix du type de refroidissement
II.2.11 Modèle de dimensionnement de tour de refroidissement
Partie III REFROIDISSEMENT DE L’ALTERNATEUR DE LA CENTRALE HYDROELECTRIQUE MANDRAKA
III.1 L’alternateur
III.1.1 Généralité sur l’alternateur
III.1.2 Le rotor
III.1.3 Le stator
III.1.4 Principe de fonctionnement
III.2 Les sources de pertes thermiques dans l’alternateur
III.2.1 Les pertes mécaniques
III.2.2 Les pertes par effets Joule
III.2.3 Les pertes fer
III.2.4 Schéma récapitulatifs de ces différentes pertes
III.3 Circuit de refroidissement de l’alternateur
III.3.1 Le système utilisé
III.3.2 Problème d’exploitation
III.3.3 Solutions proposées
III.3.3.1 Amélioration du circuit de refroidissement
III.3.3.2 Dimensionnement de l’échangeur
III.3.3.3 Bonne maintenance de l’alternateur
III.3.3.4 Autre proposition d’optimisation de l’exploitation
Partie IV ETUDE D’IMPACTS ENVIRONNEMENTAUX ET DEVIS DE L’AMELIORATION
IV.1 L’énergie
IV.2 L’eau
IV.3 Entraînement des diverses organismes
IV.4 Rejets de substances dans les eaux de surface
IV.5 Émissions dans l’atmosphère
IV.6 Bruit
IV.7 Le risque de prolifération des légionelles
IV.8 Devis du projet d’amélioration du système de refroidissement
CONCLUSION
