TIIN

I INGINERIE

COMITET TIINIFIC Preedini

Mugurel Liviu SRBU primarul municipiului Sebe Mircea BEJAN preedintele Filialei Cluj a AGIR

Membri Mihai MIHI preedintele AGIR Radu MUNTEANU rectorul Universitii Tehnice din Cluj Napoca Florin Teodor TNSESCU Academia de tiine Tehnice - ASTR Tiberiu RUSU - prorectorul Universitii Tehnice din Cluj Napoca Adrian BOGDAN viceprimarul municipiului Sebe Mihai SUDRIJAN preedintele Sucursalei Alba a AGIR Petre NICULICI directorul SC Hidroelectrica SA, sucursala Hidrocentrale Sebe Alba Radu TOTOIANU directorul Centrului Cultural Lucian Blaga Sebe

Colegiu de redacie i refereni Prof.Dr.Ing. Tiberiu Dimitrie BABEU Prof.Dr.Ing. Mircea BEJAN Prof.Dr.Ing. Gilbert-Rainer GILLICH

Prof.Dr.Ing. Moussa KARAMA Prof.Dr. Farid BAGUI

Prof.Dr.Ing. Tiberiu tefan MNESCU Prof.Dr. Khalil KASSMI

Prof.Dr.Ing. Nicolae BURNETE Prof.Dr.Ing. George ARGHIR Prof.Dr.Ing. Gheorghe MANOLEA Prof.Dr.Ing. Francisc WEBER Prof.Dr.Ing. Radu PENTIUC Prof.Dr.Ing. Ilare BORDEAU Prof.Dr.Ing. Mariana ARGHIR Prof.Dr.Ing. Gheorghe Aurel GHERMAN Prof.Dr.Ing. Augustin CREU Prof.Dr.Ing. Ioan I. POP Prof.Dr.Ing. Viorel ISPAS Prof.Dr.Ing. Vencel-Iosif CSIBI Prof.Dr.Ing. Mihaela SUCIU Prof.Dr.Ing. Violeta POPESCU Dr.Ing. Mihai SUDRIJAN Dr.Ing. Corneliu CRISTESCU Ing. Radu VASIU Ing. Alexandru GREABU

Coperta Octavian BOUR

Editura AGIR ISSN 2067-7138 Copyright 2011

Tipar Editura MEGA Cluj-Napoca, Romnia

Toate drepturile sunt rezervate. Orice reproducere, total sau parial, a acestor lucrri, fr acordul scris al editorului, este strict interzis i se pedepsete conform Legii dreptului de autor.

TIIN I

INGINERIE volumul 20

Lucrrile celei de A XI-a Conferine Naionale multidisciplinare - cu participare internaional - Profesorul Dorin PAVEL fondatorul hidroenergeticii romneti, SEBE, 2011

Editor: Prof.Dr.Ing. Mircea BEJAN

Editura AGIR BUCURETI, 2011

ORGANIZATORI PRIMRIA MUNICIPIULUI SEBE CONSILIUL LOCAL AL MUNICIPIULUI SEBE CONSILIUL JUDEEAN ALBA INSTITUIA PREFECTULUI JUDEULUI ALBA FILIALA CLUJ A ASOCIAIEI GENERALE A INGINERILOR DIN ROMNIA SUCURSALA ALBA A ASOCIAIEI GENERALE A INGINERILOR DIN ROMNIA CENTRUL CULTURAL LUCIAN BLAGA SEBE UNIVERSITATEA TEHNIC DIN CLUJ NAPOCA ACADEMIA DE TIINE TEHNICE DIN ROMNIA PARTENERI S.C. HIDROELECTRICA S.A. BUCURETI, sucursala Hidrocentrale Sebe Alba HIDROSERV SA Sebe

PER CARE MAGISTER DORIN PAVEL, IN NOSTRIS VIVES ANIMIS MAGNOQUE IN HONORE POSTERITAS OPERA ATQUE IPSUM TE SEMPER HABEBIT (Scumpe profesor Dorin Pavel, vei tri de-a pururi n inimile noastre i vom ine la loc de cinste opera i persoana dumneavoastr)

Redactori Mircea BEJAN Mugurel Liviu SRBU Crina SINCOVICI

Cheltuielile de editare au fost suportate de ctre Consiliul Judeean Alba prin Biblioteca judeean Lucian Blaga din Alba Iulia i Filiala Cluj a Asociaiei Generale a Inginerilor din Romnia AGIR

cuprins volumul 20

MODLISATION DU COMPORTEMENT DUN MULTICOUCHE DISSYM-TRIQUE, Moussa KARAMA 1

DTERMINATION DUN CRITRE DE FATIGUE DUN MATRIAU COMPOSITE PAR UNE MTHODE NON DESTRUCTIVE, Moussa KARAMA 11

MODELISATION DE L'IMPACT DE LA MAINTENANCE SUR LE LIFE CYCLE COST DUN PARC D'EOLIENNES, Alexis LUGAND, Blahcne MAZARI, Khalil KASSMI, Farid. BAGUI 21 MANAGEMENT DE LA PERFORMANCE ENERGETIQUE, Farid BAGUI, Horia-erban SCURTU PRIBOEANU, Gilles BIAGETTI 29 OUTIL DE DECISION D'IMPLANTATION DUNE CENTRALE PHOTOVOLTAQUE AU SOL, Rgis VIAUD, Blahcne MAZARI, Khalil KASSMI, Farid BAGUI 37

LECOLE DINGENIEURS DU CESI, Christiane RABASSE 45

UTILIZAREA SURSELOR REGENERABILE DE ENERGIE N ROMNIA, Gabriela CAZAN 49

PREOCUPRILE COMITETELOR TEHNICE ALE ORGANISMELOR INTERNAIONALE I EUROPENE DE STANDARDIZARE PRIVIND MANAGEMENTUL ENERGIEI, EFICIENA ENERGETIC I SURSELE REGENERABILE DE ENERGIE, Tatiana SCRLTESCU 57 CONTROLUL NUMERIC AL SISTEMELOR DE SURSE DE ENERGIE ELECTRIC NECONVENIONALE I CONVENIONALE, Adrian Mugur SIMIONESCU 63

EVALUAREA ENERGIEI SOLARE INCIDENTE PE COLECTORII CU AX FIX EST-VEST N REGIUNEA TIMIOAREI, Aldo DE SABATA, Ioan LUMINOSU, Coleta DE SABATA, Traian JURCA 69

BORDAREA TRANSDISCIPLINAR A EFECTULUI FOTOELECTRIC EXTERN - NCRCTOR SOLAR, Ovidiu Dumitru MLNCRVEAN 77 STUDIU COMPARATIV AL CAPTATORILOR SOLARI CU SUPRAFEE PLANE I SFERICE PRIN PRISMA EFICIENEI CONVERSIEI ENERGIEI SOLARE N ENERGIE TERMIC, Ferenc GSPR, Victor RO 83

V

UTILIZAREA ENERGIEI SOLARE N REELELE ANTIGRINDIN, Laureniu ALBOTEANU, Constantin ULEA, Gheorghe MANOLEA 91 EVALUAREA POTENIALULUI DE ENERGIE DIN BIOMAS SOLID PENTRU ZONA PETRU RARE-RETEAG, Gheorghe-Vasile BORZA, Victor RO, Teodora DEAC 99 ASPECTE PRIVIND VALORIFICAREA ENERGIEI GEOTERMALE N ROMNIA, Daniela Irina GURZU, Adrian NECHITA, Ioan BIRI 107 ANALIZA DIFERITELOR METODE DE OBINERE A HIDROGENULUI, Levente FURU, Victor RO, Gheorghe BORZA 115 IMPORTANA ECO-ENERGETIC A CELULEI DE COMBUSTIE CU HIDROGEN, Cristina DEAC, Alexandrina ZUZA, Ioan BIRI 121 MODELAREA PILELOR CU COMBUSTIBIL CU MEMBRAN SCHIMBTOARE DE PROTONI, Elena BREAZ, Oana ONE, Dumitru POP, Daniela BORDENCEA, Radu TRNOVAN 129

EFICIENA UNEI PILE CU COMBUSTIBIL CU MEMBRAN SCHIMBTOARE DE PROTONI, Oana ONE, Elena BREAZ, Dumitru POP, Daniela BORDENCEA, Radu TRNOVAN 133 VALORIFICAREA RESURSELOR EOLIENE N ROMNIA, Cristina DEAC, Alina Andreea Maria MARINA, Ioan BIRI 139 UTILIZAREA ENERGIEI VNTULUI N ROMNIA, Duia PAVLOV, Laureniu MIRCEA, Cornelia Laura SLCIANU 147 NECESITATEA EVALURII POTENIALULUI NC DIN FAZA INCIPIENT A DEMARRII UNEI INVESTIII N DOMENIUL ENERGIEI EOLIENE, Ioan ION, Constantin Viorel CMPIAN, Adrian CUZMO, Cosmin DUMBRAV 153 TURBULENA VNTULUI. CAPTAREA DE ENERGIE SUPLIMENTAR, Ionel Doru BACIU, Ilare BORDEAU 161 PRELUCRAREA DATELOR REFERITOARE LA PARAMETRII VNTULUI, Adriana Sida MANEA 167

DETERMINAREA GROSIMII I A CONSTANTELOR OPTICE ALE FILMULUI DE POLIMETACRILAT DE METIL DIN SPECTRELE IR DE REFLEXIE, Simon JITIAN 175

SISTEME DE ELIBERARE CONTROLATA A MEDICAMENTELOR. HIDROGELURI, Violeta PACALU, Violeta POPESCU 183 POLIZAHARIDE FOLOSITE N OBINEREA HIDROGELURILOR UTILIZATE N SISTEMELE DE ELIBERARE CONTROLAT A MEDICAMENTELOR, Violeta PACALU, Violeta POPESCU 191 METODE DE DETERMINARE A ACIDULUI FORMIC (HCOOH), Elena Maria PIC, Liviu Clin BOLUNDU, Ioana POPITER, Corina NEAMU, Mircea BEJAN 199

VI

PROCESUL DE COAGULARE FLOCULARE, Silvia Claudia MONEAG, Violeta POPESCU 203

MATERIALE POLIMERICE UTILIZATE N RESTAURAREA OPERELOR DE ART, Oana-Mara GUI, Violeta POPESCU 211 INFLUENA FACTORILOR ATMOSFERICI POLUANI ASUPRA MATERIALELOR DE CONSTRUCIE FOLOSITE LA MUZEUL DE ART CLUJ-NAPOCA, Ioana POPITER, Corina IORDCHESCU, Voicu DUCA, Elena Maria PIC 219 DETERMINAREA CONDUCTIVITII TERMICE A MATERIALELOR DE CONSTRUCII, Lucia VLCEANU, Mihaela FLORI, Vasile PUAN 227 DETERMINAREA EXPERIMENTAL A PERFORMANELOR GENERA-TORULUI DE AER CALD TIP A20, Florin MRCU, Mihai JDNEAN 233 AUTOMATIZAREA CLDIRILOR, Eugen-tefan POPA 239 SISTEM INOVATIV DE TERMOIZOLARE ACTIV A CLDIRILOR VECHI, Andrei Rzvan VASIU 247 SECURITATEA LA INCENDIU A CLDIRILOR DEZVOLTATE PE VERTICAL, Constantin POPA, Valeriu Nicolae PANAITESCU 253 PROGRAM DE CALCUL PENTRU DIMENSIONAREA SISTEMULUI DE VENTILARE I EVACUARE A FUMULUI I GAZELOR FIERBINI PROVENITE DIN INCENDIUL UNEI CLDIRI, Oleg SUSAN, Valeriu Nicolae PANAITESCU, Camelia LAZR, Daniel Stelian LAZR, Anastasia SUSAN 261 CALCULUL FOREI AERODINAMICE I DISTRIBUIEI DE PRESIUNI PENTRU UN CO VERTICAL, Dorian NEDELCU, Draghia IANICI, Marian-Dumitru NEDELONI, Daniel DAIA, Florentin Mirel POP, Raoul Cristian AVASILOAIE 269

COMPARAREA REZULTATELOR OBINUTE CU PROGRAMUL SVEFGF, CONCEPUT N BAZA PROCEDURILOR DE CALCUL STANDARDIZATE, CU REZULTATELE DEDUSE PRIN SIMULARE NUMERIC CU PROGRAMUL FDS PENTRU DEPRESURIZAREA UNUI ATRIUM N CAZ DE INCENDIU, Oleg SUSAN, Pavel VRLAN, Constantin ULEANU, Efim OLARU 277 CONFORTUL HIGROTERMIC I ECONOMIA DE ENERGIE LA CLDIRILE CIVILE EXISTENTE, Dumitru MARUSCIAC, Simona PLEA 283 CONTRIBUII PRIVIND REGLAREA ADAPTIV A GRUPULUI MOTOR DIESEL-GENERATOR ELECTRIC PENTRU ALIMENTAREA CLDIRILOR EFICIENTE ENERGETIC, Adrian Mugur SIMIONESCU 291

FOLOSIREA DEEURILOR INDUSTRIALE N MATERIALE DE CONSTRUCII, Simona Sorina DUMITRESCU (GABRIAN), Cornel GABRIAN 297

ELEMENTE I STRUCTURI DE REZISTEN EFIECIENTE DIN LEMN LAMELAT NCLEIAT, Dorin MAIER, Dumitru MARUSCIAC 305

VII

UN NOU TIP DE CONSTRUCIE AGRICOL CU DUBL FUNCIUNE, Dumitru MARUSCIAC, Ancua Nadia JURCO 313 TEHNOLOGIE DE EVALUARE EXPERIMENTAL A REZISTENEI MECANICE LA SARCINI DE COMPRESIUNE A FASCICULULUI COMBUSTIBIL EXPERIMENTAL TIP CANDU, Tiberiu GYONGYOI, Valeriu Nicolae PANAITESCU, Ilie PRISECARU 321

SISTEM CAM PENTRU MODELAREA, DESIGNUL I SIMULAREA PROCESELOR DE EXTRUDARE A PIESELOR MICI, Sorin-Dumitru GROZAV, Simona DUMITRESCU, Ovidiu OPREA 329

TEHNOLOGII DE TIERE A MATERIALELOR TEXTILE CU RAZE LASER, Angela MAIOR 337

MODELAREA PLCILOR PRIN MPROCARE CONTROLAT CU PARTICULE, Tiberiu CTUNEANU, Radu VASIU, Francisc GNANDT 341 CONSIDERAII PRIVIND POSIBILITATEA REALIZRII PIESELOR CU CRUST DUR REZISTENTE LA UZUR I COROZIUNE UTILIZND DEEURI INDUSTRIALE (MATERIALE RECICLABILE), Radu VASIU, Francisc GNANDT, Liviu DIANU 347 ALIAJE UOR FUZIBILE UTILIZATE LA REALIZAREA MODELELOR DE FORMARE, Francisc GNANDT, Radu VASIU, Dian LUNGU 351 APLICABILITATEA LEGII VEGARD N DETERMINAREA PARAMETRULUI CRISTALOGRAFIC LA PULBERILE ALIATE MECANIC, Dan Anastasiu POP, George ARGHIR, Ioan PETEAN 357

APLICAIE A RECUNOATERII FORMELOR N SISTEME DE FABRICAIE, Mihaela Elisabeta CIORTEA 361

CERCETRI PRIVIND ASIGURAREA SOLIDIFICRII DIRIJATE A ROILOR TURNATE, Ana JOSAN, Adriana PUAN 367 COMPOZITE Al - BAZALT REALIZATE PRIN SINTERIZARE, Dian LUNGU 375 CONSIDERAII ASUPRA OBINERII MATERIALELOR NANOSTRUCTU-RATE METALICE, Dian LUNGU 383 TRANSFORMRI STRUCTURALE ALE OELULUI LEDEBURITIC X200Cr12 N URMA APLICRII UNUI TRATAMENT TERMIC I CRIOGENIC, Marius BRIAN, George ARGHIR, Ioan PETEAN, Nicolaie JUMATE 389 ASPECTE MORFOLOGICE I STRUCTURALE ALE AMESTECULUI PULVERULENT Fe50Ni50 SUPUS ALIERII MECANICE, Ioan TUT, George ARGHIR, Ioan PETEAN 397

OBINEREA PULBERILOR Cu Zn Al PRIN PULVERIZARE DIN FAZ LICHID UTILIZATE PENTRU REALIZAREA MATERIALELOR CU MEMORIA FORMEI, Paula CHILAT, Radu VASIU, Tiberiu CTUNEANU, Cristina GEAPANA 407

VIII

STUDIUL REZISTENEI LA CAVITAIE A OELULUI INOXIDABIL MARTENSITIC CU 12 % CROM DESTINAT FABRICRII PALETELOR DE MAINI HIDRAULICE, Dumitru ALEXESCU, Ilare BORDEAU, Octavian OANC, Ionel BACIU 415 CERCETRI EXPERIMENTALE PRIVIND OBINEREA BUCELOR LAGRELOR DE ALUNECARE DIN COMPOZITE CU PROPRIETI DIRIJATE, Dian LUNGU 421 FAZELE OPERAIEI LA TANAREA DE PRECIZIE, Nicuor-Mircea MIHAI, Nicolae MIHILESC 427 STUDIU EXPERIMENTAL CU PRIVIRE LA APARIIA URECHILOR LA AMBUTISAREA PIESELOR CILINDRICE, Adrian BIRLAN, Mihai JDNEAN 431 SOLUII MODERNE PENTRU OPTIMIZAREA PROCESELOR DE ELABORARE N CAE, Maria NSUDEAN, Corina Maria DINI, Gyngyi BITTERMANN 437

STUDII PRIVIND OPTIMIZAREA ROLELOR DE TRAGERE LA TURNAREA CONTINU VERTICAL A OELULUI, Marius TUFOI, Ion VELA, Constantin MARTA, Daniel AMARIEI 445

METODE DE OPTIMIZARE A INSTALAIILOR DE TRAGERE LA TURNAREA CONTINU ORIZONTAL A METALELOR, Marius TUFOI, Ion VELA, Constantin MARTA, Daniel AMARIEI 453

INSTALAIE DE FABRICAT ARCURI ELICOIDALE PENTRU VEHICULE FEROVIARE, Ioan VIDICAN, Marius PSL 461 SISTEME MECANICE DE ADPARE UTILIZATE N ZOOTEHNIE, Ioan Aurel CHERECHE 465 ZINCAREA TERMIC O TEHNOLOGIE MODERN, Daniel Gheorghe LAKATOS 473

INFLUENA IMPURITILOR METALICE N PRACTICA ZINCRII ACIDE CU CLORURI, Florentina CZIPLE, Lenua SUCIU 479 SOLUII MODERNE PENTRU VIBROIZOLAREA CIOCANELOR DE FORJARE, Cristian Vasile ANTON, Virgil MOLDOVAN 485

MSURTORI ALE VIBRAIILOR PRODUSE DE UN CIOCAN DE FORJ, Simona Camelia ARAMET, Mariana ARGHIR 493 STAND PENTRU DETERMINAREA EXPERIMENTAL A COMPORTARII DINAMICE N DOMENIUL TIMP A MOTOARELOR HIDRAULICE ROTATIVE, Corneliu CRISTESCU, Drago ION-GU, Petric KREVEY, Ioana ILIE, Magdalena NEACU, Constana CRISTESCU 499 STAND PENTRU DETERMINAREA EXPERIMENTAL A COMPORTRII DINAMICE N DOMENIUL TIMP A MOTOARELOR HIDRAULICE LINIARE,

IX

Corneliu CRISTESCU, Drago ION-GU, Petric KREVEY, Genoveva VRNCEANU, Constana CRISTESCU 505 ANALIZA CU AJUTORUL UNUI SUPRACATALIZATOR VOSGES, A INFLUENEI CMPULUI MAGNETIC ASUPRA ARDERII NTR-O CENTRAL TERMIC, Ioan TEBEREAN, Nicolae ROTARU, Florin NICOAR 511 BIOETANOL, Diana IORGA 517

DETERMINAREA CARACTERISTICILOR FIZICO-CHIMICE ALE BIOCOM-BUSTIBILILOR PE BAZ DE ULEI ALIMENTAR UZAT, N AMESTEC CU MOTORINA, Adrian TODORU, Istvn BARABS 521 EVALUAREA DISTANEI DE SIGURAN DINTRE AUTOVEHICULE LA DESPRINDEREA DIN COLOAN, N VEDEREA DEPIRII, Adrian TODORU, Istvn BARABS 529 STUDIU DE CAZ ASUPRA SISTEMELOR DE RECUPERARE A ENERGIEI LA FRNARE, UTILIZATE N CAZUL AUTOVEHICULELOR HIBRIDE, Remus Mihail PETRIKO, Mihai JDNEAN 539 SISTEME DE PROPULSIE HIBRIDE SOLUIE DE UTILIZARE EFICIENT A ENERGIEI DISPONIBILE PE AUTOVEHICULELE RUTIERE, Corneliu JOLDO, Ovidiu-Viorel MADICI 545 AUTOMOBILE ELECTRICE - Partea I, Mircea BEJAN, Ioana BLAN 553 AUTOMOBILE ELECTRICE - Partea a II-a, Mircea BEJAN, Ioana BLAN 561 CERCETRI EXPERIMENTALE PRIVIND COMPORTAREA N PLIN SARCIN A MOTORULUI SUPRAALIMENTAT MIXT, Gligor MUNTEAN, Raveca MUNTEAN 571

CAPTATOR AERODINAMIC AXIAL PENTRU AUTOCAMIOANE, Sorin RAIU, Corneliu BIRTOK-BNEAS, Vasile ALEXA 575 CERCETAREA EROZIUNII PRIN CAVITAIE N LABORATORUL DE MAINI HIDRAULICE DIN TIMIOARA, Ilare BORDEAU, Octavian OANC 581 CONTROL PREDICTIV MULTIVARIABIL AL UNUI ELICOPTER COAXIAL N MINIATUR, Bogdan MUREAN, Ionu MUNTEAN, Ruben CRIAN, Ioan NACU 589 ELIMINAREA PIERDERILOR UTILIZND TEHNICILE DE FABRICAIE LEAN, Gabriela-Veronica STOIANOVICI 597

GRUP COMBINAT DE ACIONARE PENTRU ROBOSCAN, Vlad BOCNE, Ioan I. POP, Constantin CHIRI 605 STUDIUL PREDICTIV AL ANGRENAJELOR DIN MAINI-UNELTE, Florin EPE-BOBESCU, Mariana ARGHIR 613 O METOD DE PROIECTARE A ANGRENAJELOR ELICOIDALE, Gheorghe MILOIU 621

X

MOBILITATEA CUPLAJEROR DINATE ALE POMPELOR CU CAVITI PROGRESIVE (PCP), Gheorghe MILOIU 629

ASPECTE ENERGETICE LA ALEGEREA UNEI ANTRENRI ELECTROMECANICE, Mihai IONEL, Gheorghe MILOIU 637

STUDIUL FORELOR I A EFICIENEI N ANGRENAJUL MELC-ROAT PLAN, Ileana-Dacia NAPU, Radu NAPU-STOICA, Ioan NAPU, Mircea NAPU 645 MODELUL MATEMATIC AL FREZEI MELC CONICE, Nour-Ioan CRIAN, Mihai SUDRIJAN 651

CONSIDERAII ASUPRA GEOMETRIEI FREZEI MELC CONICE, tefan BOJAN, Lucian MNTOIU, Mihai SUDRIJAN 657

FREZELE MELC PENTRU DANTURAREA ROLOR CICLOIDALE CU PROFILURI TEORETIC EXACTE ALE DINILOR - TEORIE I TEHNOLOGIE DE EXECUIE (I), Mugurel-Liviu SRBU, Ulise TOADER, Gheorghe UTEU, Petru LUPEAN 665

FREZELE MELC PENTRU DANTURAREA ROLOR CICLOIDALE CU PROFILURI TEORETIC EXACTE ALE DINILOR - TEORIE I TEHNOLOGIE DE EXECUIE (II), Mugurel-Liviu SRBU, Ulise TOADER, Gheorghe UTEU, Petru LUPEAN 671

APLICARE A MELCULUI GENERATOR PENTRU MANUFACTURAREA ROII FRONTALE LA ANGRENAJUL PINION CILINDRIC-ROAT FRONTAL (I), Iosif Vencel CSIBI, Dorin HERCIU, Pavel-Teodor CISMA, Ctlin-Sandu GRUIN, Mihai SUDRIJAN 677

APLICARE A MELCULUI GENERATOR PENTRU MANUFACTURAREA ROII FRONTALE LA ANGRENAJUL PINION CILINDRIC-ROAT FRONTAL (II), Iosif Vencel CSIBI, Dorin HERCIU, Pavel-Teodor CISMA, Ctlin-Sandu GRUIN, Mihai SUDRIJAN 683

APLICARE A MELCULUI GENERATOR PENTRU MANUFACTURAREA ROII FRONTALE LA ANGRENAJUL PINION CILINDRIC-ROAT FRONTAL (III), Iosif Vencel CSIBI, Dorin HERCIU, Pavel-Teodor CISMA, Ctlin-Sandu GRUIN, Mihai SUDRIJAN 689

POSIBILTI DE EXECUIE A FREZELOR MELC CONICE LA S.C. SCULRIA SRL CUGIR (I), Camelia DUMITREAN, Gheorghe UTEU, Petru LUPEAN, Mihai SUDRIJAN 695

POSIBILTI DE EXECUIE A FREZELOR MELC CONICE LA S.C. SCULRIA SRL CUGIR (I), Camelia DUMITREAN, Gheorghe UTEU, Petru LUPEAN, Mihai SUDRIJAN 703

CONSIDERAII ASUPRA UZURII TEHNICE DE ADEREN, Liviu SUCIU, Mihaela SUCIU, Marius GHERE, Gavril BLC, Victor RO, Mircea BEJAN 709

XI

XII

UZURI SPECIFICE ALE COMPONENTELOR POMPELOR DE LA MAINILE PENTRU PROTECIA PLANTELOR, Liviu SUCIU, Mihaela SUCIU, Marius GHERE, Gavril BLC, Victor RO, Mircea BEJAN 715 FORMULA DE REGLARE A CUPLELOR CU PAS ELICOIDAL VARIABIL, Ioan-Gheorghe VUCAN, Alexandru-Ctlin MICACIU 723 DISPOZITIV DE RECTIFICAT SUPRAFEE ELICOIDALE ALE SCULELOR ACHIETOARE ADAPTABIL PE MAINI DE RECTIFICAT PLAN, Ioan Gheorghe VUCAN, Alexandru-Ctlin MICACIU 727 PARAMETRII GEOMETRICI AI UNUI ANGRENAJ MELC-ROAT PLAN. STUDIU DE CAZ (I), Emil-Nicolae MUNTEAN, Ovidiu ENE 731

PARAMETRII GEOMETRICI AI UNUI ANGRENAJ MELC-ROAT PLAN. STUDIU DE CAZ (II), Emil-Nicolae MUNTEAN, Ovidiu ENE 737

PRINCIPIUL DE GENERARE A DANTURII ROILOR DINATE CONICE KLINGELNBERG-PALLOID (I), Radu-Clin ROIAN 743 PRINCIPIUL DE GENERARE A DANTURII ROILOR DINATE CONICE KLINGELNBERG-PALLOID (II), Radu-Clin ROIAN 751 SINTEZE ALE UNOR TEZE DE DOCTORAT 757

INDICE DE AUTORI 764 INDICE DE AUTORI global, volumele 19 i 20 767 PROIECTUL Pregtire, instruire, educare n vederea asimilrii de procese tehnologice inovative, mbuntirea practicilor manageriale i a proteciei mediului n sectoarele calde 772

MODELISATION DU COMPORTEMENT DUN MULTICOUCHEDISSYMETRIQUE

Moussa KARAMA

MODELAREA COMPORTAMENTULUI UNUI MULTISTRAT ASIMETRIC

Structurile multistrat compozit au din ce n ce mai multe i mai

frecvente utilizri pentru proiectarea structurilor mecanice. Depinznd de o luminozitate mare, ele sunt, n general, structuri rezistente, pentru a sprijini sarcini importante. n aceast lucrare se propune un nou model de structuri multistrat pentru a rspunde diverselor funcionaliti: tratarea structurilor non-simetrice multistrat, verificarea exact a condiiilor de frontier, verificarea continuitii pentru deplasri i tensiuni transversale de forfecare la interfeele structurilor multistrat, pentru a mbunti rafinarea din punct de vedere al membranei i al forfecrii transversale.

Cuvinte cheie: compozite asimetrice, elemente finite, modele rafinate,

interfee, forfecare transversal, membran

MODELING THE BEHAVIOR OF DISSYMMETRICAL MULTI-LAYERS

The multi-layer composite structures are more and more frequently used for the design of mechanical structures. Dependent on a great lightness, they are in general structures resistant, likely to support important loadings. In this work we propose the new model of multilayer structures to answer the various following functionalities: to treat the non-symmetrical multi-layer structures, to check the boundaries conditions exactly, to check continuity for displacements and stresses shear transverse to the interfaces of the multilayer structures, to improve refinement of the terms of membrane and transverse shearing.

1

In the absence of exact solutions (for multi-layer the non-symmetrical ones) the validity of the model will be tested on problems resulting from three-dimensional solutions obtained by finite elements. Keywords: asymmetric composite, finite elements, refined models, interfaces, transverse shear, membrane Mots cls: composites dissymtriques, lments finis, modles raffins, interfaces, cisaillement transverse, membrane 1. Introduction

Les travaux dvelopps dans cette tude sont destins (dans

un premier temps) la mise en place d'un nouveau modle thorique destin la modlisation des structures multicouches et sandwichs (plaques) et la mise en place (dans un deuxime temps) d'lments finis (dans le domaine linaire) bass sur ce modle raffin qui introduit trois fonctions essentielles: - traiter les structures multicouches non-symtriques; - la satisfaction exacte des conditions de continuit aux interfaces pour

les dplacements et les contraintes, ainsi que les conditions aux limites;

- le raffinement des termes de membrane et de cisaillement transverse; - l'amlioration du calcul des contraintes de cisaillement transverse

(dans le cas de composites pais) sans recours des coefficients de correction.

L'approche retenue est du type cinmatique. Les raffinements

des termes de membrane et de cisaillement sont pris en compte par l'intermdiaire de fonctions exponentielles/ou logarithmique suivant la variable d'paisseur z, la continuit du champ de dplacement tant automatiquement assure par l'introduction, dans le champ cinmatique, de la fonction de Heaviside. Les quations du mouvement et les conditions aux limites sont dduits du principe des puissances virtuelles. On ne conserve que cinq dplacements gnraliss indpendants.

La validit du modle est teste sur des problmes pour lesquels une solution tridimensionnelle exacte existe. La sensibilit aux effets de bord est galement examine. La comparaison avec des calculs lments finis est effectue. Les dveloppements viss sont effectus en trois tapes.

2

En labsence de solutions exactes (pour les multicouches non symtriques) la validit du modle sera teste sur des problmes issus de solutions tridimensionnelles obtenues par lments finis.

2. Modles analytiques

Une structure composite multicouche peut tre considre comme un corps htrogne constitu dun nombre fini de couches homognes anisotropes colles. La caractristique gomtrique dune plaque est une paisseur faible par rapport aux autres dimensions (longueur, largeur). Mis part les solutions exactes issues de llasticit sur des cas prcis de plaques [1] [2] les recherches ont abouti une diversit de modles dont le souci principal est de prendre en compte les effets du cisaillement transverse.

En effet, la plupart de ces modles nassurent pas la continuit des contraintes de cisaillement transverse aux interfaces des couches qui prsentent des proprits mcaniques diffrentes et ne traitent pas les structures non-symtriques.

Or, lors de la conception des structures multicouches, il est ncessaire de vrifier le processus de transfert de charge, donc la prise en compte des contraintes de cisaillement transverse, pour le dimensionnement.

Les diffrentes approches envisageables pour le traitement des plaques composites peuvent tre regroupes de la faon suivante :

- Approche monocouche quivalente - Approche continuit aux interfaces - Approche dveloppement asymptotique - Approche tridimensionnelle

2.1. Fonctions de raffinement du cisaillement

Les diffrents travaux effectus sur le sujet peuvent tre

rsums (en citant les travaux les plus rcents) selon lhistorique suivant : Structures symtriques [3]

3 h zf x Sin h et 3 hg x Cos h

z (1) Structures symtriques [4] 3

233 3 xf x x Exp 2 h

et 233 3 xg x x Exp 2 h

(2)structures non-symtriques, modle dvelopp dans le cadre de cette tude

233 xh 1f x ln 22 2 h

et 233 3 xg x x exp 2 h

(3)

Ce dernier modle est introduit pour rpondre une insuffisance des modles existants pour traiter les structures multicouches et sandwiches prsentant une dissymtrie tant gomtrique que matrielle. Dans le cas dune plaque multicouche, la cinmatique scrit alors :

01 2 3 1 2 3 , 1 2 3 1 2U x ,x ,x ,t u x ,x ,t x w x ,x ,t h x x ,x ,t 1,2

3 1 2 1 2U x ,x ,t w x ,x ,t (4) o

N 1 3 (m) (m)(m) 33 3 3 33 3m 1

f xxh x g x x x H x x

2 2

233 xh 1f x ln 22 2 h

fonction logarithmique de raffinement du cisaillement

233 3 xg x x exp 2 h

fonction exponentielle de raffinement membranaire et (m)3 3H x x distribution de Heaviside dfinie par:

(m)

3 3(m)

3 3(m)

3 3

1pour x x

H x x

0pour x x

(5)

Cette cinmatique permet de vrifier les conditions de continuit des dplacements et des contraintes aux interfaces, ainsi que les conditions aux frontires.

4

2.2. Les quations dquilibre et les conditions aux limites avec continuit aux interfaces

On utilise le principe des puissances virtuelles pour tablir les

quations dquilibre et les conditions aux limites: 1(u ) 11,1 12,2 1N N n 2(u ) 22,2 12,1 2N N n

(w)11,11 22,22 12,12 12,21 3 1,1 2,2M M M M (n m m ) (6)

1( ) 1 111,1 12,2 13 1P P R p

1( ) 2 222,2 12,1 23 2P P R p

les conditions aux limites naturelles scrivent:

11 12 10 N N N 22 12 20 N N N

(w)11,1 22,2 12,12 12,2 3 1 2M M M M (N m m ) (7)

1 111 12 10 P P P

2 222 12 10 P P P 11 12 10 M M M 22 12 20 M M M

avec h/2

i i 3xh/2

n f d

, h/2

i ih/2

N Fd

3x h/2

i 3 i 3xh/2

m x f d

, h/2

i 3 ih/2

M x Fdx

3 h/2

i 1 3 i 3xh/2

p h (x )f d

, h/2

i 1 3 ih/2

P h (x )Fdx

3

dx

(8)

ij h/2

ij ij 3 3h/2

3ij

N 1M x

h xP

5

k3

k 13

xnij 3 ij 3

k 1xP h x

dx

x

k3

k 13

x

i3 ,3 3 i3 3x

R h x d

En utilisant les solutions de Navier le systme dquilibre dans

le cas statique devient:

1 21 1 2 m x m xu x ,x Ucos sina b

1 22 1 2 m x m xu x ,x V sin cosa b

11 2 m x m xw x ,x W sin sina b

2 (9)

1 21 1 2 mn m x m xx ,x X cos sina b

1 22 1 2 mn m x m xx ,x Y sin cosa b

o, a et b sont les dimensions du multicouche, suivant les axes ,

respectivement . En notant

1x

2x a et b

, les quations dquilibre deviennent:

11 21 31 41 51

12 22 32 42 52

13 23 33 43 53 0

14 24 34 44 54

15 25 35 45 55

G G G G G U 0G G G G G V 0G G G G G W q

XG G G G G 0Y 0G G G G G

(10)

2.3. Cas dune plaque non symtrique avec 2 couches [0/90]

On traite ici le cas dune plaque rectangulaire (figure 1) deux

couches dpaisseurs gales et orientes [0/90].

6

Elle est soumise une pression doublement sinusodale suivant sa longueur (x1) et sa largeur (x2), damplitude q0.

La plaque est simplement appuye sur ses bords. Le matriau est identique pour les deux couches, la couche 0

ayant comme proprits mcaniques celles de Pagano [5],

EL/ET = 25, GLT/ET = 0,5, GTT/ET = 0.2, 0,25, ET = 6,895 GPa, 1600 kg/m3, a = 4, b = 3a, h = 1 q = q0 Sin (x1/a) Sin (x2/b), q0=1 MPa

h

a

b

x1

x2 x3

q0

Figure 1 Plaque multicouche sous chargement doublement sinusodale

Figure 2 Variations de 1 1 2 3u (x ,x b / 4,x h / 2) en fonction de x1

7

Figure 3 Variations de 23 1 2 3(x a / 2,x b / 2,x ) suivant la direction x3

Figure 4 Variation de 23 1 2 3(x a / 2,x ,x 0) suivant la direction x2 3. Rsultats

Les diffrents rsultats concernent les dplacements et les contraintes obtenues par des mthodes analytiques (rsolution du modle dvelopp dans le cadre de cette tude, voir dtail de calcul lannexe) et des solutions obtenues par lments finis.

8

4. Conclusion Pour le modle analytique dune plaque deux couches on

observe quon a une bonne approximation pour la contrainte. Pour les contraintes de cisaillement on trouve des valeurs trs approches par rapport au modle numrique. Pour les dplacements on a une bonne corrlation sauf dans le dplacement U2. BIBLIOGRAPHIE [1] Ossadzow, C., Modlisation de coques composite multicouches, Thse de doctorat, Universit Pierre et Marie Curie, 1996. [2] Idlbi, A., Comparaison de thories de plaque et estimation de la qualit des solutions dans la zone bord, Thse de Doctorat, ENSAM Paris, 1995. [3] Touratier, M., An efficient standard plate theory, Int. J. Engg Science, Vol. 29, no. 8, pp. 901-916, 1991. [4] Afaq, K., Dveloppement dun nouveau modle composite pour les structures composites multicouches et sandwiches avec prise en compte du cisaillement transverse et des effets de bord. Thse de doctorat, Universit Paul Sabatier, 2003. [5] Pagano, N.J.,. Exact solutions for composite laminate in cilindrical bending, J Compo. mater, Vol. 3, pp. 398- 411, 1969. Annexe Les coefficients de continuit

(1)1 0,857143 (1)2 0,857143

Les dformations

0*11 1,1 1,1 3 ,11 1 1,1U u x w h

0*22 2,2 2,2 3 ,22 2 2,2U u x w h

23 2,3 22 h 13 1,3 12 h

0* 0*12 1,2 2,1 1,2 3 ,12 1 1,2 2,1 3 ,21 2 2,1U U u x w h u x w h

9

Les contraintes

1 211 1 2 3 11 1 3 1,3 1

1 212 2 3 1,3 2 1 2

x ,x , x C u x w h

C u x w h Sin x Sin x

1 222 1 2 3 12 1 3 1,3 1

1 222 2 3 1,3 2 1 2

x ,x , x C u x w h

C u x w h Sin x Sin x

23 1 2 3 44 2,3 2 1 2x ,x , x C h Sin x Cos x 13 1 2 3 55 1,3 1 1 2x ,x , x C h Cos x Sin x 12 1 2 3 66 1 3 1,3 1 2 3 2,3 2 1 2x ,x , x C u x w h u x w h Cos x Cos x

3 3

33 23,2 3 13,1 3x x

x x

Prof. Dr. Ing. Moussa KARAMA Directeur de la recherche

Ecole Nationale dIngnieurs de Tarbes, France e-mail: moussa.karama@enit.fr

10

11

DETERMINATION DUN CRITERE DE FATIGUE DUN MATERIAU COMPOSITE PAR UNE METHODE NON

DESTRUCTIVE

Moussa KARAMA

DETERMINAREA UNUI CRITERIU DE OBOSEAL A UNUI MATERIAL COMPOZIT PRINTR-O METOD NEDISTRUCTIV

Este propus o nou metod de determinare a limitei de rezisten a unui compozit cu o camer n infrarou. Testele de oboseal pe o epruvet pentru creterea nivelului de ncrcare, fac posibil o analogie ntre nclzirea local i prejudiciu. Rezultatele sunt comparate cu curbele Whler obinute pe un numr mare de exemple. Cuvinte cheie: oboseal, compozite, infrarou, prejudiciu, limit de anduran

DETERMINATION A FATIGUE CRITERION OF A COMPOSITE MATERIAL BY A NONDESTRUCTIVE METHOD

A new method of determination of the limit of endurance of a composite by an infra-red camera is proposed. Fatigue tests on a specimen on increasing levels of load, makes it possible to make the analogy between the local heating and the damage. The results are compared with the curves of Whler obtained with a great number of specimens. Keywords: fatigue, composites, infrared, injury, old endurance Mots cls: fatigue, composite, infrarouge, endommagement, limite dendurance

12

1. Introduction Le dimensionnement des structures dpend de la nature des

sollicitations auxquelles elles sont soumises. Le chargement peut tre constant ou, et c'est le cas le plus gnral, variable au cours du temps. On peut citer par exemple les pices de suspension automobiles ou les ailes d'un avion dont les sollicitations en service varient.

Le phnomne de fatigue touche en fait tous les objets qui nous entourent et qu'une utilisation rpte finit par dtriorer. Le nombre de rptitions et le niveau du chargement sont des paramtres dterminants quant la dure de vie de ces lments, c'est--dire la priode pendant laquelle ils assurent correctement leur fonction. La raison essentielle du peu d'entrain des mcaniciens raliser des essais de fatigue est leur cot important. Celui-ci est d entre autres au caractre particulirement dispersif du phnomne de fatigue et de la dure proprement dite des essais.

Cette grande dispersion impose, pour chaque type de vrification exprimentale en fatigue, de nombreux essais de faon obtenir des rsultats reprsentatifs. La dmarche de suivi de lendommagement des prouvettes en fonction du nombre de cycle afin de quantifier la dure de vie du matriau a t effectue laide dune camra infrarouge pour valuer la variation de la temprature pendant lessai de fatigue. Une approche des mcanismes d'endommagement par fatigue base sur le traitement des d'images de dissipation est propose. La limite dendurance obtenue par mthode nergtique est prsente [1].

Le matriau de notre tude ralis par lentreprise Turbomeca (Bordes, 64), employ pour ses hautes proprits mcaniques dans la confection des tulipes dentre dair des turbomoteurs est un stratifi obtenu par lempilement de tissus de type satin 5. Il sagit de plaques composites tisses 450 de longueur 250 mm et de largeur 25 mm avec un trou de 5 mm au centre de lprouvette.

2. Etude exprimentale

2.1. Dispositif dessai

Les essais de fatigue sont raliss sur une machine de fatigue SCHENCK avec un servo-hydraulique de marque Instron (figure 1). Cette machine est quipe dun capteur de force de 30 kN. Les dformations sont mesures au moyen dun extensomtre Instron dune longueur de jauge de 25 mm suivant la longueur de lprouvette. La centrale dacquisition assure le traitement des donnes du capteur de force, de lextensomtre et du capteur de position. Lenregistrement

13

des donnes se fait sur le PC via le logiciel Wavemaker Runtime. Le pilotage des essais de fatigue est effectu en effort avec un rapport de charge de 0,1.

Les prouvettes sont toutes sollicites une frquence de 10 Hz. Le nombre de cycles total est limit 106 cycles. Une camra infrarouge est utilise pour mesurer la variation et lvolution de la temprature pendant les essais de fatigue. En effet, cette technique de mesure de temprature exploite le rayonnement infrarouge mis naturellement par les objets ds lors que leur temprature est suprieure au zro absolu (0 K).

Lanalyse se fait par consquent sans contact ce qui est une des conditions requises pour mesurer sans perturbation de si faibles variations de temprature. Lautre avantage dcisif est laccs une cartographie de surface. Ainsi tous les points la surface dun objet peuvent-ils tre mesurs simultanment. La rsolution thermique de notre camra (diffrence de temprature quivalente au bruit) est de lordre de 20 mK 30 0C.

CamraInfrarouge

Extensomtre Capteur deffort

Mors hydraulique

Capteur de dplacement

Figure1 Machine de fatigue

Le comportement en fatigue des matriaux est dtermin lors dessais cycliques qui diffrent les uns des autres par le type de sollicitation choisi (traction, flexion, compression, torsion, voir

14

combinaison de plusieurs types) et la faon de soumettre les sollicitations aux prouvettes (signal carr, sinusodal, triangulaire).

Lorsque le type de sollicitation et la forme du signal sont choisis, les notions de rapport des contraintes R (R = min/max) et de contrainte moyenne (moy) sont introduites afin de diffrencier les diffrents essais. Ainsi lorsque nous parlons de rapport des contraintes, nous entendons le rapport entre la contrainte minimale applique (min) et la contrainte maximale applique (max).

Dans la caractrisation des structures mcanique, les essais de fatigue permettent lobtention de plusieurs caractristiques (la limite de fatigue, la limite dendurance, la dure de vie, le rapport dendurance). Nous allons nous intresser la dtermination de la limite dendurance, pour laquelle il est constat 50 % de rupture aprs un nombre fini de cycles (habituellement 107 cycles).

2.2. Dtermination de la limite dendurance par thermographie infrarouge

2.2.1. Thermographie infrarouge La thermographie infrarouge est une technique de mesure qui

permet lobtention dune image thermique reprenant la rpartition de la temprature en surface de lobjet examin. La thermographie procde par dcodage, laide dun dtecteur appropri, de linformation temprature issue du rayonnement infrarouge mis par tout objet.

Lavantage principal de la thermographie infrarouge est son caractre non intrusif. La dformation des matriaux solides saccompagne presque toujours de dgagements de chaleur. Lorsque le matriau se dforme ou sendommage et se fissure, une partie de lnergie ncessaire lamorage et la propagation de lendommagement est transforme de faon irrversible en chaleur [2]. Cette technique est utilise pour sa rapidit et sa simplicit de mise en uvre. Les principales applications intressent plusieurs secteurs (construction automobile, aronautique) et plus rcemment, la dtermination rapide de limite de fatigue et la localisation de zone d'endommagement [3].

2.2.2. Mesure de la dissipation

Cette mthode danalyse thermographique est plus base sur

la mesure de lnergie dissipe du fait de la dgradation du matriau plutt que sur la mesure de la quantit de chaleur totale dgage. Lnergie dissipe est lie aux modifications structurales irrversibles

15

de lprouvette durant un essai de fatigue (plasticit, rupture des liaisons interatomiques) [4]. Ainsi la chaleur dgage due au couplage thermo lastique est filtre et la mesure devient plus exacte. Lvolution de la dissipation thermique est schmatis sur la figure 2.

Trois phases diffrentes peuvent tre distingues, une premire phase daugmentation qui nexcde pas 20 % de la dure de vie et qui correspond lapparition de fissures transverses dans la matrice, une deuxime phase de stabilisation correspondant 5000 cycles de la dure dun essais de fatigue, o lendommagement volue de faon continue, ce qui li la multiplication et la propagation des fissures transverses dans la matrice jusqu atteindre la densit critique lendommagement crot rapidement ce qui correspond la rupture des fibres et au dlaminage du composite.

de fissures, une troisime phase de ruine o

Figure 2 Mesure par thermographie infrarouge de l'volution du diffrentiel de temprature d'prouvettes troues orientes 45 soumises un essai de

fatigue (60 % de la charge rupture) 3. Application de la thermographie infrarouge la dtermination de la limite dendurance

Pour dterminer la limite dendurance du matriau, nous avons men une compagne dessais sur des prouvettes troues orientes 450. Pour chaque essai, nous avons mesur la temprature de stabilisation qui correspondait la temprature mesure au bout de 10000 cycles.

Pour les essais ne dpassant pas 10000 cycles, la temprature de stabilisation est considre au niveau du point dinflexion de la

0

10

20

30

40

50

60

0 50000 100000 150000 200000 250000

Cycles

T (

C)

16

courbe dvolution de la temprature. Nous avons laiss lessai se poursuivre jusqu la rupture de lprouvette ou jusqu la limite de 1000000 cycles pour pouvoir tracer une courbe de Whler. Les relevs de lvolution de T pour diffrents cas de charges sont prsents sur la figure 3.

En relevant pour chacun des essais le T reprsentatif du premier endommagement, nous pouvons tracer la courbe qui nous permettra dobtenir une estimation de la limite dendurance (figure 4).

0

20

40

60

80

100

120

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000

Cycles

T (

C)

50%45%

70% 67,5%

55%

62,5%60%

40%

Figure 3 Mesure du palier de stabilisation de la temprature pour diffrents cas de charge partir de plusieurs prouvettes 45 troues

0

10

20

30

40

0,35 0,40 0,45 0,50 0,55 0,60 0,65 0,70 0,75

Niveau de charge

T (

C)

Limitedendurance

Figure 4 Evaluation de la limite d'endurance du composite tudi par

thermographie infrarouge partir de plusieurs prouvettes 45 troues La rpartition des points de mesure peut tre approxime par

deux droites. La limite dendurance est dfinie au niveau de

17

lintersection des deux segments, ce qui correspond pour notre matriau 50 % de la charge rupture. En reportant maintenant pour chaque essai ralis le nombre de cycles support en fonction du taux de charge, on peut tracer une courbe S-N (figure 5) et en dterminer traditionnellement la limite dendurance du matriau.

0,30

0,35

0,40

0,45

0,500,55

0,60

0,65

0,70

0,75

100 200100 400100 600100 800100 1000100

N (Cycles)

S

Figure 5 Trac de la courbe (S-N) des prouvettes 45 troues

Lexploitation de la courbe de Whler fait apparatre une limite

dendurance 53 % de la charge rupture des prouvettes troues. Cette limite "mcanique" de 53 % est trs proche de la limite "thermique" 50 %, ce qui permet de dire que les deux mthodes de dtermination sont trs analogues. Il parat donc intressant dapprofondir la dmarche thermographique qui, contrairement la dmarche de Whler, ne ncessite que la dtermination des paliers de stabilisation et non le nombre de cycles rupture. Cette approche doit donc tre plus rapide.

4. Application de la thermographie infrarouge la dtermination de la limite dendurance avec une seule prouvette

Dans un souci de gain de temps et afin de minimiser le nombre des prouvettes, nous avons envisag de dterminer la limite dendurance dune prouvette en neffectuant quun seul essai. Pour cela nous avons dcid de solliciter notre prouvette par palier successifs de 10000 cycles en augmentant la charge chaque palier (figure 6).

18

6065

55%

Niveaudecharge

0 Temps

50%45%40%

Figure 6 Essai palier croissant prouvette 45 troue

Les essais de fatigue ont t raliss sur une prouvette troue orientes 45. Pour chaque essai, nous avons mesur la temprature de stabilisation qui correspondait la temprature mesure au bout de 10000 cycles. Les essais ne dpassant pas 10000 cycles, la temprature de stabilisation est considre au niveau du point dinflexion de la courbe dvolution de la temprature. Les essais ont t raliss une frquence de 10 Hz entre 40 % et 65 % de la charge la rupture (figure 6). Le passage dun niveau de charge un autre se fait sans que lprouvette ne soit dmonte. Les relevs de lvolution de T pour diffrents cas de charges sont prsents sur la figure 7.

Nous pouvons dj constater que les courbes obtenues avec une seule prouvette sont trs semblables celles obtenues avec sept prouvettes (figure 3). Nous pouvons alors, partir de ces relevs, reprendre la dmarche prcdente et tracer la courbe qui nous permettra dobtenir une estimation de la limite dendurance (figure 8). Les rsultats que nous obtenons sont trs satisfaisants, ce qui montre qu partir dune seule prouvette et en utilisant une camra infrarouge une premire estimation de la limite dendurance dun matriau peut tre dtermine.

La limite dendurance obtenue par cette mthode (51 %) est trs proche des deux premires valeurs; 53 % partir de la courbe (S-N) et 50 % avec une prouvette par niveau de charge.

Lutilisation de cette mthode permet un gain considrable dans le temps des essais de fatigue et le cot diminue dune faon considrable.

19

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000

Cycles

T (

C)

65%

60%

50%

55%

40%et45%

Figure 7 Mesure du palier de stabilisation de la temprature pour diffrents cas

de charge partir dune seule prouvette 45 troue

0

10

20

30

40

0,35 0,40 0,45 0,50 0,55 0,60 0,65 0,70

Niveau de charge

T (

C)

Limite dendurance

Figure 8 Evaluation de la limite d'endurance du composite tudi par thermographie infrarouge partir dune seule prouvette 45 troue

20

5. Conclusion

Cette tude est destine mettre en vidence la relation entre la dissipation de chaleur et lendommagement des composites. Les diffrentes comparaisons des rsultats ont montr que, la thermographie infrarouge est un bon moyen de mesure sans contact pour suivre lendommagement dun composite. Les volutions des tempratures correspondent bien aux volutions de lendommagement du matriau, et cet outil peut maintenant permettre une dtermination rapide de la limite dendurance du matriau, en nutilisant quun petit nombre dprouvettes. BIBLIOGRAPHIE [1] Toubal, L., Approches analytique et exprimentale de lendommagement par fatigue dun composite carbone/poxy. Thse de doctorat, Universit Paul Sabatier, Toulouse, 2004. [2] Chrysochoos, A., Infrared thermography, a potential tool for analysing the material behavior, Mcanique & Industries, Vol.3, pag. 3-14, 2002. [3] Brmond, P., Potet, P., Lock-In Thermography: A tool to analyse and locate thermo-mechanical mechanisms in materials and structures, Thermosense XXIII, April 2001. [4] Luong, M.P., Fatigue limit evaluation of metals using an infrared thermographic technique, Mechanics of Materials, 28 pag. 155-163, 1997.

Prof. Dr. Moussa KARAMA Directeur de la recherche

Ecole Nationale dIngnieurs de Tarbes, France Email: moussa.karama@enit.fr

MODELISATION DE L'IMPACT DE LA MAINTENANCE SUR LE LIFE CYCLE COST DUN PARC

D'EOLIENNES

Alexis LUGAND, Blahcne MAZARI, Khalil KASSMI, Farid BAGUI

MODELAREA IMPACTULUI MENTENANEI ASUPRA COSTULUI CICLULUI DE VIA A UNUI PARC DE EOLIENE

n cazul integrrii surselor de energie regenerabil, calculul LCC (Life Cycle Cost costul ciclului de via) este considerat ca fiind cel mai bun mod de a evalua impactul asupra mediului. Costul ciclului de via al unei turbine eoliene poate fi mprit n ase pri: dezvoltarea, proiectarea, fabricarea, instalarea, exploatarea i dezafectarea. Aceast lucrare este o contribuie la evaluarea costurile de operare ale unei ferme eoliene de 2 MW, reprezentnd partea stochastic n calculul LCC. O baz de date pe 5 ani de funcionare a 208 turbine eoliene rspndite n peste 35 de parcuri a fost folosit pentru a da o prim estimare a LCC pentru fiecare turbin i ca s se defineasc tendinele temporale ale MTBF i MTTR. Cuvinte cheie: eolian, ciclu de via, costuri de exploatare

MODELISATION OF THE MAINTENANCE IMPACT ON THE LIFE CYCLE COST OF WIND TURBINE PARKS

In the case of the integration of renewable energy sources, the calculation of LCC is considered as the best way to assess the impact on the environment. The Life Cycle Cost of a wind turbine can be divided into six parts: design, development, manufacturing, installation, operation and decommissioning. This paper is a contribution to assess the costs of operating a wind farm of 2MW representing the stochastic part in the calculation of the

21

. A database of 5 years functioning of 208 wind turbines spread over 35 parks has been used to give a first estimate of the LCC of each turbine and define temporal trends of MTBF and MTTR. Keywords: wind, life cycle operating costs Mots cls: olien, cycle de vie, cots d'exploitation 1. Introduction

Aujourdhui les produits sont tenus dtre fiables et doivent rpondre aux normes d'co conception. Il faut quils remplissent leurs fonctions de faon sre sans trop dimpact sur lenvironnement et soient dun entretien facile durant toute leur dure de fonctionnement jusqu'au dmantlement et recyclage. De ce fait, la rentabilit d'un parc d'oliennes englobe le cot dacquisition du produit, le cot de lexploitation et de la maintenance du produit pendant sa dure de fonctionnement (cot de proprit) ainsi que le cot du dmantlement. Ce qui induit notamment une problmatique lie l'estimation des cots d'exploitation et de maintenance, qui est le cur de nos investigations. Il est rappeler que les cots lis la production sont accessibles.

Les dcisions prises concernant la conception et la fabrication dun produit peuvent affecter sa rentabilit, sa scurit, sa fiabilit et sa maintenabilit. Pour satisfaire le client, le dfi pour les fournisseurs est de concevoir des produits qui rpondent ces exigences. Idalement, il convient que ce processus doptimisation commence ds la conception du produit et se dveloppe pour prendre en compte tous les cots relatifs sa dure de vie. Notre travail consiste exploiter les rsultats issus de l'analyse des diffrentes phases du cycle de vie dune olienne, afin d'estimer le cot de revient en fonction de la puissance de la machine. Lobjectif tant davoir une mthode permettant de prdire le cot global dune olienne ou d'un parc d'oliennes tout au long de sa priode de fonctionnement. Nous nous intresserons principalement aux estimations des cots lis la maintenance prventive et curative. Dans cet article nous prsenteront, les rsultats de lvaluation du cot du cycle de vie (Life Cycle Cost) des oliennes de type 2MW. Ces rsultats sont mens sur une base de donnes relle issue de diffrents parcs reprsentant environ 210 oliennes et ceci sur un horizon moyen de 5 ans. Ces rsultats seront confronts aux modles thoriques concernant les prdictions des taux de dfaillance. Nous

22

prsenterons galement une validation des outils de calcul des MTBF (Mean Time Between Failure), MTTR (Mean Time To Repear), pour ce type d'oliennes. L'objectif de notre travail est de fournir un outil dcisionnel aux clients et galement aux fournisseurs de produits pour quils puissent optimiser leurs conceptions par lvaluation dalternatives et en ralisant des tudes de compromis. Ils peuvent valuer diverses stratgies de fonctionnement, de maintenance et de dmantlement pour optimiser le cot du cycle de vie. Lvaluation du cot du cycle de vie peut effectivement tre applique pour dterminer les cots associs une activit spcifique, par exemple, les effets de diffrentes approches/concepts de maintenance, pour couvrir une partie spcifique dun produit, ou pour couvrir seulement une phase slectionne ou des phases du cycle de vie dun produit. 2. Rsultats et discussions

Aujourd'hui, plusieurs entreprises et pays en gnral investissent dans des procds propres visant renforcer leurs performances nergtiques. C'est dans ce cadre que l'olien s'est impos sous diffrentes formes, on shore, offshore ou encore des petites installations destination du grand public. Cependant, diffrents travaux ont t mens pour valuer le cot global de la production de cette nergie. Ce cot intresse les investisseurs, les fabricants ainsi que les exploitants. Ce cot reste galement le seul moyen pour valuer l'impact cologique de cette technologie [1]. Un des moyens pour valuer ce cot est d'utiliser la mthode cot de cycle de vie (LCC: Life Cycle Cost).

Figure 1 Cycle de vie d'une olienne

23

Le LCC dun produit est le cumul des cots de ce produit de la phase

la notion de produit se substitue la notion de servic

e vie implique une compr

conception dveloppement + C fabrication + C installation +

etrouve les cots dacquisition :

LC acquisition conception dveloppement fabrication installation

Le LCC est valu partir des donnes des

e cadre, plusieurs travaux ont t publis [1-3] perme

Dans un rapport publi en 2006, les auteurs ont prsent un travail

de conception au dmantlement. Il comprend donc la conception de lolienne, son dveloppement, sa production, son installation, son exploitation et enfin son dmantlement comme le montre la Figure 1.

Aujourdhui,es attendus. Le prix dacquisition fait ainsi place la notion de

cot de possession qui prend en compte les cots dexploitation et de maintenance. Par exemple, dans le cas dune olienne, le prix dachat, du point de vue du client reprsente la partie visible de liceberg , mais il faudra lui ajouter le cot de la maintenance, des dpannages, des pices de rechanges, etc. Dans l'valuation des cots de maintenance pour le calcul du LCC, celle concernant la partie lectronique reste la plus dominante en termes de remplacement des pices. Cependant, une maintenance curative d'organes tels que les pales peut mobiliser des ressources importantes.

La notion dvaluation du cot de cycle dhension lmentaire du cycle de vie dun produit et des activits

ralises au cours de ces phases. Il est galement essentiel de comprendre le rapport entre ces activits et les performances, la scurit, la fiabilit, la maintenabilit et les autres caractristiques du produit, contribuant aux cots du cycle de vie. Ce modle gnral peut se dcomposer comme suivant:

LCC = C + C + C exploitation + C dmantlement

s cette relation (1) ont r Dan

C = C + C + C + C acquisitionconstructeurs.

Dans cttant d'valuer le LCC d'oliennes installes en offshore and on

shore. qui permet d'valuer le LCC pour chaque partie d'une olienne

[2]. Notamment dans l'article [1] une valuation de l'impact d'un parc d'oliennes de puissance 1 kWh sur l'environnement a t prsente. Dans la rfrence [2] les auteurs ont ralis une analyse concernant les matriaux utiliss pour la construction des oliennes.

24

2.1. Conception, Design et Dveloppement

et le choix des atriaux sont analyss en fonction de la puissance et de

l'empl

. La Fabrication

phase du cycle de vie de lolienne qui prsente la plus grande part. Elle comprend de nombreux et

diffre

se (sol), les armoires lectriques et le capot

ction de la hauteur qui peut aller de 59 100 m -

ors.

machines entre elles, et vers lextrieur)

ces de la n nal IEC 60300.

Dans cette phase, le design de la machine m

acement. Cest dans cette phase que le cycle de vie du produit est utilis pour valuer le cot global de possession de lolienne. Les organes principaux comme la gnratrice et les multiplicateurs sont dimensionns. Gnralement, le prototype a un cot beaucoup plus lev quune machine produite en srie car les pices sont achetes lunit. Mais il est donc important de prendre en compte dans le calcul du Life Cycle Cost, le nombre de machines produites en srie, pour pouvoir valuer un cot de dveloppement par machine fabrique. En moyenne cette phase reprsente 3 % du cot global de cycle de vie de lolienne.

2.2

La fabrication est lare

nts cots. Gnralement, le cot li cette phase est assez simple dfinir partir du cot des donnes issues de la conception. Concernant l'industrialisation, le cot le plus important, ce stade, est li l'assemblage de la nacelle qui se fait en usine. En effet, la tour et les ples sont assembls directement sur le site pour des questions de transport. Il est important de rappeler que, la majeure partie du cot de fabrication est due au prix des pices qui constituent lolienne (gnratrice, gearbox, tour,).

Les principaux composants de la nacelle sont la gearbox, la gnratrice, larbre rapide, la ba

de la nacelle. Le cot de fabrication inclue galement ceux des diffrents lments:

- La tour: Il est fonLe hub: roulement de chaque pale - les trois moteurs- les batteries le contrleur. - Le transformateur en fonction s'il est install dans la base de la tour, ou en deh- Les fibres utilises pour le SCADA (rseau qui permet la communication des - La fondation

Ce processus d'valuation des cots rpond aux exigenorme Internatio

25

En synthse, cette phase reprsente 52 % du cot global de cycle de vie de lolienne. Il est le paramtre le plus influent dans le calcul du

olienne prend en compte les cots e vente, de projet, de logistique, de montage et de mise en service de

la ma

ploitation

erations & Maintenance) reprsente une part ifficile valuer du Life Cycle Cost dune olienne puisqu'il est estim

sur un

valuation des cots lis la maintenance qui reprsentent la par

3 ans 4 ans 5 ans

retour sur investissement, sachant qu'actuellement l'esprance de fonctionnement normal d'une olienne est estime 20 ans. 2.3. LInstallation

La phase dinstallation duned

chine. Il reprsente environ 12 % du cot global de cycle de vie de lolienne. 2.4. Ex

La partie 0&M (Opd

e dure de 20 ans dont la majeur des cas les donnes ne sont pas encore disponibles. En effet, ce cot englobe la maintenance prventive et curative. L'estimation des cots de cette dernire est base sur des modles prdictifs et suivent des lois stochastiques dpendant de plusieurs paramtres tel que les volutions des tempratures, des degrs d'ergomtrie sur le site ainsi que les vitesses des vents.

Cette partie reprsente le cur de nos investigations. En particulier l'

tie indterministe des cots d'exploitation. Pour ce faire, nous nous sommes servis de donnes exprimentales issues de diffrents parcs d'oliennes installs en France et en Belgique, ce qui reprsente environ 208 machines rparties sur 35 parcs. Ces parcs sont homognes de puissance 2MW ayant en moyenne un historique de donnes allant de 1 an 5 ans comme le montre le Tableau 1 (Historique des donnes d'exploitation).

Tableau 1 Anne 1 an 2 ans

Nombre de Turbines 208 149 95 53 26

Nombre de Parcs 35 25 15 9 4

: A partir de donnes rcoltes sur 5 ans, des indicateurs tel que le MTBF (Mean Time Between F re), le MTTR (Mean Time To ailu

26

R ou encore le taux de dfaillance ont pu tre calculs. A partir de toutes ces informations, mises en parallles avec les donnes constructeurs et le retour dexprience des pays ayant plus de recul dans le domaine, une estimation un cot de la maintenance curative a t obtenu. Les premiers rsultats de nos analyses montrent que le taux de dfaillance d

epair)

crot trs rapidement pour se stabiliser partir de six

st difficil

mois de fonctionnement. Le nombre d'heures d'arrt est trs corrl avec ce taux. Cet historique sur cinq ans nous a permis galement d'valuer le MTTR (Mean time between failures) sur les convertisseurs. Ce paramtre influent dans l'estimation de la production d'nergie et du cot d'exploitation a une tendance dcroissante quasiment linaire.

La phase exploitation dune olienne reprsente environ 32 % de son cot globale. Elle ne peut donc pas tre nglige, mais il e

e de faire diminuer le cot de cette phase car ltat gnral de lolienne et en rapport direct avec sa production. Si on ajoute ces diffrents cots celui du dmantlement qui reprsente environ 1 % du LCC on obtient une rpartition des cots pour chacune des phases comme le montre la Figure 2.

Figure 2 Rpartition des cots du LCC

27

28

3. Conclu

Dans le cas de l'intgration des sources d'nergies renouvelabl

il que nous avons prsent dans cet article est une bution

sion

es, le calcul du LCC est considr comme tant le meilleur moyen pour valuer l'impact sur l'environnement. Le Life Cycle Cost dune olienne peut se dcomposer en six parties: la conception, le dveloppement, la fabrication, linstallation, lexploitation et le dmantlement.

Le travacontri l'valuation des cots d'exploitation d'un parc d'oliennes de 2MW qui reprsentent la partie indterministe dans le calcul du LCC. Une base de donne issue de 5 ans de fonctionnement de 208 oliennes rparties sur 35 parcs a servie donner une premire prvision de la rpartition des cots de revient de chaque olienne et a dfinir les tendances temporelles des MTBF et MTTR.

BIBLIOGRAPHIE [1 Engineering, Life C] Elsam ycle Assessment of offshore and onshore sited wind farms, Fredericia (Danemark), mars, 2004. [2] Barbara Batumbya Nalukowe, Jianguo Liu, Wiedmer Damien, Tomasz Lukawski, Life Cycle Assessment of a Wind Turbine, Rapport. May 22, 2006. [3] Brice Tremeac and Francis Meuniera, Life cycle analysis of 4.5 MW and 250 W wind turbines, Renewable and Sustainable Energy Reviews, Volume 13, Issue 8, October 2009, pag. 2104-2110,2009.

Ing. Alexis LUGAND oratoire IRISE, Ecole d'ingnieurs CESI, centre de Rouen

e-mai ge.fr

Laboratoire IR tre de Rouen

Laboratoire IRISE, centre de Rouen

Laboratoire LETAS, Ouj hamed Premier, ENSA e r

Labl: lugand.alexis@oran

Prof.Dr. Blahcne MAZARI ISE, Ecole d'ingnieurs CESI, cen

e-mail: bmazari@cesi.fr Prof.Dr. Farid BAGUI

Ecole d'ingnieurs CESI,e-mail: fbagui@cesi.fr

Prof. Dr. Khalil KASSMI da, Maroc Universit Mo

-mail: khkassmi@yahoo.f

MANAGEMENT DE LA PERFORMANCE ENERGETIQUE

Farid BAGUI, Horia-erban SCURTU PRIBOEANU,

Gilles BIAGETTI

MANAGEMENTUL PERFORMANEI ENERGETICE

Necesitatea de a conserva energia i lupta mpotriva emisiilor de COV induce schimbri n natura surselor de energie i a modurilor de consum. Politicile energetice actuale nu sunt destinate pentru a crete consumul de energie n acelai timp cu creterea economic. Pentru a atinge aceast performan, companiile dezvolt planuri de aciune n jurul unui nou model de cretere. Astzi, exist mai multe instrumente de diagnostic, dar planurile nu sunt ntotdeauna viabile, din punct de vedere economic. Scopul acestei lucrri este de a oferi experiene n aplicarea acestor metode de management a energiei in diverse companii. Cuvinte cheie: norme, reglementare, energii regenerabile

ENERGIE PERFORMANCE MANAGEMENT

The need to conserve energy and fight against the VOC emissions induces changes in the nature of energy sources and modes of consumption. The current energy policies are intended not to increase energy consumption at the same manner as economic growth. To achieve this performance, companies are developing action plans around a new growth model. Today, there are several diagnostic tools but the plans are not always economically

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viable. The aim of this paper is to provide a return on experience in applying these energy management methods in various companies. Keywords: standards, regulation, renewable energy

MANAGEMENT DE LA PERFORMANCE ENERGETIQUE

La ncessit d'conomiser l'nergie et la lutte contre les missions de COV induire des changements dans la nature des sources d'nergie et des modes de consommation. les politiques nergtiques actuelles sont conues pour augmenter la croissance de la consommation d'nergie en mme temps. Pour atteindre cette performance, les entreprises laborer des plans d'action autour d'un nouveau modle de croissance. Aujourd'hui, il existe plusieurs outils de diagnostic, mais les plans ne sont pas toujours viables en termes conomiques. Le but de cet article est de fournir des expriences dans l'application de ces mthodes de gestion de l'nergie dans diverses entreprises. Mots cls : Normes, rglementation, nergies renouvelables

1. Introduction

La ncessit dconomiser lnergie et de lutter contre les missions de gaz effet de serre induit une volution de la nature des sources nergtiques et des modalits de consommation. Les politiques nergtiques actuelles ont pour objectif de ne pas augmenter la consommation nergtique au mme rythme que celui de la croissance conomique.

Pour atteindre cet objectif de performance, les entreprises laborent des plans d'actions autour d'un nouveau modle de croissance.

Aujourd'hui, il existe plusieurs outils de diagnostic mais les plans d'action ne sont pas toujours conomiquement viables. Ainsi, aprs avoir raliser un diagnostic nergtique, les actions qui en dcoulent viseront rduire les consommations nergtiques et intgrer ou augmenter les sources dnergies renouvelables.

De telles actions permettront datteindre un objectif de rduction de 20 % de consommation dnergie tout en amenant 20 % lutilisation dnergie dorigine renouvelable.

30

2. Rsultats et discussions

2.1. Mthodes de diagnostiques nergtiques

Il est noter que le champ concernant la performance nergtique est trs vaste. Les actions mener dans ce cadre sont trs varies et concernent toutes les composantes de l'entreprise. En revanche la dmarche reste identique quelle que soit la problmatique traiter. Cette dmarche est globalement inspire du processus d'une certification qualit par exemple [1,3]. En France, les entreprises souhaitant lancer une dmarche d'conomie d'nergie commencent par sapproprier les obligations normatives en matire dexigences et de recommandations de mise en uvre dun systme de management de lnergie (Norme EN 16001 juillet 2009). Cette norme visant mettre uvre une dmarche mthodique de la gestion de l'nergie en imposant un processus ncessaires pour amliorer leur efficacit nergtique. Ce processus commence par l'laboration d'une politique nergtique et l'tablissement des objectifs assurant le respect des engagements exprims.

Le rle du chef de projet consiste donc mettre en uvre un plan de suivi de l'nergie ainsi que des indicateurs issus des diffrentes analyses nergtiques.

Un responsable ou chef de projet 'Performance Energtique" doit donc, en plus des connaissances scientifiques techniques, avoir les comptences ncessaires la conduite d'un diagnostic et la rdaction d'un plan d'action.

Avant de se lancer dans un plan d'action visant rduire les consommations nergtiques, les entreprises ou les particuliers doivent raliser des diagnostics nergtiques ou environnementaux plus gnralement. Pour cela diffrentes normes mthodes, normes ou labels ont vu le jour dernirement. Une des mthodes les plus utilises en France est le Bilan Carbone qui est un outil de comptabilisation des missions de gaz effet de serre. Cette mthode trs structure, peut tre utilise quelque soit le secteur d'activit. Cependant, le plan d'action faisant suite ce bilan n'est toujours pas trs ralisable cause des contraintes lies l'activit elle mme. En effet, dans le cas de plusieurs entreprises, les GES sont souvent lis au transport de marchandises et qui ne peut pas tre rduit sans rduire l'activit de l'entreprise. La mthode a permis cependant de sensibiliser les salaris aux missions de GES lis leurs propres dplacements, ce qui a induit rcemment l'apparition de plusieurs actions, telles que le

31

covoiturage ou l'utilisation d'autres moyens de transports. Plus gnralement, un responsable de la performance nergtique a pour missions:

Faire merger de nouveaux projets en co technologie en lien avec des entreprises et laboratoires de recherche.

Travailler au quotidien avec les entreprises impactes par le plan climat de la collectivit pour dvelopper leurs activits dans les co technologies; les accompagner et les conseiller.

Assurer une veille sur les volutions technologiques: nouveaux matriaux, produits, quipements disponibles.

Identifier les nouvelles normes de scurit ou contraintes rglementaires.

Rdiger les spcifications standard de fonctionnement des quipements et les adapter en fonction des volutions constates.

Commenter les plans de larchitecte en proposant des solutions conomes en nergie.

Aider la rdaction du cahier des charges du projet en intgrant les contraintes de consommation dnergie.

Participer la prparation du dossier auprs des certificateurs pour obtenir les labels correspondant au niveau de performance vise.

Conseiller les entreprises sur leur plan dconomie dnergie en lien avec leur stratgie nergtique (dans le cadre dun bilan carbone par exemple).

Concernant les mthodes de diagnostic, le secteur du btiment reste le plus avanc. En effet, diffrentes tudes ont montr que ce secteur a un fort impact sur les consommations nergtiques et sur les rejets GES. Les actions mener en faveur de la gestion de la performance nergtique concernent non seulement la construction mais galement la rnovation des btiments.

Plusieurs appellations ont donc vu le jour pendant ces dernires annes, tels que les btiments BBC "Btiment Basse consommation", Btiment passif ou nergie positive, btiment HQE "Haute Qualit Environnementale" etc. Chaque mthode dfinit des cibles ou objectifs atteindre qui ne se limitent pas rduire les consommations nergiques, mais qui visent le confort des utilisateurs. Par exemple la dmarche HQE est compose de 14 cibles. Cette mthode a t critique par des tudes ayant montr qu'elle induit une surconsommation de matriaux [4]. Concernant les labels HPE et BBC, ils sont dcerns aux btiments certifis sur la scurit, la durabilit et les conditions d'exploitation des installations de chauffage, de production d'eau

32

chaude sanitaire, de climatisation et d'clairage ou encore sur la qualit globale du btiment. Ces labels permettent de guider les bureaux d'tudes dans les simulations des bilans nergtiques en rgime stationnaire ou dynamique et de valider les choix lors de la conception. L'objectif tant de concevoir des btiments rpondant aux exigences de la rglementation thermique dont la dernire version est RT 2012. La dmarche suivre dans le cas de la construction par exemple peut tre structure comme suivant: Elaborer les meilleures solutions techniques au sujet de la conception du bti et des installations techniques de plomberie, chauffage et ventilation. Etudier les solutions choisies et leurs influences sur les diffrentes installations, et les intgrer dans le btiment et son environnement. Dfinir le futur comportement du btiment en intgrant les solutions choisies laide dun outil de simulation thermique dynamique, pour atteindre un niveau nergtique BBC tout en respectant les contraintes budgtaires du projet.

2.2. Intgration des nergies renouvelables et contraintes de la commande

Il est important de noter qu'un plan d'action en faveur de la performance nergtique est souvent accompagn par des tudes d'intgration d'nergies renouvelables. Ces systmes ont souvent un apport d'nergie trs faible et ont besoin d'tre optimiss par des commandes efficaces. Que se soit, des systmes de conversion solaire ou oliens, ils dpendent normment des conditions climatiques et sont coteux en termes de maintenance et d'exploitation. Nous avons donc concentr nos travaux de recherche sur l'valuation des cots d'exploitation et l'optimisation de leurs fonctionnements en tudiant diffrentes mthodes de rgulation. Que ce soit pour le secteur industriel ou pour les particuliers, le procd qui a montr une bonne efficacit et le plus rentable reste le systme solaire thermique. En effet, c'est un procd simple concevoir et qui ne demande pas normment de maintenance. Dans l'article [5], nous avons ralis un bilan nergtique de ce procd et nous avons montr qu'il peut s'crire sous forme d'une reprsentation d'tat linaire. Le dtail de cette modlisation et sa validation a t prsent dans la rfrence [6].

33

Les diffrents travaux que nous avons mens montre que la dynamique du systme est suffisamment lente pour prdire les tendances des tempratures des deux fluides et ainsi d'valuer l'incidence des diffrents paramtres pouvant influencer l'efficacit du systme. Pour cette mme raison, nous pouvons considrer que les coefficients d'change ainsi que les paramtres physiques sont constants, ce qui permet d'avoir une reprsentation d'tat linaire et donc d'utiliser les outils de la commande pour les systmes linaires. Cependant, les diffrentes tudes ralises partir de ce modle ont montr que le systme comporte un temps de retard relatifs aux temps de sjour des fluides, dans le capteur et entre celui-ci et le rservoir de stockage. Ce temps de retard implique de forte contrainte sur le choix de la mthode de commande. En effet, ce temps de retard peut tre suprieur la dynamique du systme, ce qui rend inapplicable les mthodes du type PID par exemple. Notons galement que l'valuation du nombre de Reynolds pour le fluide caloporteur montre que les transferts sont en rgime laminaire, ce qui rend la modlisation diffrentielle trs complexe dans le capteur solaire ainsi que dans l'changeur de chaleur situ dans le ballon d'eau chaude. En outre les tudes concernant l'optimisation de ces systmes en rgime transitoire ne concernent pas seulement le choix des matriaux et des fluides caloporteurs lors de la conception mais touchent galement la matrise du contrle de ces transferts thermiques. En synthse, les recherches sur la commande de ces systmes sont soumises plusieurs contraintes. La premire est lie l'inertie du systme et au temps de retard que comportent les tempratures. Ce temps de retard correspond au temps de sjour du fluide caloporteur entre le capteur solaire et le ballon de stockage. L'autre contrainte est d'ordre technologique. En, effet, la mise en place d'un systme de commande doit tre ralise sans ajouts importants en termes d'nergie lectrique. Ce paramtre est important d'autant plus que le rendement de l'installation en dpend ce qui ouvre un autre champ d'investigation concernant l'utilisation du principe photovoltaque pour alimenter les organes de commande et de mesure.

Concernant les systmes photovoltaques, nous avons ralis un bac d'essai pour tester diffrentes mthodes de commande [7-8]. Dans un premier temps nous avons analys et conu un circuit analogique de dtection des dysfonctionnements et de convergence vers les conditions optimales. Afin d'amliorer la performance dus systme, nous avons galement muni les panneaux d'un systme de rgulation bas sur la commande MPPT Maximum Power Point Tracking qui permet de chercher le point de fonctionnement optimal du module

34

photovoltaque dans les conditions mtorologiques et de la charge stables.

Les rsultats obtenus montrent que le circuit de dtection amliore le fonctionnement de la commande MPPT et en consquence les performances des modules photovoltaques. Lors dune divergence du systme, le circuit dtecte le dysfonctionnement du systme, puis le fait converger vers le point de puissance maximale de la charge sans redmarrer le systme global. Actuellement nous menons des recherches pour trouver des solutions pour compenser la perte du rendement cause de l'augmentation des tempratures des panneaux. Une alternative consiste coupler les deux systmes PV/T. 3. Conclusion Les enjeux et exigences environnementales prennent une place trs importante dans non seulement dans les volutions technologiques et dans la conception des procds nergtiques mais galement dans la matrise de l'nergie. Les responsables performance nergtique sont amens sapproprier les obligations normatives en matire dexigences et de recommandations de mise en uvre dun systme de management de lnergie. Ils sont amens conduire des diagnostics rdiger des plans d'actions et les mettre en uvre pour tre conformes la rglementation. Dans cet article nous nous sommes intresss aux systmes de management de la performance nergtiques et aux contraintes lies l'intgration des nergies renouvelables, notamment les commandes des systmes photovoltaque et solaire thermique. BIBLIOGRAPHIE [1] ADEME, Rglementation thermique des btiments neufs - 5 guides, 2008. [2] AFNOR, Performance et diagnostic nergtiques dans l'industrie, 2009 [3] AFNOR, Systmes de management de l'nergie: Exigences et recommandation de mise en uvre, NF EN 16001, 2009. [4] H.Q.E, rdit en 2009 sous le nom HQE: les renards du temple, Selon Rudy Ricciotti, 2009. [5] F. Bagui, H. Chafouk, Etude transitoire du systme solaire thermique. Revue des Energies Renouvelables, CER07 Oujda, pp. 99 102, 2007. [6] S. Khalfallaoui, D. Seguin, F. Bagui, M.A. Abdelghani-Idrissi, Comportement dynamique dun systme solaire thermique (11-me CNRIUT, Rouen 5 et 6 juin, 2005.

35

36

[7] M. El Ouariachi, T. Mrabti, B. Tidhaf, Ka. Kassmi, F. Bagui, K. Kassmi, Regulation of electric power provided by photovoltaic panels systems, Multimedia Computing and Systems. ICMCS '09. Page(s):454 459, 2009. [8] T. Mrabti1, M. El Ouariachi1, K. Kassmi1, F. Olivi, F. Bagui. Amlioration du fonctionnement des systmes photovoltaques suite aux brusques variations des conditions mtorologiques et de la charge, Revue des Energies Renouvelables Vol. 11 N1, pp. 107 117, 2008.

Prof. Dr. Farid BAGUI Laboratoire IRISE, Ecole d'ingnieurs CESI, centre de Rouen

e-mail: fbagui@cesi.fr Ing. Horia-erban SCURTU PRIBOEANU

Laboratoire IRISE, Ecole d'ingnieurs CESI, centre de Rouen e-mail: horia.scurtu@wanadoo.fr

Prof. Gilles BIAGETTI Laboratoire IRISE, Ecole d'ingnieurs CESI, centre de Rouen

e-mail: gbiagetti@cesi.fr

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OUTIL DE DECISION D'IMPLANTATION DUNE CENTRALE PHOTOVOLTAQUE AU SOL

Rgis VIAUD, Blahcne MAZARI, Khalil KASSMI, Farid BAGUI

INSTRUMENT DE DECIZIE PENTRU IMPLANTAREA UNEI CENTRALE FOTOVOLTAICE PE SOL

Obiectul acestui studiu este de a evalua influena adugrii de trackere solare la consolidarea sistemelor fotovoltaice. Studiile teoretice arat c trackerul poate crete performana unei flote cu aproximativ 30 la 40 %. Cu toate acestea, aceast tehnologie duce la alte constrngeri, cum ar fi creterea n spaiului la sol. O alternativ este de a compensa aceast pierdere prin adugarea unui sistem de variaie sezonier a nclinrii. Acesta poate avea o pant diferit, de var i de iarn, pentru a maximiza producia i a permite o cretere de la 5 la 10 % a produciei. Cuvinte cheie: fotovoltaic, concepie, dimensionare, centrale la sol

DECISIONNEL TOOL FOR ONSHORE SOLAR POWER PLANT

The subject of this study is to assess the influence of the addition of solar trackers in the enhancement of photovoltaic systems. Theoretical studies show that tracker can increase the performance of a fleet of about 30 to 40 %. However, this technology leads to other constraints such as the increase in floor space. An alternative is to compensate this loss by adding a system of seasonal variation of inclination. This, can have a different slope in summer and winter to maximize production and allow an increase of 5 to 10 % of production. Keywords: photovoltaic, design, sizing, ground stations Mots cls: Photovoltaque, conception, dimensionnement, centrale au sol

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1. Introduction

Aujourdhui les centrales photovoltaques au sol doivent tre conues de faons optimiser la production tout en limitant au maximum le cot des composants, de linstallation et de la maintenance. Il faut galement que la centrale impacte au minimum lcosystme dans lequel elle est installe et cela durant toute sa dure de vie. Cette priode comprend linstallation, les 20 annes de production et le dmantlement. Ainsi la conception d'une centrale, qui est le cur de notre tude, est la base sur la faisabilit financire du projet et l'amlioration de sa performance nergtique. Le domaine du solaire photovoltaque tant en fort dveloppement depuis quelques annes il existe de nombreuses technologies, notamment pour les panneaux ou pour les structures dintgration. Chaque technologie prsente des avantages et des faiblesses en fonction de diffrents lments tels que lensoleillement du site, ses caractristiques gologiques. Dans le cas des appels projet, les bureaux d'tudes sont gnralement confronts aux problmatiques lis aux choix technologiques en fonction des implantations. Ces interrogations reprsentent l'objet de nos recherches avec l'objectif de pouvoir proposer la solution technique la plus adapte et la plus performante tout en optimisant les retours sur investissement. Dans cet article, nous prsenterons les diffrentes technologies de panneaux (Mono et Poly cristallins, couches minces CdTe, couches minces CIGS), les diffrentes structures de montages possibles (fixes ou avec suiveur), les onduleurs utiliss (dcentraliss ou non) ainsi que tout les autres lments ncessaires la ralisation dune centrale solaire au sol. Une analyse comparative sera prsente. Ce travail servira comme outil de dcision pour ingnieurs charg de la conception dune centrale au sol. Il permettra de donner les indicateurs et les paramtres ncessaires au dimensionnement d'une centrale solaire photovoltaque de grande puissance. 2. Rsultats et discussions

Une centrale photovoltaque au sol d'une puissance de 1MW

prsente en pratique une emprise au sol de 2 A 3 hectares, compte tenu des espaces sparant les panneaux et des diffrentes voies, aires et structures techniques associes a l'installation. L'optimisation de cette technologie par la recherche de nouveaux procds photovoltaques fait toujours l'objet de plusieurs recherches. Il existe

39

plusieurs technologies pour conception des panneaux PV comme le montre la Figure 1.

Figure 1 Les diffrentes technologies PV

La mthode de production base sur les wafers de silicium est

trs nergtivore et donc trs chre. Elle ncessite par ailleurs un silicium d'une grande puret. On diffrencie galement les cellules base de silicium monocristallin et poly cristallin. Ces dernires ont un rendement infrieur par rapport aux premires, mais ont un cot de fabrication moins lev. La technologie la plus utilise de nos jours, le silicium cristallin, a une part de marche de lordre de 90 %. Elle permet datteindre des rendements de 12 18 %. Dans la filire des couches minces, deux options se dtachent nettement depuis quelques annes par leurs performances et leur simplicit de mise en uvre : la filire CdTe et la filire CIS-CIGS (CulnGaSe2). La production de ce type de cellules est moins coteux que la premire gnration puisqu'elle consomme moins de matriau semi-conducteur et ne ncessite pas de passer par l'tape de transformation du silicium en "wafers". Le problme des cellules de seconde gnration est le rendement moindre de ce type de cellules (6-7 % et 14 % en labo) et la toxicit de certains lments (cadmium) pour leur fabrication. Cependant, cette seconde gnration a beaucoup d'avantages comme les applications en modules flexibles, avec de faibles illuminations ou avec des tempratures leves. Le diselenium de cuivre Indium (CIS) qui est au stade de la production industrielle et offre un rendement de 10 12 % pour ses modules commerciaux ne prsente pas les problmes de toxicit du cadmium. Les rductions de cout attendues moyen terme pour cette technologie sont donc trs prometteuses.

Du fait des degrs defficacit distincts entre la technologie cristalline et la technique couches minces, il faut une surface un peu plus grande pour la mme puissance, lors de l'installation de panneaux couches minces. Mais cela na de pertinence pour les exploitants et les investisseurs que si on dispose d'une surface limite et/ou si la

40

surface est facteur de cots. Sur un kilowatt PIC calcul, les cots d'investissement des panneaux couches minces sont comparativement plus faibles. De plus la technologie des couches est moins sensible lombrage et aux variations de temprature, tout en ayant moins de perte de production temprature que la technologie cristalline.

Dans le cadre de l'amlioration des performances des systmes PV plusieurs alternatives peuvent tres envisages. Des recherches ont t menes par l'quipe LEPAS [1, 2] pour amliorer la rgulation du systme en utilisant par exemple la MPPT. D'autres mthodes consistent coupler des panneaux PV avec d'autres technologies de conversion d'nergie renouvelables [3-5]. Dans le cadre de cette tude nous avons ralis des simulations pour valuer l'impact des mthodes de poursuite. Une tude rcente a t publie pour proposer un algorithme de poursuite [6]. Cette algorithme permet de d'optimiser l'angle d'incidence et montrer une augmentation des performances de la centrale PV. Pour utiliser ces techniques de poursuite On utilise principalement deux types dancrage : Sur plots en bton, soit en surface, ou enfouis dans le sol Soit sur pieux frapps ou vis spcifiques, adaptes aux types de sol

et dfinies suite ltude gotechnique. Il faut en gnral compter un taux dimpermabilisation

infrieur 5 % de la surface totale dune installation photovoltaque. Dans le cas dune fondation sur pieux, le taux dimpermabilisation est infrieur 2 % et est dtermin presque exclusivement par la surface au sol du btiment dexploitation. Dans le cas dune fondation flottante (en bton), le taux dimpermabilisation (btiment dexploitation compris) est infrieur 5 %. Un autre avantage des vis ou pieux est le dmontage, rapide et facile au bout des vingt ans. Ce qui permet de recycler la matire mais galement de laisser le terrain intact. Concernant les fixations, ils existent deux grands types de structures permettant le montage des panneaux solaires, fixes ou avec Trackers. Les structures fixes ncessitent le moins de maintenance en raison de labsence de moteurs et de dispositifs pivotants. Les panneaux quips de Trackers ont lavantage de permettre une orientation optimale permanente. Les diffrentes tudes menes ont montr que le systme de Trackers permet daugmenter considrablement le rendement de l'installation. Cependant, les cots d'investissement et de maintenance sont nettement plus levs, et les contraintes dloignements plus importantes entre les appareils ne permettent pas une production plus consquente surface demprise du parc gale. Cette emprise au sol

41

est d'environ 5 ha pour 1 MW en Trackers contre 3 ha en installations fixes. Afin d'valuer l'impact des Trackers sur la performance du systme, nous avons ralis une tude comparative en utilisant l'outil PVSYST. Les caractristiques des panneaux sont donnes dans le Tableau 1.

Tableau 1 : Caractristiques du champ de capteurs

Pour les panneaux en structure fixe, l'inclinaison est de 30.

Pour la structure avec suiveur, l'inclinaison varie entre 10 et 80. De mme que l'azimut peut varier entre -80 et 80. Afin d'valuer les pertes les paramtres suivants ont t utiliss:

Tableau 2 : Facteurs de perte du champ PV

Les deux simulations, dont les rsultats ont t prsents sur

les graphiques 2 et 3, ont t ralises dans les mmes conditions et pour le mme site gographique. Les graphiques montrent l'nergie utile produite par chaque installation ainsi que les pertes.

Tableau 3: Comparaison entre centrale avec panneaux fixes et avec Tracker.

Nous constatons que pour un champ fixe la puissance injecte dans le rseau sur une anne avoisine 20 MWh ce qui reprsente environ 7 MWh de diffrence par rapport un systme muni de Trackers.

En effet, cette diffrence est lie aux flux solaire effectif captur par les capteurs comme le montre les figures 4 et 5 qui reprsentent les diagrammes de pertes.

42

Figure 2 Production normalise par kWp installe, puissance

nominale 14 kWc pour une installation avec double Tracker

Figure 3 Production normalise par kWp installe, puissance

nominale 14 kWc, pour une installation plan fixe Tableau 3

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Plan fixe 1556 14.8 1770 1715 20684 20174 11.7 11.4 Trackers 1556 14.8 2421 2391 28554 27908 11.8 11.5

43

Figure 4 Diagramme des pertes sue une anne entire, installation double Tracker

Figure 5 Diagramme des pertes sue une anne entire, installation fixe

Ces simulations confirment que le rendement des installations photovoltaques peut tre amlior considrablement, 38 % dans le cadre de cette tude. Les pertes lies l'installation sont comparables pour les deux systmes. Il demeure plusieurs contraintes freinant l'augmentation de la performance de ces procds d'nergies renouvelables telles que l'effet de la temprature. Cependant, une centrale dune puissance 4.2 MW, peut tre ralise partir de panneaux de 225W sur seulement 3 Ha du terrain qui en comporte 9 et permet d'viter le rejet de 2800 t de CO2 par an. 3. Conclusion Cette tude a montr que l'ajout de suiveurs Tracker peut augmenter le rendement d'un parc d'environ 30 40 %. Cependant cette technologie induit d'autres contraintes telles que l'augmentation de la surface au sol. Une alternative consiste compenser cette perte par lajout dun systme de variation dinclinaison saisonnier. Ce systme, manuel ou non, permet davoir une inclinaison diffrente lt et lhiver afin de maximiser la production et permettre une augmentation de 5 10 % de l