Conception d'un système électrothermique isolé de protection contre le givre atmosphérique d'une pale d'éolienne

摘要

L'objectif de ce mémoire est d'analyser les résultats de 16 essais de givrage effectués avec des profils NACA63-415 représentatifs d'une pale d'éolienne chauffés auudbord d'attaque à l'aide d'un système électrothermique opéré en mode antigivrage. Trois profils de fibre de verre de 20 cm de corde et de 30 cm de largeur ont été fabriqués, chacun ayant l'élément chauffant isolé différemment. Le premier servant de référence est isolé seulement par 5 mm de fibre de verre. Les deuxième et troisième sont semblables au premier, l'élément chauffant y étant isolé davantage avec 1 mm de polyethylene et 1,2 mm de Téflon. Le quatrième est le profil isolé de polyethylene traité avec une couche de peinture hydrophobe. Le but visé est de réduire via l'utilisation de ces quatre différentes isolations la puissance de chauffage entrant dans le profil et ainsi d'augmenter l'énergie produite par l'eolienne dans des conditions givrantes. Les essais ont comporté deux étapes où les profils fixés à un angle de 6° dans la soufflerie réfrigérée du LIMA sont exposés au vent. La première est effectuée dans l'air sec dont on contrôle la température à l'aide de l'ordinateur jusqu'à ce qu'elle se stabilise aux valeurs cibles de -5 et -15°C. Une fois celles-ci atteintes, on chauffe le bord d'attaque pendant 30 min où la température est maintenue précisément à 41,5°C. La seconde étape est celle où les profils ainsi chauffés sont exposés pendant 20 minutes à un flux de gouttelettes surfondues soufflé à 21 et 33 m/s. Ces conditions sont représentatives de celles observées à la station météorologique de Murdochville (Québec). La chaleur entrant dans les profils est calculé à partir de la résistance thermique de chaque profil et des gradients thermiques mesurés à l'extrados et à l'intrados à deux emplacements. En raison du petit nombre d'essais complétés, un seul essai par condition, et du petit nombre des points de mesures de températures restreints à six, les valeurs des puissances calculées présentent une très grande variabilité; la plus forte de ± 60% dans le cas du profil isolé de Polyethylene; et la plus faible de ± 12% dans le cas de celui isolé avec le Téflon. Pour cette raison la puissance pénétrant dans l'aile a dû êtreudconsidérées d'une façon globale, soit pour chaque profil à partir de la moyenne des valeurs obtenues à l'intrados et à l'extrados dans les quatre conditions simulées. En dépit de ces limitations, la puissance Pint entrant dans le profil en fibre de verre représente en moyenne 42% de la puissance fournie par l'élément chauffant. Avec les profils isolés avec 1,2 mm de polyethylene et de 1,0 mm de téflon, les puissances Pint y entrant diminuent en moyenne à 33% et 25% de la puissance totale de chauffage. Il est possible d'utiliser ces résultats pour déterminer le niveau d'isolation que doit présenter une pale d'éolienne ou d'hélicoptère, et même une aile d'avion, de façon à répartir efficacement la puissance de chauffage. Quant au recouvrement hydrophobe, il semble rendre le dégagement des parties chauffées plus efficace comparativement au même profil non traité exposé aux mêmes conditions de glace.