Mesure de la pression dans une microturbine à gaz polycarburant
Contrairement aux véhicules électriques conventionnels qui dépendent uniquement de batteries, le concept développé par l'équipe produit de l'énergie électrique en brûlant des carburants durables dans une chambre de combustion spécialement conçue. Les gaz chauds ainsi générés entraînent une turbine qui alimente un générateur, créant ainsi une source d'énergie compacte agissant comme prolongateur d'autonomie et capable de fonctionner avec plusieurs carburants renouvelables.
Mesure de pression à haute température pour une production d'énergie durable
Pour valider les performances de ce système, il était essentiel de réaliser des mesures de pression précises à des températures élevées. Althen Sensors & Controls a fourni des capteurs de pression haute température équipés d'isolateurs thermiques, permettant d'effectuer des mesures de pression fiables dans des zones où les capteurs de pression conventionnels ne pouvaient pas être utilisés en toute sécurité.
Produire de l'électricité à partir de carburants durables
Eco-Runner Team Delft est l'une des célèbres Dream Teams de l'Université de technologie de Delft (TU Delft). Elle est composée d'étudiants issus de plusieurs disciplines de l'ingénierie. Chaque équipe consacre une année universitaire à la conception, au développement et à la validation d'un nouveau concept de mobilité durable.
L'équipe XVI s'est fixé l'objectif ambitieux de démontrer une microturbine à gaz polycarburant capable de produire efficacement de l'électricité à partir de carburants durables. Pour atteindre cet objectif, elle a conçu et développé une toute nouvelle chambre de combustion ainsi qu'un nouveau système de turbine capables de résister à des conditions de fonctionnement extrêmement exigeantes.
Comprendre le comportement de la pression
Au cours du développement, il est devenu essentiel de comprendre le comportement de la pression dans l'ensemble du système. Les capteurs de pression standards ne sont généralement pas adaptés à une installation directe à proximité de procédés de combustion à haute température. Le projet nécessitait donc des capteurs capables de mesurer la pression avec précision tout en étant protégés des contraintes thermiques extrêmes. Le capteur de pression d'Althen, équipé d'un isolateur thermique intégré, a fourni la solution idéale.
Défi et exigences de mesure
L'équipe de développement avait besoin de mesures de pression précises afin de déterminer:
- le rapport de compression du compresseur ;
- la perte de pression à travers la turbine ;
- le rendement de la combustion ;
- les performances globales du système ;
- l'optimisation du rapport air-carburant ;
- la validation des modèles de simulation.
Associées aux mesures de température et de débit massique, les données de pression ont permis aux ingénieurs d'analyser le rendement thermodynamique et de comparer les résultats obtenus en conditions réelles avec leurs calculs de conception.
Les données de mesure recueillies ont également constitué une base essentielle pour les futures améliorations de la chambre de combustion et de la microturbine à gaz polycarburant.
Capteurs de pression haute température
Althen a fourni deux capteurs de pression haute température AHI2200, chacun associé à un isolateur thermique.
L'AHI2200 est basé sur la technologie de capteur Silicon-on-Sapphire sensor technology et est conçu pour réaliser des mesures de pression précises dans des environnements à haute température particulièrement exigeants. Le capteur offre une précision de 0,1 % et peut fonctionner à des températures ambiantes et de fluide allant jusqu'à 200 °C.
Les isolateurs thermiques ont assuré une protection supplémentaire entre le circuit de gaz chauds et les capteurs de pression. Ils ont ainsi permis d'installer les capteurs à proximité du processus de combustion tout en limitant leur exposition directe aux températures les plus élevées.
Les deux capteurs ont été utilisés pour mesurer la pression à deux emplacements distincts de la microturbine à gaz :
- en aval de la chambre de combustion ;
- directement en aval de la turbine.
En comparant les mesures effectuées à ces emplacements avec celles relevées à d'autres points du système, l'équipe a pu déterminer le rapport de compression du compresseur ainsi que la perte de pression à travers la turbine.
Mise en œuvre
Les capteurs ont été intégrés au banc d'essai de la microturbine à gaz au cours du développement du système.
Les mesures de pression ont été combinées en continu avec les données de température et de débit massique afin d'évaluer :
- les performances du compresseur ;
- le rendement de la turbine ;
- les performances de la combustion ;
- le comportement global du système.
Tout au long du processus de développement, les valeurs mesurées ont été comparées aux simulations et aux calculs d'ingénierie. Cette approche a permis à l'équipe de vérifier les performances de la conception de sa chambre de combustion et de valider le comportement du système dans des conditions réelles.
Mesures de pression stables et fiables
Les capteurs de pression ont fonctionné exactement comme prévu tout au long du programme d'essais. Malgré des conditions de fonctionnement particulièrement exigeantes et des températures élevées, ils ont fourni des mesures de pression stables et fiables, en étroite corrélation avec les résultats prédits par les modèles de simulation. Grâce aux données recueillies, l'Eco-Runner Team Delft a pu valider avec succès les performances de sa chambre de combustion et confirmer que le système se comportait conformément aux objectifs de conception.
Les mesures de pression validées ont constitué une étape essentielle dans le développement de la microturbine à gaz. Elles ont permis à l'équipe de confirmer le bon fonctionnement de son système de combustion polycarburant et de démontrer avec succès sa capacité à produire de l'électricité à partir de carburants durables.
"Travailler avec Althen a été une expérience rapide, simple et extrêmement professionnelle. Dès le premier contact, leurs ingénieurs ont pris le temps de comprendre notre défi de mesure et nous ont rapidement proposé une solution adaptée. Tout au long du projet, la communication a été claire, efficace et pragmatique. Leur volonté de rechercher la meilleure solution technique, plutôt que de se limiter à des solutions standard, a rendu cette collaboration particulièrement précieuse pour notre équipe."
La contribution d'Althen
En fournissant des capteurs de pression haute température équipés d'un système d'isolation thermique, Althen Sensors & Controls a rendu possibles des mesures de pression précises dans l'une des parties les plus exigeantes de la microturbine à gaz.
La combinaison d'une technologie de capteurs adaptée, d'une expertise en ingénierie et d'une solide connaissance des applications a permis à l'Eco-Runner Team Delft d'obtenir les données de mesure nécessaires pour valider son concept innovant de production d'électricité à partir d'un système de combustion
