A quoi sert un système d'engrenages réducteurs ?

Quand on soulève une charge, il sert à réduire l'effort (palan), mais dans l'espace-temps, au total, l'effort reste le même. Pour un véhicule automobile, il permet à un moteur qui a une puissance fixe de pouvoir faire un effort beaucoup plus grand, en première par exemple, pour gravir une forte côte, la vitesse du véhicule étant fortement diminuée.

Dans le cas des Stations de Transfert d'Energie (STE), c'est la vitesse qui est recherchée en premier. Pour le système d'engrenages réducteur des STE, il faut imaginer un véhicule qui devrait constamment pousser une charge horizontalement. Cette charge, c'est le travail du piston d'une pompe, dont la surface est de 10 490 cm2. Comme ce piston envoie de l'air qui va être comprimé à 2 bars, la charge à pousser est de 10 490 kg ou 102 907 Newtons (1 bar = 1 kg au cm2). 1 Watt étant égal à Newton sur 1 mètre en une seconde et le déplacement du piston étant de 8,33 m/sec. (soit 30 km/h), la puissance nécessaire pour faire avancer ce piston est de

102 907 x 8,33 = 857,214 KW.

C'est un éolienne à axe vertical (statoéolienne de Mr Gual) qui entraîne le piston, cette éolienne étant elle-même entraînée par un moteur électrique (le vent ne joue aucun rôle). Le pignon du moteur électrique a une circonférence de 50 cm et il tourne à la vitesse de 1000 tours/min., ce qui fait en 1 heure : 1000 x 0,5 x 60 = 30 000 m/h soit 30 km/h. La statoéolienne a une circonférence de 1 500 cm, ce qui fait un rapport d'engrenage de 1 500 : 50 = 30. Les engrenages entre l'éolienne et le piston ont une circonférence de 750 cm ; pour connaître un rapport d'engrenage, on prend toujours le rapport entre le premier et le dernier, les engrenages intermédiaires ne jouent aucun rôle. Le rapport final de réduction est de 750 : 50 = 15. En raison des forces de frottements et de l'inertie due au poids des pistons, j'estime ce rapport à 14. La puissance nécessaire au moteur électrique sera : 857,214 : 14 = 61,23 KW.

Pourquoi une vitesse de 30 km/h n'est-elle pas atteignable sur un véhicule automobile avec de tels rapports de boîte ? Certains camions de chantiers vont jusqu'à un rapport de boîte de 12 mais la vitesse alors n'atteint pas les 10 km/h. La raison est simple, les pignons de boîte et le volant moteur d'un camion ne peuvent atteindre de telles circonférences.

Mais l'éolienne à quoi sert-elle ? Le bâtiment où se trouve les pompes, est conçu de telle façon que tout l'air absorbé par les pompes traverse l'éolienne et (par des calculs de surface d'entrée d'air) la vitesse du vent ainsi créé et qui traverse l'éolienne, est la même que celle du déplacement du piston, soit 30 km/h. Il en résulte une augmentation du couple de l'éolienne et donc une diminution de la puissance nécessaire au moteur.

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