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Designer un moteur à vapeur

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Message  Yex Lun 13 Déc 2021, 21:47

Bonjour à tous,

Je cherche de l'information technique afin de designer un moteur à vapeur capable de produire environ 500 watts d'énergie électrique.

Voici l'objectif : Convertir de la chaleur d'un poêle en énergie électrique pour recharger des batteries.

La situation : j'ai un chalet dans le nord (vraiment au nord). Ce chalet est 100% hors réseau. Les PV sont à toute fin pratique inutilisable de mi-nov à mi-février parce que le soleil est trop bas et que la couverture nuageuse est intense durant ces mois. L'usage d'un groupe générateur me fait chier au plus haut niveau ! Shocked Comme je chauffe à bois, une grande partie de cette énergie est perdue dans la cheminée. Alors autant la reconvertir en quelques chose d'utile.

Je chauffe exclusivement au bois, alors l'idée m'est venu de fabriquer un moteur à vapeur. Il y aurait un évaporateur, qui sera dans le poêle, un moteur de 3 ou 6 cylindres et un condensateur, (moteur et condensateur) seront sous le chalet ou plutôt dans la cave.

Ce moteur sera raccordé à un alternateur de voiture capable de produire entre 40 et 50A @ 12V (± 500 Watts).

Je suis ingénieur électrique de profession alors les maths ne me font pas peur.

Bon voilà ce que j'ai besoin : les relations mathématiques entre pression et puissance, volume des pistons/cylindres, course des pistons et RPM de l'engin. Tout autre information que vous jugez utile. Est-ce qu'il existe de la documentation sérieuse sur ce sujet ?

Merci d'avance à vous tous.

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Message  Papynano Mar 14 Déc 2021, 09:28

Bonjour
Pour les puristes on ne dit pas moteur à vapeur mais machine car il ne produit pas directement de l'énergie il la transforme.
Pour ton projet il faut un bicylindres double effet ça correspond à quatre cylindres toutes les machines grosses ou petites son basée sur le même principes chaque cylindres étant décalés de 90° ce qui permet de la faire repartir d'elle même sinon il faut la relancer.
Les machines oscillantes sont à évitées pas assez performante pour la cylindrée il faut voir avec des membres plus compétents que moi Bérola et un spécialiste dans ce domaine.Après il faut voir pour la chaudière qui va produire la vapeur mais actuellement il y a des normes à respecter à partir d'un certain volume et il faut maintenir une pression de service constante.Pour nos modèles réduits actuellement j'ai un bicylindre oscillant de 1 cm3 X 4 puisque c'est un double effet il faut bien une pression de service de 2 bars pour un chaudière de 50 cl.Je chauffe au gaz et il faut un bon brûleur pour produire la vapeur. Je pense que ton fourneau devras avoir un bon rendement.
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Message  Yex Mer 15 Déc 2021, 17:20

@Papynano a écrit:Bonjour
Pour les puristes on ne dit pas moteur à vapeur mais machine car il ne produit pas directement de l'énergie il la transforme.

Loin de moi de vouloir partir un débat de sémantique mais les puristes se trompent...
Que ce soit un moteur à combustion interne (essence, gasoil etc.) ou à combustion externe (vapeur, Sterling etc.) il n'y a AUCUNE création d'énergie dans l'un ou l'autre de ces catégories de moteur. Seul de la transformation d'énergie thermique en énergie mécanique à lieu dans les deux cas.

Ce sont tous des "moteurs" (en français moderne) ou des "machines" (en vieux français) ou encore des "engins" (un anglicisme je pense mais je ne suis pas certain).

Voici ce qu'on lit sur https://fr.wikipedia.org/wiki/Machine_%C3%A0_vapeur: "La machine à vapeur est une invention dont les évolutions les plus significatives datent du XVIIIe siècle. C'est un moteur à combustion externe qui transforme l'énergie thermique de la vapeur d'eau (produite par une ou des chaudières) en énergie mécanique..."

Techniquement seul le nucléaire crée de l'énergie (énergie initiale inférieur à énergie finale). Toutes les autres inventions humaines ne font que transformer l'énergie avec perte de rendement...


@Papynano a écrit:Pour ton projet il faut un bicylindres double effet ça correspond à quatre cylindres toutes les machines grosses ou petites son basée sur le même principes chaque cylindres étant décalés de 90° ce qui permet de la faire repartir d'elle même sinon il faut la relancer.

Je trouve ça super intéressant ce piston à double effet. Ça offre un économie substantielle de construction (50% moins de cylindre/piston). Cependant je n'arrive pas à comprendre comment réaliser la pièce qui fait bouger le tiroir. Je fais référence à la pièce qui s'attache au volant (désolé je ne connais pas son nom). Avez-vous plus d'info la-dessus ?

Pour revenir à ma question d'origine, est-ce que vous avez des références pour les équations servant à calculer la production d'énergie de ces "machines" ;-)

Merci,

Yves

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Message  BEROLA Mer 15 Déc 2021, 18:22

Bonjour
Un alternateur de voiture a besoin de tourner vite pour fournir toute sa puissance .
Un moteur ou machine  ( Laughing ) n'a pas un bon rendement en montant en vitesse , (s'il y arrive !)
Donc il faut un moteur tournant pas trop vite pour ne pas avoir trop d'usure (500 / 800 Tr/mn )
Il faudra donc un multiplicateur de vitesse qui va bouffer de la puissance au passage.
Une dynamo avec de nombreux pôles tournant lentement serai plus judicieuse.
Après le calcul mathématique risque de conduire a des désillusions .
Ce n'est que mon avis
@+

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Je ne me lasse pas d'être utile , la nature m'a fait ainsi.   (Léonard de Vinci )    
on ne résoud pas les problèmes avec ceux qui les ont crées . (Enstein)
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Message  Yex Mer 15 Déc 2021, 19:05

@BEROLA a écrit:Bonjour
Un alternateur de voiture a besoin de tourner vite pour fournir toute sa puissance .
Un moteur ou machine  ( Laughing ) n'a pas un bon rendement en montant en vitesse , (s'il y arrive !)
Donc il faut un moteur tournant pas trop vite pour ne pas avoir trop d'usure (500 / 800 Tr/mn )
Il faudra donc un multiplicateur de vitesse qui va bouffer de la puissance au passage.
Une dynamo avec de nombreux pôles tournant lentement serai plus judicieuse.
Après le calcul mathématique risque de conduire a des désillusions .
Ce n'est que mon avis
@+

Bonjour Berola,

Merci de votre réponse. Étant Ingénieur électrique, je suis bien au fait des vitesses des alternateurs de voiture. Il existe cependant des solutions sans engrenage.

Certain alternateur marin sont conçus pour générer de 30 à 40% d'énergie à la vitesse "idle" du moteur. Par exemple, sur mon voilier, mon alternateur de 100 Amp produit entre 25 et 40 Amp (14.6V) à 750 Tr/Mn du moteur. Sa pleine puissance est atteinte lorsque le moteur tourne entre 1200 et 1800 Tr/Mn. Évidement il y a une poulie qui augmente la vitesse de l'alternateur. Dans le cas de cette solution, j'utiliserais le volant comme un engrenage.

Meilleur solution : Les alternateurs utilisés dans les éoliennes sont conçus pour fonctionner à des vitesses inférieures à 1000 Tr/Mn). En fait, la plupart des éoliennes sur le marché tourne entre 300 et 500 Tr/Mn. Juste pour préciser, je possède une entreprise de vente de produit vert (PV, éolienne, onduleur etc.). J'ai accès à ces technologies à peu de frais vu le volume que j'importe. Si je peux construire un moteur (machine) à vapeur générant entre 500 et 600 W de puissance à sa sortie, je serai capable de convertir entre 80 et 90% de cette énergie en électricité sans trop de problème.

Autre solution, j'ai également un desing d'un alternateur planaire, qui lui aussi produit sont maximum à des vitesses basses. Il a été conçu justement pour des éoliennes DIY. Le côté électrique ainsi que le contrôle électronique de la machine ne sera pas un défi pour moi. Je me suis déjà présenté comme un ingénieur électrique. Mais plus précisément, j'ai une spécialité en électronique de puissance et je maîtrise quand même assez bien les micro-processeurs qui seront utilisé pour contrôler le moteur.

@BEROLA a écrit:Une dynamo avec de nombreux pôles tournant lentement serai plus judicieuse.

À mon avis la dynamo est une vielle technologie très dépassée. Juste les brosses sont sources d'ennuis considérable. Les alternateurs à aiment permanent (et dans ce cas-ci à plusieurs pôles) est sans doute la meilleur solution aujourd'hui et c'est ce qui est presque exclusivement utilisé dans les éoliennes de petite puissance en ce moment.

De retour à ma question d'origine, avez-vous des références techniques pour le design du moteur (machine) vapeur. C'est là que sont mes lacunes dans ce projet... Cool
Un moteur qui tournera entre 500 et 800 Tr/Mn sera parfait. Un des objectifs secondaires non mentionné initialement est d'arriver à faire quelques chose de pas trop bruyant. Moins ça tourne vite, moins c'est bruyant.

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Message  TRD Mer 15 Déc 2021, 19:44

@Yex a écrit:
@Papynano a écrit:Bonjour
Pour les puristes on ne dit pas moteur à vapeur mais machine car il ne produit pas directement de l'énergie il la transforme.

Loin de moi de vouloir partir un débat de sémantique mais les puristes se trompent...
Que ce soit un moteur à combustion interne (essence, gasoil etc.) ou à combustion externe (vapeur, Sterling etc.) il n'y a AUCUNE création d'énergie dans l'un ou l'autre de ces catégories de moteur. Seul de la transformation d'énergie thermique en énergie mécanique à lieu dans les deux cas.

Ce sont tous des "moteurs" (en français moderne) ou des "machines" (en vieux français) ou encore des "engins" (un anglicisme je pense mais je ne suis pas certain).

Voici ce qu'on lit sur https://fr.wikipedia.org/wiki/Machine_%C3%A0_vapeur: "La machine à vapeur est une invention dont les évolutions les plus significatives datent du XVIIIe siècle. C'est un moteur à combustion externe qui transforme l'énergie thermique de la vapeur d'eau (produite par une ou des chaudières) en énergie mécanique..."

Techniquement seul le nucléaire crée de l'énergie (énergie initiale inférieur à énergie finale). Toutes les autres inventions humaines ne font que transformer l'énergie avec perte de rendement...


Yves

Presque entierement d'accord. C'etait d'ailleurs l'introduction de la formation que je donnais aux jeunes ingenieurs et techniciens qui devaient devenir motoristes. Quel imbecile, je n'en ai pas gardé une copie...

Dans ce cours, je donnais la definition de "moteur" : qui produit le mouvement.

Mais sur un point (de detail) nos avis divergent.

E =MC2


L'energie, c'est de la matiere.  Dans une centrale, on fabrique de l'énergie, mais c'est en detruisant de la masse.

Si on voulait recuperer cette masse, on serait obligé de restituer de l'energie.

C'est un copain à moi qui l'a dit. Un suisse un peu déjanté qui est allé jusqu'à oser dire que le temps était élastique...

Avec des types pareils, on finirait par croire que la terre n'est pas plate...

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La théorie c'est quand on sait presque tout et que rien ne fonctionne.
La pratique c'est quand tout marche à merveille et que personne ne sait pourquoi.

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Message  BEROLA Mer 15 Déc 2021, 20:07

Avec des types pareils, on finirait par croire que la terre n'est pas plate...

En ce qui me concerne je n'interviendrai plus sur ce fil , vu que tout le monde est ingénieur  et qu'en vapeur je n'y connais rien Designer un moteur à vapeur 276252 Wink Very Happy

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Message  Yex Mer 15 Déc 2021, 20:43

@BEROLA a écrit:Avec des types pareils, on finirait par croire que la terre n'est pas plate...

En ce qui me concerne je n'interviendrai plus sur ce fil , vu que tout le monde est ingénieur  et qu'en vapeur je n'y connais rien    Designer un moteur à vapeur 276252 Wink Very Happy


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Qui a dit que vous ne connaissiez rien en vapeur !?!?! Pas moi en tout cas.

Anyway, les forums français c'est souvent comme ça. On pose une question et on obtient jamais la réponse. Tout le monde semble se fendre le cul en 4 pour diverger la conversation dans un sens ou un autre mais jamais dans le sens de la question d'origine...

Pas étonnant que ça fait plus de cent ans que vous perdez toutes les guerres que vous commencez. J'ai beaucoup de facilité à imaginer les interminables débat dans la salle des généraux Français pendant que les Allemands vous rentrait dedans comme un couteau dans du beurre mou... Shocked J'espère que cette vérité ne vous choc pas trop mais elle est historiquement correct... Cool

Ma question était tellement simple : Avez-vous des références pour designer un moteur (une machine) à vapeur ?

Pas grave, j'irai du côté des Anglais ou mieux Américains. J'aurais préféré discuter en Français et travailler en métrique mais c'est pas grave. Je suis bilingue et connait bien le système Impérial.

Bonne journée à tous et merci quand même.

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Message  Papynano Mer 15 Déc 2021, 22:04

Bonsoir
Quand je dit "puristes" c'est que j'ai lu pas mal de choses ou certains se sont fait reprendre mais personnellement je n'en suis pas un.
J'ai essayé de répondre à votre question en vous mettant des photos et une animation sur le principe du "moteur" à vapeur.
Pour le calcul de la cylindrée je ne suis pas assez qualifié n'étant qu'un modeste modéliste vapeur avec une chaloupe de 60 cms de long et un petit moteur de 1Cm3 bicylindres oscillant. Par contre lors d'un rassemblement entre passionnés j'ai suivi une conversation d'un fabriquant de groupes vapeur qui avait amené un petit train de jardin qui entrainait deux ou trois wagons avec des passagers et il expliquait que pour avoir assez de vapeur et de puissance il n'utilisait pas de brûleur gaz mais du charbon.
La chaudière de sa locomotive devait avoir une contenance de 5 litres maximum le gaz ne produisait donc pas assez de calories malgré le tubes de chauffe.Je ne sait pas la cylindrée de sa loco par contre à ce niveau Bérola en connait plus que moi.

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Message  Yex Mer 15 Déc 2021, 22:45

Bonaoir PapyNano,

J'ai bien aimé justement vos image de bicylindres double effet.

Avez-vous des plans de ce type de moteur ? Comme j'ai écrit dans un autre message, j'ai de la misère à voir comment le tiroir s'attache au volant.

J'ai vu u reportage à la télé il y a une dizaine d'année sur une compagnie de Floride qui fabrique et vendent des moteurs à vapeur de puissance capable de faire avancer des bateaux (genre chaloupe) à vitesse considérable. Il n'y avait pas de chaudière. À la place, une pompe envoyer de l'eau dans un évaporateur à plusieurs niveaux et la vapeur surchauffé était disponible en quelques secondes. La vapeur était ensuite condensé et retourner à l'évaporateur.

C'est ce genre de moteur que je désire fabriquer pour mon application.

Malheureusement, l'enregistreuse sur lequel était conservé ce reportage à rendu l'âme et le disque n'est plus accessible. Je n'ai jamais réussi à retrouver cette compagnie... Mad

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