Machine à vapeur

[invite80ce1dba]

Bonjour,

C'est lors de la révolution industrielle que les première machine à vapeur firent leur parution. J'ai étudier leur principe, et j'aurais quelques questions à vous poser.

Premièrement, j'ai remarqué qu'on pouvait optimiser ce fonctionnement beaucoup plus. J'ai donc penser, pourquoi utiliser de l'eau pour alimenter la machine aulieu d'un alcool? L'eau possède un chaleur massique thermique élevée ( env. 4,19 ) alors que certains type d'alcool sont beaucoup plus bas, de l'ordre de 1,0 et moins.
Bien sûr les vapeurs de cet alcool pourrait potentiellement être toxique, mais si récupéré, en ne tenant compte que du fonctionnement du système, est-ce que mon idée optimiserais de beaucoup l'économie d'énergie?


Cordialement
-----

[f6bes]

Bjr i pollux
Simple question: comment produis tu l'ALCCOL ??
Combien te COUTE sa production ?

Comment produits tu l'eau ?
Cout de l'eau ?

Tu as ta réponse !!!!!!!
Bonne journée

[polo974]

... L'eau possède un chaleur massique thermique élevée ( env. 4,19 ) alors que certains type d'alcool sont beaucoup plus bas, de l'ordre de 1,0 et moins.
...

En fait, la chaleur massique de l'eau (liquide), on s'en moque un peu si on condense la vapeur pour la réinjecter dans la chaudière.
Bien sûr, si on relâche la vapeur après son travail, sans récupérer sa chaleur et qu'on prend de l'eau froide pour reremplir la chaudière, c'est pas top...

lire tous les post de chatelot16 sur le sujet (en techno et ailleurs).

L'usage de l'alcool ou d'une autre vapeur, permet de jouer sur les couples pression/température de vaporisation et surtout condensation.
(Il n'y a qu'à voir tous les gaz utilisés en climatique.)

[chatelot16]

la chaleur massique n'est pas un probleme

l'enorme chaleur de vaporisation n'est pas un inconvienient mais une qualité : c'est parceque la chaleur de vaporisation est grande qu'une petite quantité d'eau fait un grand volume de vapeur : grace a cela la pompe qui fait rentrer l'eau dans la chaudiere consomme une puissance tres faible

tout les autre fluide ont des chaleurs de vaporisation et des rapport entre volume de liquide et volume de vapeur moins grand

on a de la chance c'est l'eau le moins cher

pour bien profiter des basses temperature du cycle , le chloroforme et d'autre saloperie ont été essayé sans succes car la vapeur d'eau a tres basse pression descend a une temperature assez basse

c'est vers les hautes temperature que l'on pourrais faire mieux que l'eau : le mercure a donné des bon resultat mais gare a la polution : pas d'application pratique

certain pensent au souffre qui donne des pression raisonable jusqu'a 700°C

[A voir en vidéo sur Futura]

[mbochud]

Bonjour,


« c'est parce que la chaleur de vaporisation est grande qu'une petite quantité d'eau fait un grand volume de vapeur »
Non ,la chaleur de vaporisation d’un produit n’a pas de rapport direct avec le volume de vapeur. Une mole d’eau ou d’autre chose une fois vaporisé occupe le même volume (à TPN).

« grace a cela la pompe qui fait rentrer l'eau dans la chaudiere consomme une puissance tres faible »
C’est vrai que cette pompe consomme une puissance très faible, mais ce n’est pas « grâce à cela »


« c'est vers les hautes temperature que l'on pourrais faire mieux que l'eau : le mercure a donné des bon resultat mais gare a la polution : pas d'application pratique

certain pensent au souffre qui donne des pression raisonable jusqu'a 700°C
de la sphère et les épaisseurs de verre. »
Effectivement l’efficacité théorique maximum d’une machine thermique est : (T_chaud –T_froid)/ T_chaud
Donc il faut chercher à avoir le plus grand écart de température entre la source chaude et source froide et cela n’est pas sans difficultés techniques de résistance des matériaux.

[polo974]

Bonjour,


« c'est parce que la chaleur de vaporisation est grande qu'une petite quantité d'eau fait un grand volume de vapeur »
Non ,la chaleur de vaporisation d’un produit n’a pas de rapport direct avec le volume de vapeur. Une mole d’eau ou d’autre chose une fois vaporisé occupe le même volume (à TPN).

« grace a cela la pompe qui fait rentrer l'eau dans la chaudiere consomme une puissance tres faible »
C’est vrai que cette pompe consomme une puissance très faible, mais ce n’est pas « grâce à cela »

...

C'est du coté liquide qu'il faut voir (puisque coté gaz, c'est pareil)...
n dans un cm³ d'eau liquide comparé à n dans un cm³ d'alcool liquide...

[chatelot16]

j'ai dans la tete des expliquation un peu pifometrique mais pas si farfelue que ca

la vapeur dans une machine a vapeur n'est pas aux condition TPN

par example plus on augmente la pression dans la chaudiere pour augmenter la temperature , plus le volume de vapeur fait par un litre d'eau diminue , et en meme temps la chaleur de vaporisation diminue : c'est pour cela que je trouve que c'est lié : a l'extreme quand on ateind la temperatue critique la chaleur de vaporisation est nulle et la difference de volume est nulle aussi

[chatelot16]

le changement de volume est forcement lié a la chaleur de vaporisation

une augmentation de volume a pression constante est bien une production d'energie mecanique : pour qu'il y ai conservation de l'energie il faut bien que cela corresponde a la chaleur de vaporisation

[polo974]

Et comme l'énergie primaire est la chaleur, autant l'utiliser plutôt que de bouffer l'énergie mécanique obtenue au prix d'un rendement mécanique...

[invitea01d101a]

Bonjour,

...hemhem, sans avoir consulté de notes historiques à ce sujet... l'alcool, c'est un peu trop "explosif" je crois...

Z'avez jamais essayé d'allumer un caquelon (service à fondu) à l'alcool à brûler ??? c'est assez donageureux je trouve, avec quelques centilitres d'alcool ! Personnellement, même en regardant les caractéristiques de l'alcool (bien que je sois d'accord avec les posts des personnes débattant sur le rendement), je pense surtout à la sécurité ! A priori, la plupart d'entre vous n'ont vu que des schémas de tels engins... Au vu de la capacité de stockage du réservoir d'eau, de l'agencement de la chaudière par rapport au châssis (ce que l'on appelle l'ajourage) etc. à la moindre fuite (ce qui devait déjà arriver fréquemment, mais avec de l'eau, c'est gérable), une locomotive = une bombe !

...enfin, ça n'est qu'un avis...

...pour en revenir au coût de l'alcool : beeen... disons que c'est peut-être aussi une raison, mais personnellement, si l'alcool avait des caractéristiques techniques plus intéressantes aux niveaux rendement-sécurité, je pense qu'il serait fort à parier que l'industrie se serait massivement développée afin de produire l'alcool massivement... N'oublions pas qu'à l'époque, c'était la course à l'industrialisation entre les pays Européen notamment faut remettre les choses dans leur contexte !!!

Cordialement,

[mbochud]

C'est du coté liquide qu'il faut voir (puisque coté gaz, c'est pareil)...
n dans un cm³ d'eau liquide comparé à n dans un cm³ d'alcool liquide...

Non , je répète, la chaleur de vaporisation d’un produit n’a pas de rapport direct ni avec sa densité liquide ni avec le volume de vapeur ni avec sa masse molaire.

Comparez les enthalpies de vaporisation et masses volumiques des produits suivants.

enthalpies de vaporisation (kJ/kg) masses volumiques (kg/m3) masse molaire (kg/mole)
Pb 920 11350 0,207
Cu 4650 8920 0,063
éthanol 855 789 0,046
eau 2256 1000 0,018
butane 385 585 0,058

La valeur de l’enthalpie de vaporisation résulte des propriétés des liaisons interatomiques ou intermoléculaires.

[chatelot16]

enthalpies de vaporisation (kJ/kg) masses volumiques (kg/m3) masse molaire (kg/mole)
Pb 920 11350 0,207 54830 59
Cu 4650 8920 0,063 141587 30
éthanol 855 789 0,046 17152 19
eau 2256 1000 0,018 55555 24
butane 385 585 0,058 10086 26

j'ai rajouté le raport masse volumique/ masse molaire : ca semble bien lie a l'enthalpies de vaporisation

la derniere colone (masse volumique / masse molaire) / enthalpie donne des chifre relativement proche malgré les grand ecart entre les donné de depart

pour moi ca confirme que la plus grosse part de la chaleur de vaporisation fait le travail mecanique de la vapeur

cela explique aussi que les chaleur de fusion sont bien plus faible car il n'y a que changement d'etat et pas travail de la vapeur

[mbochud]

la derniere colone (masse volumique / masse molaire) / enthalpie donne des chifre relativement proche malgré les grand ecart entre les donné de depart

pour moi ca confirme que la plus grosse part de la chaleur de vaporisation fait le travail mecanique de la vapeur

Pour l’eau et l’éthanol ça marche assez bien mais pas du tout pour Pb et Cu.

[polo974]

Pour l’eau et l’éthanol ça marche assez bien mais pas du tout pour Pb et Cu.

Quelle est la constitution du plomb et du cuivre à l'état gazeux?
Car sans cela, pas la peine d'en parler...

[Albert13]

Pour ceux que ça inquiète, et en fait pour dire que tout le monde à raison, il faudrait consulter les diagramme de mollier...
On s'aperçoit notemment que la chaleur de vaporisation diminue avec l'augmentation de la pression... et c'est d'ailleurs bien le problème. En fait, mettons qu'il faut X joule pour vaporiser 1Kg d'eau à 130bars, il faudrat evacuer environ 2*X pour le reliquéfier à 0.02 bar. Les données ici ne sont pas très fantaisistes. C'est grosso modo une centrale nucléaire. En fait, là où l'on gagne un peu sur le rendement global, c'est en se servant de la liqéfaction de la vapeur à 0.02bar pour chauffer (un peu) le liquide à 130bar.
Sinon, on ne peut pas gagner beaucoup en restant sur le principe du XIX eme. C'est à dire en utilisant la vapeur directement pour faire tourner les roues. Un élément qui à été utilisé c'est les pistons double effet sinon on était au taquet au début du XXeme. ca montait à 130 Km/h quand même!
Autre chose, preuve que en circuit fermé ça marche plutôt bien avec de l'eau, les gros navires marchands (plus de 100.000 tonnes) reviennent à la propulsion par turbine à vapeur...
Si tu ve changer de fluide travail, il faut te dire que dans une loco, la température basse sera a peu près la tempé exterieure, la haute celle du foyer. Avec ça, tu calculs le rendement de carnot (machine théorique 1-tf/tc en kelvin). Néanmoins, tu pe démontrer (c'est de la thermo et là je l'ai plus la démo...) que le rendement est fixé par les températures (bon ça on pe pas les bouger...) et par le rapport de pression qui doit être le plus grand possible. Là, ça devient interressant. C'est sur ce point que tu pe évoluer. En gros, il faut que tu trouve un élément que l'on connaisse à l'état LIQUIDE et que l'on puisse vaporiser vers 300° sous une pression la plus grande possible. Et là, à part l'eau... autre possibilité, trouver un gaz qui ce liquifie à 30° sous 2 ou 3 bar et qui se vaporise à 300° sous des pressions colossales... Mais attention très colossale. Le rapport de pression dans une centrale nucléaire est de 700! ben ouais quelques mbar coté froid et une bonne centaine coté chaud!
@+ en esperant avoir fait