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Echange thermique, chaudière vapeur



  1. #1
    EUREKA

    Echange thermique, chaudière vapeur


    ------

    Bonjour,

    J ai usine un moteur vapeur oscillant.

    Deux pistons de diam 50 mm à double effets, course de 50 mm prevu pour fonctionner avec une pression de 6 bars, frequence de rotation environ 750 tours mn.

    J aurais aime faire une chaudiere qui prend un minimum de place. Pouvez-vous me conseiller sur la surface de chauffe qu il faut pour assurer un debit suffisant de vapeur.

    Ci joint photo du moteur

    Merci d avance pour vos reponses.

    -----
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  3. #2
    EUREKA

    Question Re : Echange thermique, chaudière vapeur

    Bonjour,

    Pas de reponse a ma question ?

    Je pense que je devrai la formuler autrement. J ai construis une chaudiere avec comme seul echange de chauffe un serpentin de cuivre qui correspond a une longueur totale de 1 m. Le tuyau de cuivre etait de diam 4 mm int. et diam 6 mm ext. mais elle ne montait pas en pression. J ai donc essaye avec un tuyau de diam 12 ext. et diam 10 int. de 2.50 m enroule en serpentin, la elle monte en pression (au-dessus de 6 bars) mais le debit est tres insuffisant pour faire fonctionner mon moteur vapeur. Le probleme vient de la surface de chauffe.
    Quelqu un peut il me dire quel diametre et quel longueur de tuyaux sont necessaires pour arriver au resultat.
    Tant de mains pour transformer ce monde, et si peu de regards pour le contempler ! (GRACQ)

  4. #3
    robur71

    Re : Echange thermique, chaudière vapeur

    Citation Envoyé par EUREKA Voir le message
    ...J aurais aime faire une chaudiere qui prend un minimum de place. Pouvez-vous me conseiller sur la surface de chauffe qu il faut pour assurer un debit suffisant de vapeur.....
    Bonjour,
    La littérature dont je dispose , donne pour les chaudières tubulaires une vaporisation de 10 à 15 kg/ m² /h
    A 7 bars absolus, la masse volumique de la vapeur saturée est d’environ 3.5 kg/m3
    Trés beau moteur...

  5. #4
    chatelot16

    Re : Echange thermique, chaudière vapeur

    il n'y a pas que la surface de chauffe a voir , il y a aussi la puissance du foyer qui chauffe

    quelle est la puissance du foyer : pour le savoir quelle est la consomation de combustible ?

    quel est le debit de vapeur ? pas la peine de le mesurer directement il suffit de mesurer la quantité d'eau evaporer

    autre facon de savoir si c'est un foyer trop faible ou un echange trop faible : temperature de la fumé qui sort de la chaudiere : si la fumé est tres chaude c'est que l'echange thermique est trop faible : si la fumé est a 200 ou 300°c c'est que l'echange est bon et le foyer faible

    attention un simple serpentin ne fait pas une bonne chaudiere : si le debit d'eau et trop faible : l'eau est entierement vaporisé avant la fin du serpentin : la temperature n'est plus limité par la vaporisation et ca surchauffe et explose

    si le debit d'eau est plus fort ca entraine de l'eau dans la vapeur

    il y a eu des chaudiere ressemblant a des serpentin : chaudiere belleville : le serpentin est vertical : les bulle de vapeur font monter l'eau dans le serpentin jusqu'a un reservoir ou l'eau et la vapeur se separent : l'eau redescend vers le bas du serpentin : le serpentin etait un assemblage de tube en fer droit et de coude en fonte

    il y a aussi un type de chaudiere que j'aime bien : chaudiere babcook et wilcox : il y a un gros reservoir en haut pour separer l'eau et la vapeur , et tout un fagot de tubes d'eau incliné en dessous : grace a l'inclinaison des tubes les bulles de vapeur font circuler l'eau , et on peut chauffer tres fort sans risque de surchauffe

  6. #5
    EUREKA

    Re : Echange thermique, chaudière vapeur

    Merci Robur pour ta réponse, mais n etant a la base que tourneur fraiseur et dessinateur industriel, ces notions de physique me sont inconnues.

    Qu est ce que veux dire 10 a 15 kg/m2/h ?
    Tant de mains pour transformer ce monde, et si peu de regards pour le contempler ! (GRACQ)

  7. A voir en vidéo sur Futura
  8. #6
    chatelot16

    Re : Echange thermique, chaudière vapeur

    a l'epoque de la vapeur on mesurait toujours le debit en kg/heure

    donc ce 15 kg/m2/h veut dire qu'un m2 peut vaporiser 15 kg/h

    mais attention ce chiffre n'est pas constant du tout suivant le style de chaudiere et la dimension : il est hasardeux d'appliquer des chiffre des grosse chaudieres a des modeles reduit

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  10. #7
    EUREKA

    Re : Echange thermique, chaudière vapeur

    Merci Chatelot

    J ai compris l ensemble de tes explications mais concretement je ne vois toujours pas comment faire pour construire une chaudiere adaptee a ce moteur.


    En ce qui concerne la chaudiere que j ai construite, j ai betement fait, sans rien calculer, un bruleur que j ai branche a une bouteille de gaz de camping laquelle etant equipee d un detendeur butane de 28 mbars.


    Pour y arriver je dois connaître :

    la valeur calorique du butane lorsqu il est brule
    la quantite de butane a bruler
    quel detendeur a utiliser
    quelle surface de chauffe a avoir

    et certainement d autres choses encore.

    existe t il des plans de chaudiere adaptee pour ce moteur ?

    et si oui ou peut on se les procurer ?
    Tant de mains pour transformer ce monde, et si peu de regards pour le contempler ! (GRACQ)

  11. #8
    robur71

    Re : Echange thermique, chaudière vapeur

    Citation Envoyé par chatelot16 Voir le message
    a l'epoque de la vapeur on mesurait toujours le debit en kg/heure

    donc ce 15 kg/m2/h veut dire qu'un m2 peut vaporiser 15 kg/h

    mais attention ce chiffre n'est pas constant du tout suivant le style de chaudiere et la dimension : il est hasardeux d'appliquer des chiffre des grosse chaudieres a des modeles reduit
    Pour une chaudière Babcok et Wilcox :
    Taux de vaporisation :
    15 kg /m² /h pour une petite chaudière ( 11 m² )
    20 à 25 kg/m²/h chaudière de 800 m²
    ( source :Eléments de construction tome 9 de Lemasson et Tourancheau éditions Dunod )

    Dans ton cas il faudrait une chaudière de 6 m²…


  12. #9
    Zozo_MP

    Re : Echange thermique, chaudière vapeur

    Bonjour Robur71

    Peut-on savoir pour quoi vous parlez de M².
    M² de quoi ?
    De M² de tubes chauffés?
    M² correspondant à la surface intérieure (ou extérieure) de tous les tubes
    De surface au sol?

    Cordialement

  13. #10
    EUREKA

    Re : Echange thermique, chaudière vapeur

    Lorsque je parle de M2 je parle de M2 de tubes chauffes
    Tant de mains pour transformer ce monde, et si peu de regards pour le contempler ! (GRACQ)

  14. #11
    EUREKA

    Re : Echange thermique, chaudière vapeur

    Pardon tu parlais a robur.
    desole
    Tant de mains pour transformer ce monde, et si peu de regards pour le contempler ! (GRACQ)

  15. #12
    robur71

    Re : Echange thermique, chaudière vapeur

    Citation Envoyé par Zozo_MP Voir le message
    Bonjour Robur71

    Peut-on savoir pour quoi vous parlez de M².
    M² de quoi ?
    De M² de tubes chauffés?
    M² correspondant à la surface intérieure (ou extérieure) de tous les tubes
    De surface au sol?

    Cordialement

    C'est la surface d'échange entre les gaz chauds et l'eau...



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  17. #13
    Zozo_MP

    Re : Echange thermique, chaudière vapeur

    Citation Envoyé par EUREKA Voir le message
    J ai compris l ensemble de tes explications mais concretement je ne vois toujours pas comment faire pour construire une chaudiere adaptee a ce moteur.

    ...../.....
    existe t il des plans de chaudiere adaptee pour ce moteur ?

    et si oui ou peut on se les procurer ?

    Bonsoir
    Il me revient un souvenir.

    Il y a de fins mécaniciens qui font de petites locos vapeur pour trimbaler le chauffeur et quelques personnes.
    Le chauffeur-mécano est assis à cheval sur le tander (donc il ne crains pas que cela explose).
    Les voyageurs sont aussi à cheval sur les wagons.

    Bref ce sont de vrais passionnés qui ne sont pas avares de conseils, plans et astuces, sécurité, etc....

    Comme on vous l'a fait remarquer c'est peut être difficile d'extrapoler à partir des grosses machines à vapeur.
    Cela sera nettemment à partie d'une loco bicylindre qui sont déjà tailler pour cela.

    Faire une recherche avec Locomotive Vapeur Vive
    http://www.youtube.com/watch?v=cFhBJ...eature=related

    Il ya aussi divers tracteurs et camions (répliques miniaturisées) sur le même principe.
    http://www.youtube.com/watch?v=ZP8XW...eature=related.

    Voilà !

    Cordialement

  18. #14
    EUREKA

    Re : Echange thermique, chaudière vapeur

    Merci ZOZO

    Super les videos
    Tant de mains pour transformer ce monde, et si peu de regards pour le contempler ! (GRACQ)

  19. #15
    robur71

    Re : Echange thermique, chaudière vapeur

    Bonjour EUREKA,

    Pour déterminer la surface d’échange nécessaire au niveau de la chaudière, il faut connaître la quantité de vapeur admis à chaque tour.
    Cette quantité dépend de la course pendant laquelle l’admission est ouverte…


  20. #16
    EUREKA

    Re : Echange thermique, chaudière vapeur

    Bonjour

    J ai lu dans une vieillle revue de modele reduit (le modele reduit de bateau de 1989) que pour 100gr /mn de vaporisation on compte habituellement
    4gr/mn/dm2.
    En sachant que mon moteur a une cylindre d environ 400 cm3 et qu il tourne a environ 750 tr/mn et que la densite de la vapeur a 7 bars absolus est de 3.5 kg/m3 il me faudra donc vaporiser 1050 gr d eau par mn
    Par consequent on compte 4 gr/mn/dm2 donc je devrais avoir une surface de chauffe de 262.5 dm2.
    Pouvez vous me dire si je suis dans l erreur

    merci
    Tant de mains pour transformer ce monde, et si peu de regards pour le contempler ! (GRACQ)

  21. #17
    robur71

    Re : Echange thermique, chaudière vapeur

    Citation Envoyé par EUREKA Voir le message
    Bonjour

    J ai lu dans une vieillle revue de modele reduit (le modele reduit de bateau de 1989) que pour 100gr /mn de vaporisation on compte habituellement
    4gr/mn/dm2.
    En sachant que mon moteur a une cylindre d environ 400 cm3 et qu il tourne a environ 750 tr/mn et que la densite de la vapeur a 7 bars absolus est de 3.5 kg/m3 il me faudra donc vaporiser 1050 gr d eau par mn
    Par consequent on compte 4 gr/mn/dm2 donc je devrais avoir une surface de chauffe de 262.5 dm2.
    Pouvez vous me dire si je suis dans l erreur

    merci
    En supposant que l’admission reste ouverte durant les deux premiers cm de la course,et que la pression en entrée est de 7 bars absolus

    Le moteur consommerait 157 cm3 par tour soit 25 kg de vapeur par heure à 750 tr/mn
    ( masse volumique de la vapeur à 7 bars = 3.5 kg/m3 )
    Il faut donc 2.5 m² de surface d’échange ( taux de vaporisation 10 kg/m² /h )
    Ce qui correspond à ce qu'écrivait " le modèle réduit de bateau de 1989"


  22. #18
    EUREKA

    Re : Echange thermique, chaudière vapeur

    Bonjour Robur71

    Lorsque tu dis que dans mon cas il me faudrait 6 m2 cela veut dire que ma surface dechange doit etre de 6 m2 c est a dire si je prend l exemple d un tuyau de diametre 12 exterieure la longueur devrait etre d environ 159 metres ce qui me semble enorme si je compare cela au chaudiere des locomotives a vapeur ayant des cylindrees proches de celle de mon moteur

    merci pour tes conseils
    Tant de mains pour transformer ce monde, et si peu de regards pour le contempler ! (GRACQ)

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  24. #19
    robur71

    Re : Echange thermique, chaudière vapeur

    Citation Envoyé par EUREKA Voir le message
    Bonjour Robur71

    Lorsque tu dis que dans mon cas il me faudrait 6 m2 cela veut dire que ma surface d echange doit etre de 6 m2 c est a dire si je prend l exemple d un tuyau de diametre 12 exterieur la longueur devrait etre d environ 159 metres ce qui me semble enorme si je compare cela aux chaudieres des locomotives a vapeur ayant des cylindrees proches de celle de mon moteur

    merci pour tes conseils
    Bonjour EUREKA,

    Dans mon message n° 17, je trouvais une surface de 2.5 m² , ce qui semblait conforme aux valeurs données par le modèle réduit de bateau.

    2.5 m² représentent 72 m de tubes 10x12 .
    Cette surface devrait permettre de maintenir constamment le moteur à
    sa puissance maximale.

    Avec une admission sur 2 cm , la puissance théorique de ta machine atteindrait 25 ch à 750 tr/mn, en consommant 25 kg de vapeur à 7 bars absolus par heure.

    Le mode de distribution ( cylindres oscillants ) et bien d’autres raisons ne permettrons probablement pas de dépasser le quart de cette valeur théorique.

    Cordialement.

  25. #20
    overst72

    Re : Echange thermique, chaudière vapeur

    Comment calcules tu la puissance de 25 ch en sachant que la pression absolue est de 7 bars et la frequence de rotation 750 tr/mn ?
    Peux tu me citer les autres raisons a part les cylindres oscillants qui ne me permettent pas d atteindre les chiffres que tu as cites ?

  26. #21
    robur71

    Re : Echange thermique, chaudière vapeur

    Citation Envoyé par overst72 Voir le message
    Comment calcules tu la puissance de 25 ch en sachant que la pression absolue est de 7 bars et la frequence de rotation 750 tr/mn ?
    Bonjour overst72,

    Je calcule l’aire du diagramme pression volume qui correspond au travail théorique effectué par cycle .

    Ce travail théorique par cycle est donné par l’expression suivante :

    Wth = Po Vo [ 1 + ln (V1/Vo )-( P’V1/ Po Vo)]

    Vo volume de vapeur admis
    V1 volume du cylindre
    P’ contre pression d’échappement ( ici 1 bar )

    Le travail par cycle est fonction du volume admis, le travail maximal est obtenu pour un cycle sans détente, le volume de vapeur consommé par cycle est alors égal à la cylindrée de la machine.

    Avec une admission à 7 bars absolus sur 2 cm de course ,on obtient une puissance de 29 ch
    Pour ne consommation de vapeur de 24.7 kg/h, avec 2.8 bars absolus en fin de détente.
    ( 1.18 ch par kg/h)

    Si la course d’admission est réduite à 0.9 cm , la puissance passe à 16.44 ch , la consommation horaire à 11.13 kg, et la pression en fin de détente.1.26 bars
    ( 1.45 ch par kg/h )



    Citation Envoyé par overst72 Voir le message
    Peux tu me citer les autres raisons a part les cylindres oscillants qui ne me permettent pas d atteindre les chiffres que tu as cites ?
    Pour la différence entre le cycle théorique et le cycle réel :
    Volumes morts
    Pertes par laminage de la vapeur au passage des orifices d’admission et d’échappement
    Avance à l’échappement et à l’admission
    Compression avant ouverture de l’admission
    Fuites externes ( distribution, tiges ) interne étanchéité des pistons
    Echanges de chaleur entre la vapeur et les parois

    Plus l’ensemble des pertes par frottements des différents organes mécaniques


  27. #22
    EUREKA

    Re : Echange thermique, chaudière vapeur

    Merci pour tes explications

    Le debit d admission de ce moteur est au maximum lorsque le cylindre est incline de 9.80 degre c est a dire que lorsque le piston est au point mort haut le cylindre commence a s incliner et le trou du cylindre commence a communiquer avec le trou d admission mais tres peu et c est petit a petit que le trou du cylindre se retrouve totalement en face du trou d admission c est pour cela que je ne vois pas quelle quantite de vapeur sera admise dans le cylindre.

    J ai l impression que je n y arriverai jamais

    trop complique
    Tant de mains pour transformer ce monde, et si peu de regards pour le contempler ! (GRACQ)

  28. #23
    Zozo_MP

    Re : Echange thermique, chaudière vapeur

    Bonjour eureka

    Vous allez vous faire grondé !!!

    Quelqu'un qui est capable de faire une belle mécanique et qui se décourage pour un peu de vapeur cela ne colle pas.

    Vous avez tous les éléments dans les posts précédents pour construire votre chaudière.

    Par contre : prenez contact avec les personnes qui font les mini locos, car pour les aspects sécurité (boum et brulures graves) il vaut mieux bénéficier de leur expérience. Il ne faut pas bricoler.
    Regarder aussi s'il faut prévoir de la condensation de la vapeur ou si celle-ci s'en va à l'air libre.

    Ne vous découragez pas votre but et de faire fonctionner votre mécanique pas d'en faire un moteur hyper-performant.
    Sinon vous seriez partie sur une autre solution.

    Restez centré sur votre objectif, n'en déviez pas c'est largement à votre portée.

    Cordialement

  29. #24
    robur71

    Re : Echange thermique, chaudière vapeur

    Citation Envoyé par EUREKA Voir le message
    Merci pour tes explications

    Le debit d admission de ce moteur est au maximum lorsque le cylindre est incline de 9.80 degre c est a dire que lorsque le piston est au point mort haut le cylindre commence a s incliner et le trou du cylindre commence a communiquer avec le trou d admission mais tres peu et c est petit a petit que le trou du cylindre se retrouve totalement en face du trou d admission c est pour cela que je ne vois pas quelle quantite de vapeur sera admise dans le cylindre.

    J ai l impression que je n y arriverai jamais

    trop complique
    Bonjour EUREKA

    Entièrement d’accord avec Zozo MP, ne te décourages pas, ta machine doit fonctionner.
    Evidemment les performances ne seront pas extraordinaires en raison de la distribution par cylindre oscillant ( plutôt réservée aux jouets ) .
    Par contre, la faiblesse relative de quantité de vapeur admise réduira la surface d’échange requise.

    Bien cordialement

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