Fabrication mini centrale électrique

[Kadazam]

Bonjour,


Je suis actuellement sur un projet d’étude*:

Avec deux autres étudiants, nous travaillons sur l’élaboration d’une «*mini centrale électrique*»
L’idée est de reproduire le principe d’une centrale thermique fonctionnant avec une turbine à vapeur, à petite échelle.
Pour cela, nous avons l’idée de produire de l’énergie électrique à partir d’une combustion, j'ai mis en fichier joint le schéma de notre expérience.


Notre source d’énergie est la bouteille de gaz.
Chambre de combustion*: gazinière.
Générateur de Vapeur*: cocotte minute.
Turbine + alternateur*: hélice + dynamo (on récupère la tension et intensité avec des multimètres)
Condenseur*: Réfrigérant tel que l’on en trouve en labo de chimie.
Pompe*: ?


Le système serait donc fermé.
A l'heure actuelle, celui n'est pas fermé, c'est pour cela que je suis ici:


Nous avons plusieurs problèmes:
Quel genre de pompe/compresseur utiliser?
Il y aura surement un problème au niveau du renvoi de l'eau dans la cocotte en particulier sur la zone violette du schéma, comment rejoindre les deux? Soupape?


Nous avons d'autres questions que l'on se pose, mais je ne veux pas trop charger ce message, je vous en parlerai au fur et à mesure.




Merci d'avance pour votre aide
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[Kadazam]

Nous avons opté pour un compresseur récupéré sur une vieille chaudière. Normalement celui ci permet de mettre les radiateurs sous pression, elle peut atteindre 3-4 bars maximum. Or nous en avons besoin d'un seul en plus de la pression atmosphérique pour contrer celle de la cocotte.
Après le problème va être de caler le régime du compresseur sur celui de la cocotte car il ne faudrait pas augmenter la pression dans celle ci à cause du compresseur.


Y a t'il des personnes pour donner des avis sur ce que l'on projette? Des conseils, aiguillages?



Merci

[DAUDET78]

Normalement celui ci permet de mettre les radiateurs sous pression, elle peut atteindre 3-4 bars maximum.

Une pompe de circulation ? Ca ne marche pas !
C'est fait pour faire circuler de l'eau dans les radiateurs. Mais c'est incapable de faire une surpression . Il vaudrait mieux s'orienter vers un compresseur de frigo (et voir si ça marche avec de la flotte et si il faut un clapet anti-retour)

[trebor]

Bonsoir,

Il faut une soupape afin de limiter la pression, sinon, la pression va monter continuellement jusqu’à l'éclatement de la marmite, sauf si le couvercle n'est pas hermétique et laisse s'échapper la pression excédentaire.

Les locomotives à vapeur que j'ai vu dans mon enfance laissaient échapper de la vapeur et pas un peu

Le compresseur va encore augmenter la pression dans le système, sauf si on relâche de la pression au niveau supérieur de la marmite.

[A voir en vidéo sur Futura]

[DAUDET78]

Une question Kadazam :
Tu as prévu de monter la pression dans la cocotte à quelle valeur ?
Dépasser 2,5 bar me semble dangereux

Tu as calculé le rendement théorique (voir Carnot !) de ta machine ?

[Kadazam]

Bonjour, merci pour vos réponses,


Daudet78, je prends note de votre conseil, si je comprends bien une pompe de radiateur permet simplement d'envoyer l'eau dans les radiateurs, sans induire de pression supplémentaire par rapport à l'atmosphérique?
Est ce que ça vaut quand même le coup d'essayer? On va essayer de se dégoter un compresseur de frigo au cas où.
Le clapet anti-retour permet d'atteindre le régime permanent de la marmite sans qu'elle puisse évacuer l'eau par l'orifice de retour + sécurité si jamais le compresseur lâche?


Trebor, nous utilisons une cocotte avec soupape de régulation (comme sur toute cocotte minute en fait non?), donc logiquement la pression devrait se limiter d'elle même je pense?

Nous n'avons pas encore trouvé comment avoir accès à la pression interne de celle-ci, on a voulu appliquer la RFD sur la soupape (masse soupape: 50g, diamètre de sortie recouvert par la soupape: 4mm)
après calcul, je trouve que la soupape décolle et laisse s'évacuer le surplus de pression à partir de 0,3 bars. Valeur anormalement basse pour une cocotte. J'en ai déduis qu'elle se déclenche bien avant le régime permanent: en effet partir de ce moment, on entend bien qu'elle siffle de plus en plus fort, preuve que la pression continue d'augmenter. Ce calcul ne nous donne donc pas accès à la pression nominale, mais simplement à la pression minimum pour que la soupape se déclenche.

J'avais pensé aussi à passer par l'équation d'état des gaz parfaits: PV=nRT, en considérant la température à 120°C (valeur standard de température de cocotte, juste pour avoir une idée du résultat), volume de la cocotte 5.5L, mais que faire de n? En considérant une mole de gaz, je trouve une pression de 6 bars. Cela me semble anormalement élevé.

La régulation de la pression dans la cocotte est une épineuse question. Je ne sais pas comment elle réagira et se régulera si on ajoute un compresseur qui induit une pression un peu plus supérieur que sa pression nominale standard. Va-t-elle augmenter indéfiniment ou bien la soupape incluse à la cocotte permet d'atteindre un équilibre?

Daudet78,
Par Carnot, le rendement serait 1-Tf/Tc, mais cette formule est très grotesque par rapport au rendement réel non?
Je cherche à l'approcher d'une meilleure façon, je vous tiens au courant. Mais je crains qu'il me faille les pressions et températures aux entrées et sorties de chaque module, ce que je n'ai pas, la maquette n'étant pas réalisée, et même une fois celle-ci faite, il va falloir un paquet de capteurs. Gros challenge mais ce serait top de pouvoir faire tout ça.

[DAUDET78]

si je comprends bien une pompe de radiateur permet simplement d'envoyer l'eau dans les radiateurs, sans induire de pression supplémentaire par rapport à l'atmosphérique?

par rapport à la pression interne !

Est ce que ça vaut quand même le coup d'essayer?

Non

Le clapet anti-retour permet d'atteindre le régime permanent de la marmite sans qu'elle puisse évacuer l'eau par l'orifice de retour + sécurité si jamais le compresseur lâche?

Non
Quand le compresseur est à l'arrêt, il empeche la pression de repartir vers le circuit réfrgérant

J'avais pensé aussi à passer par l'équation d'état des gaz parfaits: PV=nRT, en considérant la température à 120°C

P= (T/100)^4

La régulation de la pression dans la cocotte est une épineuse question. Je ne sais pas comment elle réagira et se régulera si on ajoute un compresseur qui induit une pression un peu plus supérieur que sa pression nominale standard.

Le compresseur ne sert qu'à rétablir un niveau d'eau dans la cocotte, pas à faire une surpression

[Kadazam]

Il ne sert pas à faire une surpression, mais si il débite de telle sorte que la pression associée est supérieure à celle de la cocotte, alors la pression de la cocotte va augmenter non?

[DAUDET78]

alors la pression de la cocotte va augmenter non?

Ce n'est pas les quelques décilitres de flotte injectés par la pompe qui vont augmenter notablement la pression de la cocotte

[Touche-à-tout]

Bonjour,

La gestion d'un générateur de vapeur pose effectivement la question du maintien du niveau d'eau. Que le circuit soit ouvert (locomotive) ou fermé (centrale), le problème est le même, il faut faire entrer une eau "froide" à basse pression dans un réservoir pressurisé.
Pour cela, on peut utiliser une pompe alimentaire (ça veut pas forcément dire que ça se mange !), soit un injecteur à vapeur. Le monde ferroviaire peut être intéressant à consulter pour voir cela fonctionner, c'est plus facile d'accès sur un train touristique que dans une installation industrielle.

Concernant l'effet de l'injection d'eau dans la chaudière, il faut s'attendre à une baisse de pression à cause du refroidissement engendré par l'eau "froide".

Un compresseur n'est vraiment pas le terme approprié pour de l'eau, une pompe à piston va déjà mieux. Il suffit qu'elle soit capable de refouler à une pression supérieur à la pression de service de la chaudière pour y introduire le liquide par petites doses en compensation de la production de vapeur. Attention également au phénomène de contre-pression si le condenseur n'est pas assez largement dimensionné.

Une autre difficulté sera de gérer la production de vapeur en fonction de la consommation de la turbine, laquelle varie avec la puissance qui lui est demandé par la dynamo, donc par la consommation de courant (en situation de production). Dans le cas d'un démonstrateur, pas trop de problème mais le phénomène est à connaître car sur une loco son influence est considérable, circuit ouvert oblige, et requiert tout l'art du chauffeur pour ne pas manquer de vapeur ou pire, manquer d'eau...

Cela implique donc de pouvoir visualiser le niveau d'eau dans le générateur (la cocotte) pour l'ajuster en conséquence. Le niveau est le paramètre critique pour un chauffeur, pour une question de sécurité redoutable.

Pour répondre aux questions rapidement:
Pompe à piston manuelle type pompe d'épreuve de plomberie, raccordement à la cuve par un clapet anti-retour (le tout sous condition impérative de pouvoir visualiser le niveau).

Je ne vous ferai pas l'affront de vous rappeler aux normes et trucs dans le genre, mais je vous invite à la prudence avec la modif d'une cocotte, au niveau de sa résistance à la pression si vous y faites des trous pour ajouter des indicateurs et raccordements...

Dernière petite chose, par rapport à votre schéma, il serait préférable d'alimenter votre réfrigérant en eau froide par le bas, sans entrer dans le détail, ce serait mieux.

Pour en savoir plus sur la gestion de chaudières, il y a des ouvrages comme "L'ABC du chauffeur" ou "Les chaudières", aux éditions Decoopman, le plus simple reste le terrain sur un train touristique à vapeur où l'on pourra vous expliquer et vous montrer comment ça se passe, avec quel appareils et leurs effets.

Cordialement,
Nicolas.

[Boumako]

Bonjour

Plutôt que de s’inquiéter pour la cocotte minute, qui est pourvue de sécurité l’empêchant de monter au delà d'une certaine pression, il faudrait plutôt penser au condenseur. Ces ustensiles ne sont absolument pas prévus pour monter en pression, les modèles les plus résistants sont donnés pour une surpression de 0.5b.
Il faudrait plutôt mettre la sortie du condenseur à pression atmosphérique, couler dans un petit bac, et reprendre le liquide avec la pompe, ce qui permettra au passage d'éliminer les incondensables.

[mistinquet]

Bonjour à tous.
Pourquoi ne pas mettre 2 cocottes en " parallèle" et alimenter en eau froide celle qui ne fonctionne pas pendant que l 'autre est en service ?
A+
Mistinquet