Questions de base sur cette machine à vapeur

[Lachen]

Bonjour à tous,

Intéressé par une machine à vapeur de 3-4kw, j'en ai peut-être trouvé une, mais fabriquée en Chine avec les caractéristiques suivantes :

Power : 5 HorsePower
Single Cylinder
Bore : 2"
Stroke : 3"
RPM (tours par minutes) : 500
Steam Pressure : 150 PSI ("Pounds per square inch")
Lenght : 18"
Widht : 12"
Height : 20"
Poids : 60kgs
Pulley size 14"
Riversing Mechanism : Yes

https://french.alibaba.com/product-...?spm=a2700.7724838.2017115.142.6f4f127dHmxJ3n

A quelle puissance en kwh cela correspond ?

Quelle quantité d'eau faut-il chauffer et jusqu'à quelle pression pour faire fonctionner cette machine ?

Merci par avance à toutes les réponses.

Salut

 

[mwm]

Bonjour,
* 5 Horse power= 5 CV( théorique ou utile sur l'arbre)
* 150 PSI = + - 6 bars si je ne me trompe, pas de mémento sous les yeux,, de l'eau le plus possible à amener vers 170°C pour 6 bars,
*Prévois une bonne chaudière et aussi un condenseur pour récupérer l'eau devenue vapeur qui se perdra dans l'atmosphère si pas de condenseur, c'était le cas des locomotives et des endroits riches en eau , en mobile on embarquait pas un condenseur et sa pompe, mais l'eau était réemployée à
90 %,, les 10% étaient calculé en fuite et pertes ,
* Attention à la qualité de l'eau et au calcaire qui forme des incrustations dans les tôles de la chaudière,donc moins de chauffe et aussi des écailles se détachent en réduisant l'épaisseur des tôles en acier,,
* Il ya une qualité de tôle pour les chaudières si elle est en acier ordinaire,
* La pression a une grande influence sur la puissance, pour cela une chaudière assez conséquente doit être envisagée, pour avoir de la réserve,,
* La pression utile est régulée par une soupape de sécurité, une alimentation en eau certaine pour ne pas "être à sec" et faire éclater la chaudière par manque d'eau il y a un niveau minimum à respecter,,
* Il y a une législation pour les chaudières à la mise ne service elle doit être vérifiée par l'APAVE, p c q cela fait des dégâts une chaudière qui explose,
* Il y a des contrôles annuels pour vérifier son bon état, le fonctionnement de la soupape de sécurité, le sifflet de manque d'eau, le niveau d'eau par un tube en verre avec un trait certain, l'état général, le contrôle de ton assurance , le cas échéant elle est plombée pour son arrêt et remise en conformité,,,
* C'est un outil puissant, mais à conduire avec précautions,
* Renseignes toi pour son utilisation,
* Voir aussi avec la Mairie pour l'autorisation de cette machine, cela se comprend pour les risques d'explosion,,,
* Voir avec ton assurance personnelle,,,
A ++

 

[SULREN]

Bonjour,
Sauf erreur:

Pression vapeur vers: 10,3 bars
Température vapeur saturée vers 186°C
Rendement théorique maximal du moteur (rendement de Carnot) : 0,36 soit 36%
Rendement pratique : ce sera plutôt vers 30% (à peu près celui d'un moteur de voiture à essence; diesel est meilleur).

Il faut aussi prendre en compte le rendement de la chaudière.

On peut prévoir un surchauffeur pour augmenter le rendement…..mais cela complique sérieusement la chaudière et il n'est pas sûr du tout que le moteur accepte la vapeur surchauffée.

Pour le reste tout à fait d'accord avec ce qu'à dit @mwm

 

[FB29]

Bonjour,

A quelle puissance en kwh cela correspond

1 CV = 736 w ... 5 CV = 736 x 5 = 3680 W = environ 3,5 kW. Au bout de une heure il aura développé une énergie de 3,5 x 1 = 3,5 kWh.

Rien n'est précisé sur les condition d'obtention de cette puissance ... il y a peut-être un correctif à la baisse à apporter ...

Cordialement,
FB29

 

[SULREN]

Re,
Oui 5 CV correspond à 3680 W.

On peut penser qu'un moteur à vapeur peut tourner à puissance maximale en régime continu, contrairement à un moteur de voiture.

Pour obtenir cette puissance il faudra évaporer environ 112 g d'eau par seconde (soit 112 cm3 d''eau). Calcul rapide par l'enthalpie, à confirmer.

EDIT: connaissant la cylindrée on peut calculer jusqu'où est poussée la détente dans le cylindre lorsque le moteur est à pleine puissance de 3680 W.
Si elle n'est pas poussée loin le rendement à pleine puissance diminuerait.

 

[vax]

Pour obtenir cette puissance il faudra évaporer environ 112 g d'eau par seconde (soit 112 cm3 d''eau).

Par seconde ? Je ne sais pas faire les calculs, mais cela me parait (intuitivement) beaucoup. Je serai intéressé de savoir comment on calcule ça.
C'est comme l'estimation de la consommation des moteurs marins ? J'ai appris à estimer la consommation avec 20g/Cv/h lors de mes cours de mécanique navale (il y a un bout de temps maintenant...).

 

[SULREN]

Re,

J'ai appris à estimer la consommation avec 20g/Cv/h

Chaque fois qu'on m'a parlé de g/CV/h dans les moteurs marine il s'agissait de consommation de fuel lourd , pas d'eau évaporée…..mais je n'ai connu que la Marchande à moteur diesel et aussi un peu à turbine vapeur et chaudière à gaz (navires méthaniers).
C'était autour de 180g/CV/h de mémoire.
Je n'ai pas connu la Marchande à moteur à vapeur à pistons.

 

[Lachen]

Bonjour,
Merci pour toutes ces excellentes réponses.
J'aurais deux autres questions :
* Combien de kg de combustible (exp. charbon) faudrait-il brûler pour produire ces 5CV / 3580 W pendant une heure ?

* 112 g d"eau à la seconde, cela fait 7 litres à la minutes, 400 litres à l'heure. Intuitivement j'aurais imaginé cette consommation pour des machines plus puissantes. Est-ce que vous confirmez ces 112g d'eau à l'heure ?

Bonne journée !

 

[SULREN]

Re,

Est-ce que vous confirmez ces 112g d'eau à l'heure ?

@vax trouve 20g d'eau par CV H soit pour un moteur de 5CV une consommation d'eau de 100 g d'eau à l'heure, soit bien moins qu'une petite cafetière.

Je trouve 112 g d'eau évaporée par sec et j'ai précisé "c'est un calcul rapide par l'enthalpie, à confirmer";
Cela paraît un peu élevé j'en conviens. Je reprendrai ce calcul avec plus de finesse.

Combien de kg de combustible (exp. charbon) faudrait-il brûler pour produire ces 5CV / 3580 W pendant une heure ?

1 Kg de charbon de bois correspond en énergie, à environ 8,5 kWh.
Ton moteur produit une énergie de 3,68 kWh mécaniques sur son arbre en une heure (pas des kWh électriques).

Il te faut donc:
(3,68 / 8,5) *1/0,3 *1/0,8 = 1,8 Kg de charbon par heure si rendement 0,3 pour moteur et rendement 0,8 pour chaudière.
Il faut ajouter le rendement alternateur.

 

[vax]

NON, non non, les 20g/cv/h dont je parle c'est mon souvenir de consommation de fuel lourd pour les moteurs marin. Mais à te lire, mon souvenir serait altéré d'un facteur 10 !

Je n'ai aucune connaissance en matière de théorie sur la vapeur et c'était le but de ma question "comment arrives-tu à 112g/seconde", non pas pour le remettre en cause, mais pour savoir comment faire.

 

[SULREN]

@vax
Tu m'as parlé au post#6 de 20g/CV/h de fioul lourd …….en le comparant à mes 112g/seconde d'eau évaporée.
Que ce soit 20 ou 180, je ne comprends pas cette comparaison entre deux choses qui n'ont rien à voir l'une avec l'autre.

 

[vax]

Pardon de ne pas avoir été clair.
Je te demandai si tu avais estimé la consommation d'eau de la même manière que l'on estime la consommation de fuel sur les moteur marin avec l'application directe d'un coefficient genre 20g/cv/h ou si tu avais eu ce résultat par calcul.
Mais j'ai lu ensuite que tu avais "juste" fait une approximation par l'enthalpie.

 

[serge 91]

Bonjour,
100 g par seconde, ça me semble beaucoup, 100 g/h ça me semble peu...
Une loco comme çà,
2700 CV, 38.000 l d'eau, 9 T de charbon autonomie inconnue...

https://fr.wikipedia.org/wiki/231_Nord_3.1171_à_3.1198_et_3.1111_à_3.1130

 

[SULREN]

OK @vax, je comprends mieux, n'en parlons plus.
J'ai fait le calcul par la chute d'enthalpie de la vapeur entre celle entrée piston (2783 kJ/kg à 186°C) et celle sortie piston (2675 kJ/kg à 100°C) et en tenant compte d'un rendement moteur de 0,3.
C'est sur le 0,3 et surtout sur le 2675 et le 100°C que réside l'approximation. Ce serait plus précis s'il y avait un condenseur: on saurait exactement l'enthalpie sortie piston, par la pression de vapeur saturante régnant dans le condenseur.

Ma valeur sur-évaluée provient du fait que je n'ai pas tenu compte du fait qu'une partie de la "vapeur saturée" entrant dans le piston sort du piston sous forme "de vapeur saturée + de l'eau liquide", donc que le 2675 est bien trop élevé.

 

[g0b]

@SULREN : tu es sur de tes valeurs ? j'aurais plutot dit entre enthalpie d'entree (186 degres, 11 bars) = 2783kJ/kg et sortie (100 degrés 1 bar) = 2250kJ/kg

cf : https://thermexcel.com/french/tables/vap_eau.htm

Du coup, on serait plutot sur les 22g/s

PS : mais bon, je me trompe peut etre, j'ai jamais été très bon en thermodynamique

 

[SULREN]

Re,
Non @g0b , ton 2250 correspond à la chaleur latente de vaporisation, pas à l'enthalpie spécifique qui est bien de 2675 kJ/kg à 100°C 1 bar absolu.

La problème, comme je lai dit plus haut, est que ce qui sort du piston à la pression atmosphérique donc à 100°C, 1 bar absolu, est:
- en partie de la vapeur saturée à 100°C donc à 2675 kJ/Kg
- en partie de l'eau liquide à 100°C donc à 417 kJ/kg

Quelle est l'enthalpie moyenne de ce mélange??

Le rapport "eau liquide/vapeur saturée" est dû à la façon dont on pousse la détente dans le piston (et on ne la connait pas) de l'échange avec les parois, etc.

 

[g0b]

Ah oui, ok, tu as raison...j'ai dit n'importe quoi

 

[SULREN]

Pas de pb, on fait tous de grosses erreurs en calculant trop vite ou en lisant trop vite les tables thermodynamiques.

Si on dit que l'enthalpie du mélange eau- vapeur en sortie du piston est de 1500 kJ/kg, au lieu des 2675 que j'avais pris, on arrive déjà à une consommation d'eau ramenée à 10g/sec, probablement encore fort.

La loco de @serge 91 roulerait 2h à pleine puissance de 2700 CV avec ses 38 T de flotte, dans les mêmes conditions de marche que le moteur de @Lachen …..ce qui est plus raisonnable.

 

[Lachen]

Salut,
Votre forum est vraiment super, je craignais d'avoir des réponses hostiles, et au contraire il n'y a que de très bonnes interventions.
Pour résumer, les données seraient les suivantes:
*2 kg de charbon à l'heure.
*22g/s d'eau soit 80 litres à l'heure (à vérifier), soit un metre cube par jour si on arrondi.
*3,5kwh.
La machine vue sur alibaba présenterait donc un véritable intérêt, à la condition qu'elle soit bien conçue et qu'elle ne craigne pas trop la rouille...
Resterait à trouver une chaudière, .... et un chaudronnier, pour faire les branchements ...

Bonne journée !

 

[serge 91]

Re,

La machine vue sur alibaba présenterait donc un véritable intérêt,

Sans hostilité , pourquoi faire cette machine à vapeur ?
Dans l'Eure-et-loir, il y a de l'eau (l'Eure et le Loir) mais le charbon ?

 

[vax]

@SULREN : merci, cela me donne une très bonne idée du calcul. J'ai compris !

@Lachen : oui, dis nous en un peu plus sur ton projet, ce sera bien plus constructif !

@serge 91 : je crois qu'à la base, le charbon n'a été demandé que comme exemple de puissance massique.

 

[Lachen]

Re,
Sans hostilité , pourquoi faire cette machine à vapeur ?
Dans l'Eure-et-loir, il y a de l'eau (l'Eure et le Loir) mais le charbon ?

Oui je dis cela, parce que ce projet peut sembler un peu incongru... D'ailleurs j'en suis à la 1ère étape de voir ce qui est faisable... Travaillant dans la comptabilité, ce qui m'a protégé du chômage (après un BAC scientifique), je réfléchis depuis 2-3 ans à une reconversion professionnelle ... J'ai un collègue qui a déjà fait ça.
En gros ce serait pour faire tourner un truc comme ça :
Moulin-&-mini-bluterie
Je préfèrerais la vapeur à un moteur électrique pour revendiquer un travail plus "durable", "traditionnel", pas bio mais presque.
Voilà j'ai un oncle pâtissier à la retraite et une nièce qui a fait une école de haut niveau en patisserie / chocolat. Moi ce serait, si cela se fait, beaucoup moins technique, mais en cherchant la qualité.

Dans l'Eure et Loir, il y a des haies, et il faut brûler les branches après les tailles... Le charbon peut s'acheter en complément si nécessaire.
Pour l'usage du bois peut être une chaudière branchée sur un "rocket stove" maçonné, à voir.

Je pense que si le sujet technique apparait possible (chaudière, chaudronnier, etc...) il faudra étudier sérieusement le sujet réglementation / assurances, bien sûr.

 

[roland88]

Bonjour Lachen,
pour un vapeur de cette puissance, le GROS ....problème est la chaudière
pas la machine.
Il faudra faire pas mal de recherches de plans de chaudières adaptées pour cette puissance.
Ce serait la solution la plus fiable...bien plus fiable que toutes les théories...
Voir peut-être en Angleterre aussi...
Cordiales salutations
Roland88.

 

[serge 91]

Re,

Le charbon peut s'acheter en complément si nécessaire.

Plutôt du bois de chauffage, çà reste dans la même logique environnementale et le même type de chaudière( pas évident d'avoir deux combustibles)
Sinon,
merci des explications, c'est plus compréhensible comme dèmarche..

 

[FB29]

Bonjour,

Je préfèrerais la vapeur à un moteur électrique pour revendiquer un travail plus "durable", "traditionnel", pas bio mais presque

Je m'interroge .... la vapeur est t-elle vraiment plus bio ou écologique ? la combustion du bois et pire, du charbon, dégage de la fumée et sans doute pas mal de produits toxiques difficiles à éliminer dans une petite installation ... Une fausse bonne idée ? ...

La chine abandonne, ou du moins a promis d'abandonner, le charbon pour cause de pollution monumentale ... et pour le bois quand je vois les fumées sortir des cheminées je m'interroge ... il me semble qu'à Paris, à une époque et peut-être même maintenant, il était devenu interdit de faire des feux dans les cheminées ? ...

Cordialement,
FB29

 

[SULREN]

Bonjour,
(de retour de mes courses je me remets sur le sujet)

Le problème soulevé par @FB29 au post#25 est d’importance et je ne veux pas sauter par-dessus.
Je voudrais cependant revenir sur le calcul du débit d’eau qui semblait intéresser @vax.

PREMIERE METHODE:
On calcule combien d’énergie la chaudière fournit par Kg d’eau transformée en vapeur :

On part d’eau à 20°C, par exemple, soit une enthalpie de 84 kJ/kg
On arrive à de la vapeur saturée à 186°C, soit 2783 kJ/kg
La chaudière a donc fourni 2783 -84 = 2699 kJ par kg d’eau qui l’a traversée.

On récupère l’énergie de ce kg sur l’arbre du moteur, mais après application d’un rendement de 0,3 (par exemple) pour le moteur.
On récupère donc : 2699 * 0,3 = 809,7 kJ par kg d'eau qu'on avait transformée en vapeur.

Comme la puissance maximale sur l’arbre du moteur est indiquée par le constructeur à 5 CV = 3680 W = 3680 J/Sec = 3,68 Kj/seconde on voit qu’il faut:
3,68 /809,7 = 0,00454 Kg d’eau par seconde = 4,54 g d'eau par seconde.

DEUXIEME METHODE:
Que j’ai déjà donnée dans un post antérieur mais en faisant une erreur de raisonnement : il ne fallait pas appliquer le rendement de 0,3.
(tout le monde avait vu l'erreur bien sûr, mais par gentillesse pour moi personne n'a voulu la signaler )

La « vapeur saturée » à 186°C qui rentre dans le cylindre a une enthalpie de 2783 Kj/kg

Le mélange de « vapeur saturée et d’eau liquide » qui sort du cylindre a une enthalpie de :
- 2675 kJ/kg pour la partie vapeur saturée à 100°C
- 417 kj/kg pour la partie eau liquide à 100°C
Si le mélange en masse (pas en volume) est de « fifty fifty » cela fait : (2675 + 417 )/2 =1546 kJ/kg

La puissance récupérée par le cylindre est donc de : 2783 -1546 =1237 KJ/kg.....(aux pertes près dans les parois, non prises en compte, mais cela inclut déjà le rendement thermodynamique de Carnot).

Pour avoir la puissance de 3,68 Kj/sec sur ce moteur il faut donc :
3,68 / 1237 = 0,00297 Kg d’eau par seconde= 2,97 g d’eau par seconde.
(Si le mélange eau/vapeur en sortie de cylindre est différent on arrive à une autre valeur).

Comme je tape cela directement, je vais quand même relire et corriger par EDIT si j'en vois une belle.

PS: finalement, en faisant bouillir l'eau dans une grosse cafetière de, disons 12 KW, et qui résiste à 11 bars, on peut alimenter ce moteur .

 

[Lachen]

Ces dernières explications sont magnifiques.
Pour résumer une dernière fois, les données seraient finalement les suivantes:
*2 kg de charbon à l'heure.
*5g/s d'eau soit 20 litres à l'heure, soit un metre cube par semaine.
*3,5kwh.
Les soucis qui pourraient demeurer seraient :
-la qualité de la machine (durabilité, sécurité ?).
-Bizarrement cette société ne propose pas de chaudière à vapeur sur alibaba ...
-Il faut aussi trouver quelqu'un pour faire l'installation de façon professionnelle ...

Pour les questions, FB29,
-ce n'est pas pour Paris,
-un foyer conçu intelligemment peut brûler de façon beaucoup plus complète les fumées.
-l'image de l'électricité pourrait être perçue par la population en France comme moins propre dans les années à venir, du fait que nous allons traverser une période de travaux de démantèlement des centrales nucléaires ?
De toutes façons le charbon serait un pis aller en ce qui me concerne, un dépannage... Il y a beaucoup de bois de chauffage en Eure et loir.

Merci à vous !

 

[SULREN]

Ces dernières explications sont magnifiques.

Merci, mais ATTENTION, elles sont basées sur la puissance du moteur indiquée par les Chinois, soit 5 CV.

Comme j'adore les Chinois autant que je me méfie des chiffres qu'ils annoncent j'ai voulu vérifier cette puissance avec nos chevaux "à nous".
Les chevaux chinois n'ont peut être pas la même puissance que les nôtres . (le "cheval" est la puissance qu'un gros percheron peut délivrer en continu pendant une journée de travail. "Y sont comment les percherons chinois"?).

J'ai beau faire les calculs, je ne vois pas comment ce moteur peut délivrer 5 CV avec sa cylindrée annoncée, ses 500 tr/mn et 150 psi à l'admission. Ce serait plutôt 1 CV si on veut donner une certaine détente à la vapeur pour avoir un rendement pas trop minable.
Plein pot, sans aucune détente (ce qu'on ne fait jamais en vapeur) ce serait 1,8 CV.
Mais j'ai raisonné sur un piston à simple effet. Si c'est du double effet il faut presque doubler, mais il y a encore un manque.
Bon, je rentre du travail au dehors…. et je suis peut-être encore plus dans le fendage du bois au merlin que dans la manipulation des chiffres. .
Je vais reprendre le calcul.
Si d'autres le font de leur côté on pourra comparer les résultats…..et voir où j'aurais pu me tromper.

 

[vax]

Merci beaucoup, c'est super clair maintenant. Et en plus tu tombes par le calcul sur des valeur de consommation d'eau qui me semble (toujours intuitivement) plus dans les ordre de grandeurs que ma petite tête veut bien envisager !

 

[Lachen]

Merci, mais ATTENTION, elles sont basées sur la puissance du moteur indiquée par les Chinois, soit 5 CV.

Comme j'adore les Chinois autant que je me méfie des chiffres qu'ils annoncent j'ai voulu vérifier cette puissance avec nos chevaux "à nous".
Les chevaux chinois n'ont peut être pas la même puissance que les nôtres . (le "cheval" est la puissance qu'un gros percheron peut délivrer en continu pendant une journée de travail. "Y sont comment les percherons chinois"?).

J'ai beau faire les calculs, je ne vois pas comment ce moteur peut délivrer 5 CV avec sa cylindrée annoncée, ses 500 tr/mn et 150 psi à l'admission. Ce serait plutôt 1 CV si on veut donner une certaine détente à la vapeur pour avoir un rendement pas trop minable.
Plein pot, sans aucune détente (ce qu'on ne fait jamais en vapeur) ce serait 1,8 CV.
Mais j'ai raisonné sur un piston à simple effet. Si c'est du double effet il faut presque doubler, mais il y a encore un manque.
Bon, je rentre du travail au dehors…. et je suis peut-être encore plus dans le fendage du bois au merlin que dans la manipulation des chiffres. .
Je vais reprendre le calcul.
Si d'autres le font de leur côté on pourra comparer les résultats…..et voir où j'aurais pu me tromper.

Bonjour,

Merci pour cette réponse

Je crois que le symbole ' " ' signifie 'pouces'. La cylindrée serait donc :
"Bore" (alésage ou diamètre du cylindre) : 2" = 5,1cm ==> rayon = 2,55cm
"Stroke" (longueur de la course) : 3" = 7,3cm.
Le volume du cylindre serait donc :
V = 3,14 x (2,55 x 2,55) x 7,3
V = 150 cm3
Pourrais-tu me donner ta formule de calcul de la puissance en chevaux ?
Dans ton calcul, prends-tu les chevaux vapeur (ch ou hp en anglais) ou les chevaux fiscaux (CV) ?
Merci !