Parlons chaudière.

Si vous lisez votre revue préférée lorsqu’elle traite de motorisation vapeur, en particulier de chaudières, vous avez pu voir que certains modélistes "s'amusent" à réduire l’épaisseur de celle-ci.
Pour avoir une idée de l’intérêt de cette pratique, j’ai effectué quelques calculs .

J’ai supposé que le corps de chaudière était construit à partir d’un tube de cuivre de diamètre extérieur de 100 mm , d’épaisseur 2 mm et de 200 mm de long.

Que se passe-t-il si l’on réduit l’épaisseur à 1 mm ?

Sur le plan de la mécanique :

Bien entendu le volume intérieur brut reste inchangé si l’on usine par l’extérieur, il reste de 1,448 dm³.

Le volume de cuivre passe de 123,15 cm³ à 60,946 cm³.
La masse de cuivre passe de 1,103 kg à 0,546 kg soit un gain indéniable de 0,557 kg, ce qui peut être intéressant pour la stabilité de l’embarcation.

Il est non moins indéniable que la tenue en pression sera elle aussi diminuée, mais ce n’est pas forcément critique si l’on se limite à des pressions basses.
D’autre part l’usinage est susceptible de créer des contraintes et des amorces de criques dans le métal. On peut espérer que le recuit lors de la phase de brasure vont atténuer ces contraintes

Sur le plan de la thermique :

J’ai supposé que le remplissage s’effectuait aux 2/3 du volume brut, ce qui correspondrait à 0,965 dm³.

Pour élever de 1° ce volume d’eau, il faudra lui fournir une énergie de 0,965 x 4185 = 4038,52 joules.

Pour élever le corps de chaudière de 1°C, il faudra :
- pour une épaisseur de 2 mm : 1,103 x 385 = 424,66 joules.
- Pour une épaisseur de 1 mm : 0,546 x 385 = 210,21 joules

Le gain en énergie est donc de : ( 424,66 – 210,21) / ( 4038,52 + 424,66) = 0,048.

Nota : je n’ai pas tenu compte du coefficient de conductivité thermique du cuivre, considérant que la chaudière n’est pas chauffée par l’extérieur, mais par tube(s) de fumée dont le diamètre sera au maximum de 20 à 22 mm, donc typiquement avec une épaisseur de 1mm.
Tout au plus le corps de chaudière réduit à 1 mm évacuera mieux les calories vers l’extérieur s’il n’est pas calorifugé, ce qui est très rare sur un bateau.

Ma conclusion :

Pour un gain thermique de 5%, cet usinage, pas simple à réaliser correctement, au prix d’une diminution de la tenue en pression est a réserver aux experts disposant d’un tour performant.
Il y a d’autres méthodes permettant d’améliorer le rendement : tubes de fumée a ailettes, tubes d’eau inclus dans le tube de fumée, etc…

D’autre part, ce gain thermique ne concerne que la montée en température de la chaudière, donc avant la vaporisation.
Quand la vaporisation se produit, le cuivre a atteint sa température, donc ne nécessite plus d’apport d’énergie.
Par contre pour évaporer 1 gramme d’eau à 2 bars absolus ( 120°C) , il faudra fournir 2200 joules .

L’incidence du volume de cuivre dans le bilan global est donc négligeable.

Mais si vous avez un avis différent, il serait souhaitable que vous l'exprimassiez.

Données utilisées :

Cuivre masse volumique : 8,96 kg par dm³
Chaleur massique : 385 joules par kg et par °C

Eau Chaleur massique : 4185 joules par kg et par °C
Chaleur latente de vaporisation à 2 bars et 120°C : 2200 kilojoules par kilogramme.

Hello

Bebert n'avait-il rien d'autre à faire aujourd'hui ?

La diminution à 1 mm n'est pas vraiment dommageable en terme de résistance, un tube à une très grande inertie mécanique. Les accidents de chaudière ont lieu par les bouts et les soudures. Par contre le gain de poids pour le bateau n'est pas du tout négligeable.

En tout les cas, avec GAV ont a fait ces manip sans aucun problème tout simplement pour un gain de poids sachant que l'on se fournissait en matière auprès de ferrailleurs et que les tubes de cette taille en 1mm d'épaisseurs ne sont pas employé par les industriels, donc absent chez les ferrailleurs.

Quoi qu'il en soit, il faut toujours faire un test en pression avant l'utilisation.

A+ Xtian

Bonjour

Je suis entrain de fabriqué une chaudière en cuivre.

Le tube d'origine: diamétre 81mm X 150mm de long

L'épaisseur du tube environ 3.25

Au tour je suis descendu à une épaisseur de mm. environ

Je n'avais pas peser ce tube ni avent ni apres mais je sent bien la différence de poids

La chauffe se fera par 5 tubes de 6 mm en extérieur et en dessous

Les fonds font 3,25 d'épaisseur et serons fixé par un tirant de 4 mm

L'ensemble de chauffe sera dans un carter, d'assemblage de toles d'alu

Pour la sortie vapeur ça sera par un bome pris dans un tube de 22mm

Pression retenue 3 bars, donc éssais à 10/12 bars

@+ pif

Bin impec Pif.

Je ne comprenais pas trop la "masturbation calculatoire" soudaine de Bebert car je trouve logique que l'on diminue le diamètre du tube si on a besoin de le faire. Content de ne pas être le seul à penser ainsi !

A+

Bonsoir à tous

ben moi j'ai rien compris aux calculs de Bebert
je retient juste une chose.

si certains veulent faire des modeles reduits EXACTS, cela veut dire qu'à une echelle de 1/10
un tube de 2 mm d'épaisseur = 2 cm d'épaisseur sur un vrai !!!!!!!

c'est vrai , je ne suis pas expert (alors j'aimerais de vrais données de vrais bateaux à vapeur: epaisseur de la(les) chaudiere(s) et surtout le materiau (parce que je ne pense pas quelles soient (toutes) faites en cuivre : ATTENTION je ne dit pas qu'il n'y en a pas, je pense seulement que ça ne doit pas etre la majorité)
la densité de l'acier et du cuivre etant differente ( la conductivité de la chaleur également, ....)

mais je comprend que pour des raisons "pratique" un modeliste utilise le cuivre (facilité d'approvisionnement et d'utilisation), ....

Y a t-il une difference entre une chaudiere de bateau et une chaudiere de train ? Longueur, largeur, epaisseur, puissance, ? etc... )

A+
Christian

Chalut tertous!
Je crois que BEBERT parlait surtout de l'effet de masse chauffée et donc de son pouvoir calorifique,plus de masse = moins de refroidissement!(ceci dit,je n'y connais rien a la vapeur,mais je suis sensible aux problemes de deperditions!!)peut etre,me trompe'je (anyone is perfect!)

Ouh la Cris92, faire une chaudière en modèle réduit à l'échelle des échantillonnages de la réelle n'aurait aucun sens. La résistance des matériaux ne suis pas les règles linaires du changement d'échelle mais les efforts sont sur des surfaces, donc au carré de l'échelle et les masses en jeux sont au cube de l'échelle. Ca va dérailler à un moment ou à un autre.

le truc pas con que me disait un prof de physique est qu'un éléphant à l'echelle un 1/100 au milieu de moustiques aurait l'air con avec ces grosses pattes tandis qu'un moustique multiplié par 100 ne volerait jamais !

C'est pas pour faire un truc exact que l'on diminue un tube de cuivre à 1mm c'est parce que 1mm pour un tube en cuivre est suffisant pour accepter la pression dans nos diamètres de chaudière et qu'on en trouve pas.

Je ne sais pas trop en quoi étaient les chaudières marines, le cuivre me semblerait bizarre, la seule que j'ai vu durant des années était sur une plage de l'île de Sein et semblait être en une sorte de fonte.

pour ce qui est de l'effet de masse chauffée plus épaisse elle aura plus d'inertie thermique dans un sens comme dans l'autre, franchement avec du cuivre ça n'a pas vraiment d'importance, pour la déperdition, là c'est jsute une question de surface extérieure qui est kif kif avec queslques millimètres de retrait au diamètre. et puis elles sont généralement calorifugées.

Reste surtout le poids de la chaudière et là c'est pas anodin, on rêve d'un poids utile : de l'eau transformée en vapeur et plus on aura d'épaisseur de chaudière moins on aura d'eau et de vapeur !

A+ Xtian

Xtian je ne sais pas en quelle matière et faite une chaudière "marine" pour une chaudière de loco est ou était en extérieur en tôle mais intérieur en briques réfractaires en triple épaisseur avec joints croisés soit environ 35cm d'épaisseur ( info recueilli au prés de l'amicale de Coutras (33) li y a environ 15 ans)
bonne journée

Il est facile de concevoir qu'une chaudière de 2mm de paroi pèsera le double d'une chaudière de 1mm.

Pour la thermique, il est nécessaire d'effectuer quelques calculs.

Ces calculs montrent que la seule incidence concerne le temps de montée à la température d'utilisation.

Bien sûr, il faudra 2 fois plus d'énergie pour amener le cuivre de la chaudière de 2 mm à cette température.
Mais dans la chaudière, il y a de l'eau, et pour chauffer l'eau, il faut 10 fois plus d'énergie que pour le cuivre.

S'il faut 10 minutes pour amener en condition une chaudière de 1mm, il faudra, pour une chaudière de 2mm, 30 secondes de plus. Cela ne me parait pas réellement pénalisant.

Pendant l'utilisation, la température du corps de chaudière reste constante donc ne nécessite pas d'énergie supplémentaire.
L'énergie du brûleur sert uniquement à vaporiser l'eau pour compenser la vapeur utilisée par le moteur.

La seule différence est donc le poids. Thermiquement c'est kif-kif.
Pour un bateau, c'est parfois important. Pour une installation fixe, cela ne sert à rien de transformer en copeaux la moitié du cuivre acheté.

Je ne pense pas que la composition des chaudières marine étaient très différentes des chaudière ferroviaires, construites en acier.

Interresting isn't it

On est en modélisme naval et c'est le poids qui fait le besoin d'usiner ces tubes de laiton pour en faire des chaudières avec des parois "raisonables" et uniquement le poids, tu as prouvé que thermiquement ça n'a pas d'interêt mais ça on s'en doutait surtout avec la convection des alliages cuivreux !

Tiens Bebert comme tu as la calculite aigüe pour le moment : Ma chaudière fait 105mm de long, 87mm de diamètre extérieur pour 1mm d'épaisseur. Quelle gain de poids on a fait en retirant les 1,5mm d'épaisseur ? Je ne connais pas le poids du tube seul, la chaudière est maintenant montée avec les fonds, tubes de fumée, dôme et raccord elle pèse 800gr vide d'eau

Sachant que le remorqueur de 50cm de long est pil poil dans ses lignes en ordre de marche avec la chaudière au 2/3 pleine et le tank à gaz plein : combien d'eau j'aurais perdu à cause de cette surépaisseur inutile ?

Pour ce remorqueur on est parti à l'envers (ou à l'endroit après tout ) on a fait un projet de coque, pensé la machine, fait les calculs de poids, re-adapté le plan de coque, construit la machine et les accessoire avec la balance en point de mire et finalement le bidule est bien !

A+ Xtian

Contrairement aux calculs néphrétiques, c'est pas moi qui souffre, mais ma Casio Collége.

Le diamètre primaire de 90mm a été ramené à 87mm, cela donne une diminution de masse de 374g.
La chaudière faisant 105mm au total, j'ai supposé que le tube faisait de 100mm de long.

Pour sur, ce n'est pas négligeable pour un remorqueur de 50cm.

En gardant ce surpoids, le canot n'aurait plus été pile-poil dans ses lignes en début de navigation, mais à mi-service.

Bonjour  

Bein, moi j' me casse pas la tête avec tous ces calcul !  

J'ais un dénommé Paterson qui ma fait le calcul celons ma disponibilité de matière.  

Et le canot sera un remorqueur style Paterson ,mais avec une coque à bouchains, mon p'tit bouchon !

@+ pif  

Construction du dit "petit bouchon" à bouchains abandonnée !   

Bonsoir,

Par experience, les chaudieres epaisses sont très difficiles à chauffer... Le maxi etant de 1mm d'épais pour 50mm de diametre! Mais j'ai vu des chaudieres fonctionnant parfaitement avec 6/10eme d'epaisseur pour environ 50mm de diametre... Tout ça en ferroviaire 1/32eme chauffe gaz alcool ou charbon.
Et pour info, il y a fort longtemps quand j'ai commencé à bosser, mon premier boulot fut de réaliser des test d'eclatement sur tuyau de cuivres brasés à l'argent (60%) 1/2 heure apres brasure! Résultat des course, du 48x50 pete à 25 bars et du 4x6 pete à 3600 bars! Avec nos 3-4 bars, on a de la marge!

Hello! :Salut:
L'explication de Bebert38 est simple et claire, et aide à bien comprendre nos problèmes de vapeur à notre échelle.
Quelques chiffres pour savoir où on va, un peu de bon sens et on sait tout de suite où on est.
Si je peux apporter ma modeste contribution en supplément de cette brillante démonstration, je dirais qu'il faut +/-5 fois plus d'énergie pour transformer l'eau en vapeur, qu'il n'en faut pour la faire bouillir. Donc, une fois que le cuivre est chaud,...Il faut produire plus de vapeur que n'en consomme la machine.c'est pas gagné!
Concernant l'épaisseur de l'enveloppe de la chaudière et le gain de poids, je ne sais pas si la diminution de l’épaisseur au tour est vraiment intéressante.
Si on considère la chaudière en question 100x200 , elle conviendra mieux dans un canot d'1 m que dans un Goliath de 50.
Hors sur une surface à la flottaison de 100cm x 20cm, on aura 200cc au mm => 557/200 = 2.78mm
Chacun déterminera l’intérêt d'un tel usinage compte tenu de l'enfoncement et du roulis.
C'est vrai aussi que coté "explosion" on est loin de se faire mal. La pression n'est pas un problème en soit, le problème, c'est ce qu'on en fait lorsqu'elle sort de la chaudière.
Nos machines sont faites pour tourner entre 2 et 5 bars , (pour des problèmes de lubrification et de dilatation du métal), et il y a plus de chance qu'un joint cède, que de subir une rupture d'enveloppe.
L'énergie stockée dans notre chaudière ne fera pas de mal à une mouche si elle devait exploser: ce qui est fort peu probable, comme le démontre Papppy. Par contre les fuites sont chaudes sur une courte distance.
L'explosion des vraies chaudières est plutôt due à des problèmes de caléfaction que de pression. Ou encore de choc frontal!
Même en montant sur la chaudière et en serrant  la soupape à fond comme dans Lucky Luke, nous ne risquons pas grand chose.
Il faut tout de même faire attention et la prudence est synonyme de bon sens.
Mais qu’est-ce que je fais là, moi? C'est la faute de Graine au Vent!!!  
C'est plus fort que moi, dés que ça sent l'huile chaude................
Salutations à vous.

Bonjour à vous ;

Salut à Toi MADSTEAM
Comme d'autre ici, nous ne le savons pas non plus !
Et l'espoir de le découvrir nous fait continués à être présent et à nous poser, ainsi qu'aux autres, les mêmes questions

Salut,

au milieu des années 80 est paru toute une série d'articles dans le MRB, traitant du calcul du rendement et des dimensions des chaudières en modèle réduit, par un certain Philippe Gol(d)man(n)(?) si je me souviens bien, et ce qui m'avait frappé, c'était son concept de "chaudière en papier", où il expliquait que le meilleur transfert de calorie ne pouvait se faire qu'à travers la paroi la plus mince possible.

Exercice assez difficile, on peut l'imaginer, où il faut trouver le juste équilibre entre l'épaisseur du cuivre et sa résistance à la déformation...

Bonjour à vous ;
Oui , mais le transfert des calories ne se fait qu'à l'intérieur de la chaudière, sur les tubes bouilleur, et non sur l'extérieur.
Sur mon corps de chaudière, en le diminuent d'épaisseur, ce n'est juste que le poids que je voulais diminué.
Et de toute façon, on isole toujours l'extérieur de nos chaudière ! Donc le transfert ...
Et, après réflexion (ça m'arrive ), plus le corps de la chaudière aura du mal à restituer la chaleur interne, mieux ce sera . Non ?