Vapeur ou air comprimé
Posté : mar. 14 nov. 2017 12:54
A propos d'une discussion que j'ai eue avec pas mal de modélistes sur le fonctionnement de moteur à vapeur avec de l'air comprimé...dont l'avantage pratique lors de mise au point est indéniable...mais qui ne devrait pas être utilisé en mode "normal" à mon avis. J'ai essayé de résumer les arguments thermodynamiques...
Un peu de théorie donc :
Tout corps ( eau, air etc...) chauffé contient la chaleur qui a servi à le chauffer, une énergie, récupérable en partie seulement, lors du refroidissement.
Mais en plus de cette chaleur, la vapeur contient aussi la chaleur nécessaire à la transformation de l’eau en vapeur ; on sait que la température de l'eau ne monte pas lors de l'ébullition, l'excédent de chaleur fourni par le brûleur pour réaliser le changement de phase eau-vapeur constitue la « chaleur latente de vaporisation ». Cette quantité de chaleur, qui est maintenant dans la vapeur, est bien plus grande (vers x 5 à 1 bar) que la chaleur nécessaire pour chauffer l’eau avant son ébullition.
Donc bien plus d’énergie sera récupérable lors de son refroidissement.
La vapeur contient ainsi beaucoup plus d'énergie que de l'air à la même pression.
Si un gaz (ou même un liquide incompressible !) est admis dans un cylindre pendant toute la durée de la course, un moteur oscillant par ex, il y aura très peu de différence de performances quel que soit le gaz, vapeur ou air.
Mais dès qu’il y a détente du gaz sur une partie de la course, c'est-à-dire un arrêt de l’admission avant la fin de la course avec une coulisse de distribution par exemple, le gaz se détend, sa pression baisse et son volume augmente, l’énergie nécessaire pour ce travail lui est fournie par son contenu en chaleur.
Lorsque de l'air comprimé se détend, la seule chaleur qu'il peut acquérir provient d'une chute de sa propre température et également de celle des parois du cylindre.
Une machine à détente se refroidit nettement en fonctionnant à l’air comprimé ; la marche à froid prolongée peut vite devenir préjudiciable au bon état du moteur, jeux réduits, lubrification gelée etc...
Par contre, lorsque la vapeur se détend, elle tire son énergie de sa propre chaleur, ce réservoir d'énergie est considérable comme dit plus haut.
Chaque vaporiste sait bien que son moteur monte rapidement en température dès qu’il est approvisionné en vapeur, jusqu’au point ou le moteur tourne sans condensation, il ne se refroidit plus, toute la chaleur requise pour la détente est alors fournie par la vapeur.
Ainsi on voit l’intérêt qu’il y a, pour une marche économique sur un moteur, d’utiliser la vapeur jusqu’à la pression la plus basse possible, pour récupérer un maximum d’énergie. Ne pas rejeter dans l'air de la vapeur encore sous pression, mais obtenir une détente complète de celle-ci par le moteur et ses annexes, détente compound, réchauffeur d’eau, pompe d’alimentation ou pompe de cale etc…
De plus il n’aura pas échappé à certains que les brûlures par la vapeur sont plus douloureuses que par de l’air à la même température ; l’élévation de température par de la vapeur qui se condense sur la peau est bien plus grande qu’avec de l’air, du fait de la bien plus grande quantité d’énergie qu’elle restitue lors de sa condensation.
Un peu de théorie donc :
Tout corps ( eau, air etc...) chauffé contient la chaleur qui a servi à le chauffer, une énergie, récupérable en partie seulement, lors du refroidissement.
Mais en plus de cette chaleur, la vapeur contient aussi la chaleur nécessaire à la transformation de l’eau en vapeur ; on sait que la température de l'eau ne monte pas lors de l'ébullition, l'excédent de chaleur fourni par le brûleur pour réaliser le changement de phase eau-vapeur constitue la « chaleur latente de vaporisation ». Cette quantité de chaleur, qui est maintenant dans la vapeur, est bien plus grande (vers x 5 à 1 bar) que la chaleur nécessaire pour chauffer l’eau avant son ébullition.
Donc bien plus d’énergie sera récupérable lors de son refroidissement.
La vapeur contient ainsi beaucoup plus d'énergie que de l'air à la même pression.
Si un gaz (ou même un liquide incompressible !) est admis dans un cylindre pendant toute la durée de la course, un moteur oscillant par ex, il y aura très peu de différence de performances quel que soit le gaz, vapeur ou air.
Mais dès qu’il y a détente du gaz sur une partie de la course, c'est-à-dire un arrêt de l’admission avant la fin de la course avec une coulisse de distribution par exemple, le gaz se détend, sa pression baisse et son volume augmente, l’énergie nécessaire pour ce travail lui est fournie par son contenu en chaleur.
Lorsque de l'air comprimé se détend, la seule chaleur qu'il peut acquérir provient d'une chute de sa propre température et également de celle des parois du cylindre.
Une machine à détente se refroidit nettement en fonctionnant à l’air comprimé ; la marche à froid prolongée peut vite devenir préjudiciable au bon état du moteur, jeux réduits, lubrification gelée etc...
Par contre, lorsque la vapeur se détend, elle tire son énergie de sa propre chaleur, ce réservoir d'énergie est considérable comme dit plus haut.
Chaque vaporiste sait bien que son moteur monte rapidement en température dès qu’il est approvisionné en vapeur, jusqu’au point ou le moteur tourne sans condensation, il ne se refroidit plus, toute la chaleur requise pour la détente est alors fournie par la vapeur.
Ainsi on voit l’intérêt qu’il y a, pour une marche économique sur un moteur, d’utiliser la vapeur jusqu’à la pression la plus basse possible, pour récupérer un maximum d’énergie. Ne pas rejeter dans l'air de la vapeur encore sous pression, mais obtenir une détente complète de celle-ci par le moteur et ses annexes, détente compound, réchauffeur d’eau, pompe d’alimentation ou pompe de cale etc…
De plus il n’aura pas échappé à certains que les brûlures par la vapeur sont plus douloureuses que par de l’air à la même température ; l’élévation de température par de la vapeur qui se condense sur la peau est bien plus grande qu’avec de l’air, du fait de la bien plus grande quantité d’énergie qu’elle restitue lors de sa condensation.
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