Tuyauteries et raccords

On appelle tuyauterie tous les éléments d’un circuit véhiculant un fluide entre le point de production du fluide jusqu'au point d’utilisation. On trouve donc les tubes, coudes, raccords et jonctions.

 

Règles

Pour un bon rendement mécanique de notre moteur, la vapeur doit avoir une bonne température à l’entrée et une température plus basse à la sortie. Nous jouerons sur :

  • Le choix du métal.
  • Le calorifugeage.

Choix du métal

Il faut prendre en compte le coefficient de conductivité thermique du métal :

  • Le cuivre 333 Kcal/m2/h à 18°
  • Le laiton 85 Kcal/m2/h à 18°
  • L’acier 39 Kcal/m2/h à 18°

Compte tenu de ce que nous venons de dire :

  • L’alimentation se fera en laiton
  • L’échappement en cuivre.

Calorifugeage

Le modéliste, comme l’industriel, a fortement intérêt à calorifuger ses conduits de vapeur. L’ennemie du vaporiste étant la condensation, il faut éviter le plus possible de perdre de la vapeur sous forme d’eau en amont du moteur. Pour cela nous utiliserons une corde de coton, diamètre 1.5 à 2mm que nous enroulerons autour du tube, sans trop serrer afin de conserver les micro-volumes d’air.

Perte de charge

Nous n’entrerons pas dans la mécanique des fluides, mais sachons simplement que tous les accidents de parcours entraînent des pertes de charge qui se rapportent à des longueurs droites de tuyauterie.

  • Un coude à 90° est équivalant à 400 mm de tube.
  • Un robinet à 150 mm de tube.
  • Un raccord en T à 300 mm de tube

Pour définir la perte de charge d’un circuit, à notre niveau, nous pouvons estimer à 0.3 bar par mètre théorique de tuyauterie.
C’est à dire, qu’une tuyauterie de 450 mm entre la chaudière et le moteur avec 4 coudes à 90° plus un robinet, donnera une longueur totale de calcul de perte de charge de 2.2 m, soit une perte de charge de 0.66 bar. Si par exemple notre manomètre indique 4 bars, au moteur il ne restera que 3.3 bars.

Il faut donc définir le chemin le plus court et le moins perturbé.

  • Cintrer à grand rayon
  • Eliminer le plus possible les dérivations à angle droit

Dimensionnement des tubes

La base de dimensionnement de la tuyauterie est le volume de vapeur véhiculé par rapport à la section. Les vitesses raisonnables vont de :

  • 25 à 40 m/s pour l’alimentation en vapeur humide.
  • 40 à 60 m/s pour l’alimentation en vapeur surchauffée.
  • 15 à 20 m/s pour l’échappement.

Mais ces valeurs doivent être considérées comme maximales au-delà desquelles bruit et érosion interviennent. Il ne faut pas non plus augmenter exagérément le diamètre de passage car, la vapeur séjournant plus longtemps dans le tube aura pour effet, des pertes thermiques.

Le diamètre se calcule par la formule suivante :

D : Diamètre du tube en mm
V : Vitesse du fluide m/s
Q : Débit exprimé en cm3/mn

Exemple :

Un moteur vapeur de 5 cm3, ayant une fréquence de rotation de 1200 t/mn, sans surchauffe, une vitesse admissible de 30 m/s à l’admission et 15 m/s en échappement.

Nous obtenons comme Débit Q=5 x 1200 soit 6000 cm3/mn
Par la formule nous obtenons un diamètre de 2 mm pour l’admission et 3 pour l’échappement.

Cintrage des tubes

D'abord, recuire le métal à l’aide d’un petit chalumeau et laisser refroidir le tube. Soit remplir de sable bien sec et bien tassé, soit introduire un petit ressort à spires jointives, dont le diamètre intérieur correspond au diamètre extérieur du tube et effectuer le cintrage à la main.
Une autre solution consiste à utiliser un petit appareil suivant la photo ci-dessous :

(le plan est disponible à VAPEUR 45)

Les tuyaux

En général on utilise du tube de cuivre tendre ou mi-dur de Ø 3 ou 2.
Ces tubes sont facilement cintrables à la main lorsqu'ils sont recuits. Pour cela les tubes seront chauffés suffisamment afin d'obtenir leur équilibre physico-chimique et structural puis refroidis lentement.
Ces tubes pourront être réunis aux divers éléments du système grâce à des raccords 3 pièces.

Raccord 3 pièces

C'est l'élément qui sert à réunir un tube à un accessoire du système vapeur tout en assurant l'étanchéité nécessaire.
Le raccord est réalisé par tournage à partir de barre 6 pans de 8 mm en laiton et de rond de Ø 6 mm en laiton également.

Chaque raccord comprend :

un écrou

un embout

une base

L'écrou est taraudé généralement au Ø 6 x 75 (pas fin).
La base est filetée au même diamètre ou adaptée à son support.
L'embout sera soudé sur l'extrémité du tube préalablement enfilé dans l'écrou.

Viroles :

C'est l'élément qui permettra de fixer un raccord 3 pièces sur un accessoire du système vapeur.
La virole est réalisée par tournage à partir de barre 6 pans de 8 mm en laiton.
Elle est taraudée généralement au Ø 6 x 75 (pas fin).

Elle sera brasée sur l'accessoire.

Raccord 3 pièces pour tube de Ø 3 mm :

(Filetage métrique pas fin)

Raccord 3 pièces pour tube de Ø 2 mm :

(Filetage métrique pas fin)

Virole :