Projet : Conception et Réalisation d'un Moteur à Vapeur à Simple Effet Oscillant – Un Exemple de PFE Innovant
Dans le cadre des projets de fin d'études (PFE) ou des initiatives académiques en mécanique et thermodynamique, la construction d'un moteur à vapeur à simple effet oscillant représente une opportunité fascinante pour explorer les principes de base de la machine thermique. Ce projet, que j'ai réalisé personnellement avec mes étudiants (Soiyssa et Telmoudi), allie simplicité technique et apprentissage pratique, idéal pour les étudiants en ingénierie. Dans cet article, je vous présente les étapes clés de sa conception, sa construction et son fonctionnement, en mettant l'accent sur les aspects éducatifs.
Introduction au Projet
Le moteur à vapeur oscillant à simple effet est l'une des formes les plus élémentaires de moteur thermique. Contrairement aux moteurs complexes à double effet, il utilise la vapeur pour pousser le piston dans un seul sens, avec un retour assuré par l'inertie du volant. Ce modèle, avec une cylindrée de 1 cm³, est parfait pour un projet académique car il nécessite peu de matériaux coûteux et peut être assemblé avec des outils basiques comme un tour et une perceuse. Notre objectif était de démontrer les lois de la thermodynamique en action, tout en créant un modèle réduit fonctionnel pour des démonstrations en classe.
Ce projet s'inscrit dans la lignée des PFE axés sur l'énergie renouvelable et l'histoire de la mécanique, rappelant les inventions du XIXe siècle. Ce moteur marque le début d'une série dédiée aux réalisations étudiantes.
Moteur à vapeur: conception 3d
Matériaux et Outils Nécessaires
Pour réaliser ce moteur à vapeur oscillant, on a utilisé des matériaux accessibles :
- Acier 1045 pour le support, le piston, la base et le vilebrequin.
- Le laiton pour la chaudière et les bagues.
- Vis , écrous, ressort pour le sabot.
- Volant (joue le rôle d'une poulie), le cylindre et le palier en aluminium.
Outils : Tour à métaux pour l'usinage, perceuse, lime, soudure et fraiseuse à CN. Budget total : environ 50-100 €, rendant ce projet abordable pour un PFE.
Étapes de Construction
La réalisation s'est déroulée en plusieurs phases, en commençant par la conception sur papier.
- Le Bâti (Base): On a découpé une tôle (brut) en acier de 15 mm d'épaisseur, de dimension 101 x 51 mm. La pièce, fraisée et percée puis taraudée à M4.
La base
- Le Cylindre et le Piston : Le cylindre est un tube en aluminium bouché à une extrémité. Le piston, de 14 mm diamètre.
- Le Vilebrequin : Une pièce plate en acier, formant un maneton de 12 mm de course.
- Chaudière : .Pour la construction de chaudière on utilisé des métaux lourds non-ferreux, parce qu’ils conduisent bien la chaleur et se travaillent facilement: Le laiton.
Chaudière en laiton
L'assemblage final nécessite un rodage pour une étanchéité parfaite, et des tests avec une chaudière à vapeur basse pression.
Fonctionnement et Tests
Une fois assemblé, le moteur oscille autour de son axe : la vapeur entre par le sabot, pousse le piston, puis s'échappe lors de la rotation. Les angles d'admission et d'échappement minimisent les pertes. Lors de nos tests, il a atteint une vitesse stable avec une chaudière simple, démontrant l'efficacité énergétique. Ce projet nos permis d'analyser les pertes thermiques et d'optimiser les dimensions pour un meilleur rendement.
Conclusion
Ce moteur à vapeur à simple effet oscillant est un excellent PFE pour les étudiants en mécanique, combinant théorie et pratique. Il illustre parfaitement les principes de la vapeur comme source d'énergie.
Si vous êtes intéressé par les plans détaillés, téléchargez les PDFs ici: Dossier technique du projet
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