Vous êtes vous déjà demandé ce que vous pourriez faire en cas d’incendie dans votre maison ? Si vous avez un extincteur, vous pouvez tenter de l’utiliser avant l’arrivée des pompier. Pour un incendie bien amorcé, un petit extincteur sera utilisé en vain.
Nous proposons d’utiliser la recontextualisation et les loisirs techniques pour gérer un système de lance à incendie très technique propulsant de la mousse de CO2. C’est un bon exemple de la fabrication d’un appareillage très efficace à relativement « haute technicité » dont l’accessibilité au particulier est le résultat de la recontextualisation.
Schéma
Nomenclature explicative
Jauge 1 : elle permet de surveiller le niveau d’eau dans le réservoir 2.
Réservoir pressurisé 2 : il contient l’eau et l’air comprimé, il est constitué d’un ou plusieurs ballons d’eau chaude sanitaire dont l’usage est détourné. Il peut donc être un appareil recyclé dont les résistances électriques (ne nous intéressant plus dans ce cas) sont fichues. Il convient toutefois d’utiliser un ballon d’une région où l’eau est peu calcaire, et dont l’état général est bon.
Vanne d’air 3 : cette vanne permet de purger le dispositif pour les maintenances éventuelles. Il est possible d’automatiser le maintien de la pression d’air via un port auxiliaire.
Vanne d’eau 4 : elle permet la vidange pour la maintenance et le remplissage d’eau du réservoir 2.
Pressostat 5 : il permet de surveiller la pression d’air dans le réservoir 2, en générant soit une alerte, soit une consigne de remise en pression. L’information qu’il génère peut être utilisée dans un système de sécurité permettant d’informer d’un défaut d’étanchéité, etc.
Réservoir d’agent moussant 6 : il contient un agent moussant. Par exemple du bain moussant acheté en supermarché.
Vanne réglable 7 : cette vanne réglable doit permettre de modifier le débit d’agent moussant.
Venturi 8 : il permet l’aspiration d’agent moussant et son mélange dans l’eau.
Bouteille de CO2 9 : c’est la réserve de CO2, elle peut être constituée de bouteilles consignées dédiées à la soudure comme de bouteilles à usage unique utilisées en aquaculture. Il faut être prudent quant à la localisation de cette réserve. En effet, une fuite peut générer un risque important d’asphyxie. Il convient d’équiper d’un détecteur de gaz le local où se situe la réserve.
Manodétendeur 10 : il régule la pression du CO2 qui alimente le venturi 12, la valeur de la pression ne doit jamais permettre le refoulement du CO2 dans l’eau. Selon le comportement du venturi 12, il sera peut être nécessaire d’asservir le manodétendeur selon la pression du réservoir 2. À confirmer par l’expérience.
Échangeur thermique 11 : cet échangeur thermique est constitué d’une spire de cuivre plongée dans un réservoir d’eau à température ambiante (12°C par exemple, dans une cave) et empêche la détente du CO2 de geler l’eau dans le venturi 12.
Venturi 12 : il permet de créer une dépression permettant l’injection de CO2 dans la conduite, bien que le détendeur 10 soit réglé à une pression inférieure à celle du réservoir 2.
Sortie 13 : elle alimente le réseau de lance à incendie, qui elles mêmes peuvent être réalisées à partir de matériels à usage détourné.
Sur internet, il existe une communauté de bricoleurs de systèmes « HHO ». Il s’agit en fait de fabriquer du dioxygène et du dihydrogène par le procédé d’électrolyse. HHO est une manière non rigoureuse de désigner le mélange de gaz H2 et O2.
L’application principale, qui en est faite par les internautes, est la fabrication de chalumeaux oxhydriques. Ils permettent d’obtenir une flamme haute température capable de remplacer la technologie oxyacétylénique ou bi-gaz (pour pratiquer le soudobrasage par exemple). Un chalumeau oxhydrique à électrolyse utilise l’énergie électrique du réseau. Ainsi il n’est plus nécessaire d’avoir recours à des bouteilles consignées d’oxygène, de mélange de GPL ou d’acétylène. Une curiosité intéressante est qu’autrefois l’acétylène était produit par un générateur fonctionnant à la manière des lampes à carbure.
D’autres applications existent; certains injectent ce mélange de gaz dans les moteurs automobile, convaincus que cela permet d’augmenter leur rendement. Enfin, cela peut servir à stocker de l’énergie électrique en constituant une réserve d’hydrogène. Le dihydrogène est néanmoins difficile à stocker en toute sécurité. Notez qu’il ne faut jamais stocker le mélange H2 O2 dans un même réservoir, cela en ferait une véritable bombe.
Schéma
Vous remarquerez que cette suggestion de conception ne permet pas la récupération indépendante des deux gaz. Le mélange produit ne peut être stocké pour des raisons de sécurité. Son usage principal reste le chalumeau oxhydrique.
Nomenclature explicative
Bloc support 1 : ce bloc en plastique n’est pas traversé entièrement par les tiges filetées 4, il est muni de taraudages. Des canaux d’arrivée d’eau sont à y ménager.
Bloc support 2 : second élément de la structure mécanique de l’ensemble, il est traversé par les tiges filetées 4. Des canaux de sortie de gaz sont à y ménager.
Tubes inox 3 : c’est le troisième élément de la structure mécanique, tout en remplissant aussi le rôle d’électrodes.
Tiges filetées 4 : ce sont elles qui maintiennent le système serré en jouant le rôle de seconde électrode.
Borne électrique 5 : elle permet d’alimenter électriquement les tubes en inox 3. C’est une barre conductrice qui dessert tous les colliers 11.
Borne électrique 6 : elle permet d’alimenter électriquement les tiges filetées 4. C’est une barre conductrice enserrée par les écrous 10 qui la relient aux tiges filetées 4.
Arrivée d’eau 7 : c’est l’alimentation en eau dédiée à l’électrolyse. Des raccords d’implantation peuvent être insérés dans le bloc 1 afin de réaliser cette fonction.
Sortie de gaz 8 : c’est la sortie du mélange de gaz. Des raccords d’implantation peuvent être insérés dans le bloc 2 afin de réaliser cette fonction.
Rondelles 9 : elles garantissent l’étanchéité entre l’écrou et le bloc 2. Un produit d’étanchéité doit être inséré sur la tige filetée, uniquement sur l’écrou en contact avec la rondelle. En effet au moins un écrou doit permettre la continuité électrique entre la barre 6 et les tiges filetées 4.
Écrous 10 : ils permettent de serrer l’ensemble et d’assurer la continuité électrique entre la barre 6 et les tiges filetées 4.
Colliers 11 : ils assurent la continuité électrique entre la barre 5 et les tubes 3.
Le coût d’un aspirateur central est souvent relativement élevé. Le premier prix de faible puissance est d’environ 400 € et la version la plus puissante peut atteindre 1000 €. Le sujet est donc très intéressant en recontextualisation, car nous pressentons d’ores et déjà la possibilité de réduire les coûts.
L’aspiration d’air utilisée en nettoyage n’est définie que par deux caractéristiques : le débit et la pression (ou la dépression). Si votre aspirateur central n’est pas considéré comme tel, cela ne dérange en rien tant que ce couple de caractéristiques est jugé satisfaisant. Nous vous invitons à consulter l’article « Ce n’est pas fait pour » pour plus d’informations.
La solution alternative
Nous chercherons à atteindre trois objectifs principaux :
Réduire les coûts.
Avoir une puissance d’aspiration équivalente à un aspirateur dédié.
Utiliser une technologie sans sac.
Avoir un volume de stockage de la poussière équivalent à un aspirateur dédié.
Dans cette optique, nous proposons l’utilisation de deux aspirateurs avec sac, utilisés sans, chacun relié à une cuve de vide-cendre. Félicitation, vous venez déjà de comprendre comment réaliser, à peu de choses près, un aspirateur eau et poussière vraiment bon marché ! Le volume des vide-cendres est au choix, les aspirateurs aussi. L’utilisation en double de ce dispositif permet d’obtenir un débit important, principale cause du ressenti d’efficacité d’un aspirateur. En effet, la dépression maximale ne se manifeste que dans les cas où l’on cherche à aspirer au travers d’un coussin ou d’un tapis par exemple. Quand nous parlons d’aspiration, c’est pourtant la valeur de dépression à laquelle nous pensons en priorité. Nous utilisons toutefois très rarement cette valeur maximale potentiellement fournie par l’aspirateur.
Les modifications
Nous recommandons de raccourcir les câbles d’alimentation électrique d’origine des aspirateurs recontextualisés. En effet, cette longueur génère des pertes par effet Joule et devient inutile dans le cas d’une installation stationnaire. D’autres pertes par induction s’ajoutent si le câble est enroulé. La suppression de l’enrouleur de câble avec ses pistes est aussi fortement recommandée. Comme nous avons deux aspirateurs indépendants, il est aussi possible de faire en sorte qu’ils démarrent en différé afin de limiter l’appel de courant. Le raccordement des aspirateurs aux vide-cendres doit être fait avec un tuyau lisse, mais renforcé (afin que la dépression ne l’écrase pas). Il faut donc remplacer le tuyau souple annelé d’origine de l’aspirateur, qui génère une perte de charge importante. Les vide-cendres peuvent aussi être modifiés de telle sorte que l’arrivée de la poussière se fasse tangentiellement aux cuves. Cela ajoute un effet de centrifugation qui réduit l’encrassement des filtres.
La mise en marche
La mise en marche de l’installation se fait, dans les versions commercialisées, par la détection d’une onde de choc dans le conduit, lors de la connexion d’un accessoire, ou par un câble électrique intégré au flexible. Ces méthodes sont reproductibles moyennant quelques compétences supplémentaires. Un simple interrupteur peut suffire.
Le reste : réseau de tuyaux et accessoires
Les réseaux de tuyaux peuvent être constitués des mêmes accessoires que ceux utilisés dans les versions commerciales. En fait, les tuyaux en eux même présentent des caractéristiques intéressantes. Ils sont très lisses et les raccords ont des géométries particulières qui réduisent les pertes de charge. Les prises ont une géométrie telle que les objets comme les stylos ne peuvent entrer. Mais par dessus tout, le coût des tuyaux spécifiques en P.V.C. est équivalent voire inférieur à celui des tuyaux d’évacuation d’eaux usées par exemple. Contrairement à l’aspirateur lui même, il est peu intéressant de chercher à substituer le matériel dédié.
Le coût de la solution
Le coût de l’aspirateur se décompose de cette manière, en étant pessimiste :
Parfois une particularité dans le nom d’un produit augmente considérablement son coût. Le physicien ne voit pas dans les produits la même chose que le consommateur avec son catalogue en main. Faites preuve d’astuce, et n’hésitez, pourquoi pas, à récupérer des aspirateurs dans les poubelles. Souvent c’est un accessoire ou une partie mécanique cassée de l’aspirateur qui lui a valu son statut de déchet. Ils sont donc souvent récupérables pour les intégrer dans une installation stationnaire.
L’élévateur volumétrique à pistons utilise le même principe que les surpresseurs d’air comprimé ou les systèmes qui permettaient de faire rentrer de l’eau dans les chaudières à vapeur sous pression.
Le principe global utilise le fait que la force exercée par un piston dépend de sa section et de la valeur de la pression qu’il reçoit. Il est donc possible d’augmenter la pression d’un fluide en faisant transiter l’énergie par une transmission mécanique entre des pistons de sections différentes. On obtient, dans le cas de l’eau, un dispositif comme le montre le schéma ci-dessous.
Avantages de l’élévateur volumétrique :
Il fonctionne quel que soit le débit de la source primaire.
Il utilise facilement l’intégralité de l’énergie potentielle disponible car la conduite d’alimentation est pressurisée.
Il est peu encombrant.
Il ne nécessite pas de recharge en air comme un bélier hydraulique car il ne stocke pas de pression.
Le pompage (et non seulement l’élévation) est possible. Ce système fonctionne comme un moteur volumétrique qui pourrait entrainer n’importe quel récepteur.
Inconvénients :
Réalisation plus complexe qu’un bélier.
Étanchéité rigoureuse nécessaire des ensembles pistons/cylindres, ces derniers peuvent être réalisés en polycarbonate, par exemple.
Schéma
Nomenclature explicative
1. Piston/cylindre : c’est l’ensemble moteur, le piston est de section S1 et la pression P1 est celle imposée par le hauteur de la chute d’eau primaire.
2. Piston/cylindre : c’est l’ensemble pompe, le piston est de section S2 et la pression P2 est celle imposée par la hauteur de refoulement.
3. Arrivée d’eau : c’est la canalisation qui provient de la source d’eau primaire.
4. Clapet anti-retour : c’est le clapet qui permet à l’eau de la source primaire de repousser l’ensemble vers le bas.
5. Clapet anti-retour : c’est le clapet de refoulement de l’ensemble pompe.
6. Conduite de refoulement
7. Vanne d’admission : c’est la vanne d’admission de l’ensemble moteur.
8. Vanne d’échappement : c’est la vanne d’échappement de l’ensemble moteur.
9. Conduite d’échappement : c’est la conduite d’échappement qui évacue le volume d’eau motrice.
10. Lien mécanique : c’est une tige qui relie les deux pistons et soutient l’arbre à cames 11.
11. Arbre à cames : il soutient les cames 12 qui actionnent la vanne d’échappement et d’admission.
12. Cames : elles actionnent les vannes 7 et 8. La position des cames n’est pas à l’échelle sur le schéma indicatif.
Pour que le système fonctionne, il faut :
S1/S2 > P2/P1
La supériorité est indispensable pour compenser les pertes et les énergies nécessaires à l’actionnement des vannes. Il conviendra d’estimer ces valeurs en fonction de la dimension du système et des technologies de vannes utilisées. La question du comportement des vannes en fin de course nécessite un travail d’étude supplémentaire.
Le bélier hydraulique est sans doute, de tous les systèmes élévateurs d’eau n’utilisant comme source d’énergie qu’une chute d’eau, le plus répandu.
Il permet, c’est là tout l’intérêt, de remonter de l’eau à une hauteur supérieure à celle de la source. Toutefois, il est possible que la chute d’eau primaire ne fournisse pas un débit permettant l’alimentation continue d’un bélier hydraulique. Pour pallier ce manque de débit, il est possible d’utiliser une source d’eau intermittente à vanne en bas.
Pour découvrir ce qu’est un bélier, je vous invite à visionner cette vidéo :
Notez, pour bien comprendre, qu’un bélier hydraulique utilise l’énergie cinétique de l’eau dans la conduite d’alimentation pour créer de la pression. Si vous souhaitez augmenter la pression de refoulement, c’est à dire augmenter l’énergie d’un coup de bélier, vous pouvez augmenter la longueur de la canalisation d’alimentation. Ainsi, vous augmentez la masse totale d’eau en mouvement et donc l’énergie cinétique.
Revenons à nos moutons : le bélier devra démarrer lorsque le réservoir d’amont sera plein et s’arrêter automatiquement lorsqu’il sera vide. Avec la solution à fontaine intermittente, la vanne d’alimentation du récepteur, ici, le bélier, sera en fait remplacé par une action sur le clapet du bélier. Sa remise en marche ne pouvant effectivement se faire aussi simplement que par l’ouverture d’une vanne. Nous proposons l’utilisation d’un marteau hydraulique miniature. En effet, si de l’air s’introduit dans une canalisation après une maintenance, le redémarrage du bélier nécessite une succession de pressions sur le clapet.
Voici un exemple de marteau hydraulique miniature :
On peut alors remarquer que, tant que le marteau miniature sera alimenté par le trop-plein du réservoir primaire de la source intermittente, il tentera sans cesse de relancer le bélier. Pour éviter toute perturbation en fonctionnement normal, si le débit de la source dépasse celle du bélier en saison humide, il faudra limiter le débit. Cela peut se faire par la structure du captage de la source primaire. En effet, il peut simplement s’agir de limiter la section du tuyau d’alimentation de la source initiale.
Schéma 1
Nomenclature explicative
1. Couple flotteur-contrepoids: il génère un signal mécanique qui inhibe ou autorise le fonctionnement du bélier, conditionné par le niveau haut. Le but est d’arrêter la consommation d’eau en cas de remplissage complet et de relancer le bélier dès que le niveau commence à baisser.
2. Système de poulies : il permet de guider le câble de transmission 3.
3. Câble de transmission : il renvoie le signal mécanique généré par le couple flotteur-contrepoids jusqu’au clapet du bélier.
4 . Conduite de trop plein : c’est une dérivation du signal hydraulique du trop-plein mentionné dans l’article sur la source intermittente à vanne en bas. Il alimente le marteau hydraulique pour relancer le bélier.
5 . Signal mécanique : c’est l’action mécanique récupérée de la source intermittente à vanne en bas. Il correspond à l’action sur la « vanne en bas » qui, dans ce cas, est remplacée par le clapet du bélier.
6. Signal mécanique : c’est l’action mécanique du marteau sur le clapet du bélier et qui est répétée tant que le niveau du réservoir de la source intermittente déborde.
7. Refoulement : c’est la conduite d’eau sous pression produite par le bélier et qui alimente le réservoir final.
8. Échappement : il s’agit de la conduite d’évacuation de l’eau motrice du bélier et du marteau miniature.
Schéma 2
Nomenclature explicative
1. Guidage de l’index du marteau : il permet de renvoyer le mouvement du marteau à la tige 6.
2. Ressort de rappel : il ramène l’index du marteau en position haute.
3. Marteau hydraulique miniature : il permet d’envoyer des impulsions sur le clapet tant que le trop-plein du réservoir de la source intermittente déborde. Si le réservoir d’eau final est plein, alors l’inhibition empêche l’impulsion de pousser la tige 6.
4. Arrivée du trop-plein : conduite de dérivation en provenance du trop-plein du réservoir d’alimentation de la source intermittente.
5. Index guidé : il renvoie les signaux mécaniques en provenance de la source intermittente sur la tige 6.
6. Tige du clapet : il renvoie les différents signaux mécaniques au clapet 9.
7. Ressort de traction réglable : il permet, en plus du poids de la tige 6 elle même, d’ajuster l’effort sur le clapet, c’est un réglage usuel sur les béliers hydrauliques.
8. Index guidé : il renvoie les signaux mécaniques en provenance du réservoir d’eau final sur la tige 6.
La source d’eau intermittente présentée dans l’article précédent atteint ses limites lorsque l’utilisation de l’eau est située à plus de 10 mètres en contrebas. En effet, si l’on ferme la vanne située en haut dans ces conditions, on obtient une dépression de 1 bar environ. Une fermeture d’une vanne en haut d’une colonne d’eau provoque la cavitation et peut détériorer les conduites.
Cette version « vanne en bas » est plus complexe. Elle utilise en effet deux fois le système de la version simple, mais permet d’étendre le champ d’application d’une source intermittente.
Schéma
Fonctionnement
Lorsque la source 1 a rempli le réservoir 2 jusqu’au trop-plein 3, il remplit à son tour le seau 16 provoquant l’ouverture de la vanne 23 et la fermeture de la vanne 22. En se fermant, la vanne 22 autorise le prochain remplissage du seau 15. La vanne 23 est ouverte et alimente l’utilisateur 26. Lorsque le niveau du réservoir 2 atteint le flotteur 12, il ouvre la vanne 13. Cette dernière remplit le seau 15 de la quantité contenue dans le volume réservé 4. La prise d’air 14 permet d’éviter la cavitation et la vidange totale du volume injecté dans la conduite. Cela provoque l’ouverture de la vanne 21 et donc la vidange du seau 16. Le contrepoids 18 ouvre alors la vanne 22 et ferme la vanne 23. La vanne 22, en s’ouvrant, provoque la vidange du seau 15. Une fois vide, il autorise le contrepoids 17 à refermer la vanne 21, autorisant le remplissage du seau 16 au prochain trop-plein.
Chronogramme logique du cycle (approximation des courbes par des pentes)
Vous aurez sans doute remarqué une interaction paradoxale entre les vannes 21 et 22. Pour être certain d’avoir parcouru la course totale des leviers des vannes 22 et 23, il faut veiller à respecter les dispositions géométriques mentionnées ci-dessous. Nous pouvons aussi faire en sorte que, la sortie 25 soit légèrement rétreinte, afin de ralentir la vidange du seau 15. Il convient notamment que le seau 15 recueille initialement une quantité d’eau supérieure au volume strictement nécessaire à la compensation du contrepoids. Associé à la rétreinte de la sortie 25 évoquée plus haut, nous augmentons donc le temps d’ouverture de la vanne 21. La sortie 24 doit rester libre pour faciliter la vidange rapide du seau 16.
Fermeture et ouverture des vannes
En respectant la configuration suggérée ci-dessus, nous nous assurons de l’ouverture franche des vannes. Pour que le mouvement débute, il faut que le moment Fp x R soit supérieur au couple résistant Cr. C’est toujours le cas à partir de l’instant où le mouvement a débuté. En effet, sur la course C1, cette quantité ne fait que croître. Sur la course C2, elle diminue et la masse du contrepoids ou du seau qui génère la force F n’est pas censée varier suffisamment pour arrêter le mouvement. Dans le cas du seau 15, les préconisations évoquées plus haut permettent d’empêcher la variation trop rapide de la masse. De plus, lors de la course C1, les masses ont acquis de l’énergie cinétique qui facilite le franchissement de la course C2. Lorsque les seaux sont vides, la masse ne varie plus.
Nous pouvons présupposer que si le mouvement des vannes 22 et 23 débute, il s’achève aussitôt. La rétreinte de la sortie 25 et l’excédent de masse dans le seau 15 constitueraient des options garantissant au besoin le mouvement complet des vannes 22 et 23. La vanne 22 pourrait être facultative si le seau 15 était légèrement fuyard. Cependant, l’utilisation d’une fontaine intermittente est prévue dans le cas où l’eau est précieuse car le débit de la source primaire est insuffisant pour une utilisation directe. Nous privilégierons donc l’économie d’eau en minimisant la quantité utile du seau 15.
Ce système permet d’obtenir, par intermittence, un débit d’eau élevé à partir d’une source de faible débit. C’est le principe de la chasse d’eau, si ce n’est que le déclenchement de la vidange se fait automatiquement lorsque le réservoir est plein. Cela peut être utile dans le cas où vous voudriez faire fonctionner une fontaine ou un moteur hydraulique à partir d’une source de tout petit débit.
Nous pourrions être tenté d’utiliser le principe naturel d’une Fontaine intermittente. Toutefois, dans ce cas, de l’air rentre dans la conduite de sortie, ce qui ne convient pas à toutes les applications. Le système proposé dans cet article permet d’éviter l’entrée d’air dans la conduite, moyennant un processus mécanique un peu plus complexe que celui d’un siphon.
Le dispositif proposé est autonome et n’emploie aucun composant, ni électronique ni électrique.
Schéma
Fonctionnement
Au vu de la logique de fonctionnement, nous n’utiliserons pas de nomenclature explicative mais une description du déroulement d’un cycle mentionnant les différents composants impliqués au fur et à mesure.
L’eau de la source primaire arrive par la conduite 1 et remplit le réservoir 12. Dans ce cas, le flotteur 9 maintient le levier 10 levé qui maintient lui même la vanne 12 fermée. Lorsque l’eau atteint le trop-plein 2, le seau 3 se remplit ainsi que la conduite souple 11, la vanne 12 étant toujours fermée. Lorsque le seau 3 devient plus lourd que contrepoids 5, il actionne la tige 6, qui tire sur le levier 7. Ce dernier ouvre ainsi la vanne 8 qui alimente la conduite 13 reliée au récepteur (fontaine, turbine, etc.)
À ce stade, le niveau dans le réservoir 12 diminue.
Lorsque le niveau d’eau atteint le flotteur 9, le levier 10, sous son propre poids, descend en ouvrant la vanne 12 (l’ensemble 9;10;12 peut être constitué d’un robinet flotteur de chasse d’eau). Il en résulte la vidange du seau 3 et de la conduite souple 11. Le seau 3 devient plus léger que le lest 5 qui pousse alors la tige 6 et le levier 7, fermant ainsi la vanne 8.
Le cycle recommence indéfiniment de manière autonome. Le composant repéré 4 est une poulie.
Ci-dessous, deux curiosités :
Un système similaire qui utilise, à la place du seau 3, un réservoir fuyard, évoqué dans l’article sur la version 2 de la source intermittente.
Un autre système similaire, qui utilise, à la place du seau 3, un réservoir en vase communiquant avec le réservoir 12. Ceci est possible lorsque le réservoir principal, ici la bassine, est « à l’échelle » du vase communiquant. Cela peut être judicieux si le tuyau qui relie ce petit réservoir à la bassine assure qu’il n’est pas capable de déborder pendant le temps de la décharge complète. Dans ce cas, le temps de décharge conditionne le débordement du petit vase durant son maintien en position basse.
Avec un temps de décharge court et une augmentation d’échelle :
Afin de pouvoir démarrer des moteurs facilement, on utilisait autrefois les rhéostats. Usuellement ils sont réalisés avec des matériaux solides qui constituent une bobine résistive sur laquelle se déplace un curseur. Ces matériels restent assez coûteux pour le particulier.
Il existe une méthode pour réaliser un rhéostat peu coûteux et quasiment inusable qui fonctionne selon le principe de deux électrodes immergées dans une solution conductrice.
Il faut être très prudent sur l’étanchéité et installer toutes les protections électriques liées à la sécurité (que nous n’aborderons pas dans cet article). Dans tous les cas, sachez que les éléments de sécurité indispensables à la réalisation d’un tel dispositif ne sont en aucun cas suffisamment décrits dans cet article, y compris dans le paragraphe « Avertissements » qui n’en donne qu’une vague idée.
Schéma
Nomenclature explicative
1. Tube en matériau isolant (céramique, verre, plastique): il contient l’électrolyte et les électrodes. L’électrolyte est simplement de l’eau à laquelle sont ajoutés des sels minéraux la rendant partiellement conductrice. Vous pouvez par exemple utiliser du bicarbonate de soude.
2. Tube isolant : il permet de tenir l’électrode mobile et sera entrainé par le moteur 5. Au centre passe le câble de liaison électrique avec l’électrode 3. La jonction entre le tube et l’électrode 3 doit être étanche à l’électrolyte.
3. Électrode mobile : elle se rapproche ou s’éloigne de l’électrode fixe 4 modulant ainsi la valeur de la résistance entre les bornes 6. La résistance augmente lorsque les électrodes s’éloignent et diminue lorsqu’elles se rapprochent.
4. Électrode fixe : c’est l’électrode immobile qui constitue la seconde borne de la résistance variable.
5. Moteuret système d’entrainement : ils actionnent la tige isolante 2 qui porte l’électrode mobile 3.
6. Bornes de raccordement : elles permettent le raccordement électrique du système.
7. Enrouleur : d’une technologie laissée à l’initiative du concepteur, il permet de récupérer correctement le mouvement du câble relié à l’électrode mobile 3.
8. Pompe : c’est une pompe d’évacuation de machine à laver de type synchrone monophasée; elle sert à brasser l’électrolyte avant l’utilisation du rhéostat. Il est important de respecter ces spécifications car dans ce type de pompe, le rotor à aimants permanents est totalement isolé du stator. Ainsi il ne peut y avoir de fuite de courant entre l’électrolyte et le corps de la pompe. Il faut veiller à utiliser une tuyauterie totalement isolante et relier à la terre tous les colliers de serrage métalliques. Il est recommandé que ces colliers de serrage soient métalliques car une fois reliés à la terre, ils permettraient en cas de fuite hydraulique de détecter la fuite électrique qui en résulterait. L’étanchéité devra être parfaite pour éviter tout incident.
9. Vanne : destinée à la vidange pour la maintenance, elle est impérativement en matériau isolant bien que son accès en fonctionnement soit strictement interdit comme expliqué dans le paragraphe ci-dessous.
Avertissements
Un tel dispositif peut compromettre la sécurité des personnes, notamment en cas de contact accidentel avec une fuite d’électrolyte. Il convient, dans cette proposition de conception, de prévoir la mise à la terre de tous les composants métalliques du dispositif et l’usage d’un disjoncteur différentiel 10 mA en amont. Lors de l’utilisation, l’accès à la zone où est installé le système doit être formellement interdit par une enceinte grillagée provoquant la mise hors tension immédiate lors d’une intrusion. Cette dernière sera obligatoirement reliée à la terre. Il est recommandé de placer sous ce type de rhéostat, une grille métallique elle aussi reliée à la terre. En cas de ruissellement accidentel de l’électrolyte, le disjoncteur différentiel coupera l’alimentation générale. L’installation doit être impérativement consignée pour toute intervention moyennant l’usage de sectionneurs cadenassables. Il est obligatoire de respecter les cinq étapes minimales de la consignation. Cette rigueur est obligatoire et plus particulièrement en dehors de l’industrie pour crédibiliser la recontextualisation tout en restant en sécurité.
Sur le net, nombreux sont les bricoleurs qui cherchent à fabriquer des brûleurs pour valoriser les huiles végétales usagées. Il y a deux grandes méthodes principalement utilisées. Tout d’abord le brûleur « pot » qui fonctionne comme un poêle à mazout et qui consiste en un pot rempli d’huile dont une flamme émane de la surface du combustible. Ces systèmes ne permettent pas leur intégration dans une chaudière standard et conviennent pour les poêles. Voici un exemple d’un poêle à huile bien réalisé :
Ensuite il y a la famille des bricolages qui tentent d’utiliser un système venturi où un flux d’air comprimé pulvérise l’huile. Ces brûleurs sont, par exemple, constitués d’une sphère munie d’une fente ou d’un trou autour de laquelle l’huile s’écoule, ce système est dit « brûleur Babington » :
Industriellement, les optimisations donnent des résultats efficaces, ce qui est rarement le cas en bricolage. D’autres tentent d’utiliser des pistolets à peinture. Ces deux technologies sont difficiles à optimiser. En effet, le flux d’air ne peut être réglé indépendamment du flux d’huile car ils sont liés par la technologie propre de pulvérisation, comme vous l’aurez compris. La principale difficulté de ces systèmes est le réglage de la finesse de la pulvérisation et du débit d’huile. La plupart des bricolages de ce type utilisent un récupérateur de gouttelettes et des tubes catalyseurs pour tenter de brûler toutes les gouttelettes :
D’autres tentent simplement de convertir des brûleurs standard au fioul en brûleurs à huile. Mais là, attention aux dégâts, la viscosité du fioul domestique n’est pas du tout la même que celle de l’huile végétale, et ce malgré l’utilisation de systèmes de préchauffage. D’autres brûleurs industriels à huiles assument simplement la viscosité différente en utilisant des pompes volumétriques dimensionnées en conséquence. Dans tous les cas, ne tentez jamais d’utiliser de l’huile dans un brûleur destiné au fioul domestique, cela peut être dangereux.
Le brûleur à cartouche pressurisée.
S’il n’est pas impossible de fabriquer un brûleur à huile par une pompe volumétrique adaptée ou un système venturi, il existe cependant une autre solution que nous n’avons pas encore évoquée et qui a pour avantages :
pas d’utilisation de pompe volumétrique chère et sensible,
l’utilisation possible de gicleurs standard fioul ou huile procurant un brouillard fin,
une indépendance du flux d’air et d’huile,
surpression ou dépression impossible en cas de bouchage des conduites ou des filtres.
Cette méthode qui ne semble pas du tout répandue dans la communauté des constructeurs de brûleurs à huiles est pourtant la plus répandue dans notre vie quotidienne. C’est celle qui consiste à pressuriser le fluide avec un gaz à la manière des sprays. Elle a toutefois un inconvénient, le brûleur ne peut pas fonctionner de manière continue, le plus long cycle de flamme possible dépend de la quantité d’huile pressurisée dans la cartouche. Pour un cycle plus long, il y aura forcément une interruption avec la conception proposée. Cependant les chaudières à fioul fonctionnent usuellement par cycles intermittents, et dans ce cas, l’utilisation d’une cartouche pressurisée est transparente pour l’utilisateur. Il est néanmoins possible de palier le problème de l’intermittence par l’utilisation de deux cartouches pressurisées indépendantes utilisées alternativement. La cartouche pleine prendrait le relais de la cartouche vide qui s’apprêterait à être rechargée, garantissant ainsi la continuité de la flamme.
La cartouche pressurisée est le cœur du système, elle contient l’huile combustible et l’air comprimé. Elle peut par exemple être réalisée avec une nourrice en laiton. Elle a quatre entrées/sorties. En bas se situe la connexion au circuit d’huile. Au milieu on trouve la sortie de débordement qui permet de détecter le remplissage de la cartouche. La connexion au circuit d’air comprimé se fait en haut. En haut, dans l’axe, on trouve la traversée de cloison de la conduite d’alimentation du gicleur. Enfin, le bas de la cartouche peut être équipé d’un bouchon facilitant la maintenance.
Le gicleur est un gicleur standard pour fioul avec un débit accru (compensation de la viscosité) ou pour huile végétale. Dans le cas de l’utilisation d’un gicleur à fioul « surdimensionné » il conviendra de comprendre que ses indications nominales de débit ne seront plus exactes dans cette application.
L’électrovanne de purge d’air sert à éliminer la pression résiduelle en fin de cartouche. La détection de la fin de cartouche peut se faire de plusieurs manières : soit par une temporisation, soit par la chute de pression détectée par le pressostat 12. Il est exact que la pression en fin de cycle sera plus basse que lorsque l’huile occupait davantage de volume en début de cycle. Si cette différence de pression est jugée inacceptable pour la constance du cycle, alors il est possible de la minimiser en augmentant le volume d’air comprimé. Plus la pression sera élevée et moins la différence se fera ressentir. Vous pouvez aussi réguler la pression en cours de cycle, mais il faudra détecter la fin de cycle autrement que par la chute de pression. Il convient donc de choisir un gicleur tel que la pression initiale nécessaire ne soit pas non plus trop faible. Il y a un compromis à trouver, dans tous les cas il faut expérimenter pour obtenir les bonnes valeurs de pression et de débit, selon la puissance désirée.
Le compresseur comprime l’air qui pressurise la cartouche. Il doit probablement dépasser les 10 bars, vous pourriez tenter d’utiliser un compresseur de réfrigérateur recontextualisé avec les précautions d’usage expliquées dans l’article à ce sujet.
L’électrovanne de détection de remplissage permet l’écoulement du trop plein d’huile en autorisant son écoulement vers le module de détection de remplissage. L’électrovanne de purge d’air 3 doit être maintenue ouverte pendant cette étape, afin de ne pas demander à la pompe de transfert 14 de fournir de la pression.
Nous avons utilisé un exemple avec un détecteur capacitif mais ce pourrait tout à fait être un flotteur ou un pressostat de machine à laver recontextualisé. L’ensemble de détection remplissage fonctionne par « débordement ». Un réservoir fuyard suspendu à un ressort pourrait permettre aussi l’utilisation d’un détecteur mécanique.
L’évent permet à l’huile de s’écouler correctement, bien que l’électrovanne de purge soit déjà ouverte. Cela compense l’éventuelle finesse de la conduite de débordement.
Le trop plein de sécurité permet d’absorber intégralement le débit de la pompe de transfert 14 qui ne peut s’écouler rapidement par le trou calibré 9.
Le trou calibré permet, lors du remplissage, de freiner le débit de la pompe de transfert 14, stockant ainsi une quantité d’huile atteignant le détecteur 6 (quelle que soit sa technologie).
Le clapet anti retour empêche le retour de pression de la cartouche vers le compresseur 4.
Le clapet anti retour empêche le retour de pression de la cartouche vers la pompe de transfert 14.
Le pressostat détecte les seuils de pression dans la cartouche, pour commander le compresseur et/ou l’arrêt de l’alimentation du gicleur.
Le limiteur de pression empêche les surpressions accidentelles. Si la conduite de retour doit être immergée, c’est parce qu’il existe éventuellement un risque d’échauffement de l’huile en sortie du limiteur, un contact de cette dernière avec l’air libre pourrait éventuellement l’enflammer spontanément ou à l’aide d’une cause externe. C’est une précaution discutable, car aux pressions évoquées dans cette conception, ce risque reste minime.
La pompe de transfert d’huile remplit la cartouche entre chaque cycle de flamme.
Ce filtre est le dernier avant le gicleur.
Le silencieux réduit le niveau sonore de la purge d’air de la cartouche entre les cycles.
L’électrovanne du gicleur pilote son alimentation en huile sous pression.
Dans une telle conception, les deux retours d’huile principaux ne devraient jamais être immergés dans le fluide, mais toujours être à l’air libre pour permettre l’écoulement de l’huile. En revanche le retour du limiteur de pression doit impérativement être immergé afin d’éviter toute inflammation instantanée lors d’une éventuelle arrivée à l’air libre. Il est aussi nécessaire de gérer le niveau minimal du réservoir pour maintenir l’immersion des retours. Il y aurait sans doute d’autres manières de gérer les détections de remplissage et de fin de cycle, que nous sommes libres d’imaginer. N’oubliez pas que les règles de sécurité relatives au fonctionnement général des brûleurs ne sont en aucun cas décrites dans cet article. Il ne s’agit ici que de la description d’un concept d’une hypothétique partie de la technologie nécessaire au fonctionnement d’un brûleur.
Conclusion
Cet exemple de suggestion est un sujet qui met clairement en avant l’efficacité de l’indépendance de l’esprit qui ne tombe pas dans le mimétisme. Nous pouvons nous affranchir de nombreuses contraintes telle que l’acquisition d’une pompe à haute pression spécifique et couteuse en utilisant des solutions détournées. Veuillez noter qu’il est parfaitement possible de réutiliser la structure et aussi le module de sécurité, en fait, l’intégralité d’un brûleur à fioul domestique en en excluant seulement la pompe haute pression. En effet, c’est un signal envoyé à une électrovanne simultanément à l’alimentation des électrodes qui est le point de départ de la flamme dans les brûleurs à fioul domestique. Il suffirait donc de réaliser un module indépendant, comme nous l’avons suggéré, qui gèrerait la cartouche pressurisée. Pour le brûleur d’origine, cela serait « transparent », la cartouche pressurisée mimant la présence de la pompe haute pression. Il serait judicieux, par exemple, en série sur le thermostat de la chaudière, de placer un contact commandé par le gestionnaire de la cartouche pressurisée et qui jouerait le rôle d’information « cartouche prête ».
Dans le domaine de la récupération, les compresseurs de réfrigérateur sont un classique. Leur récupération correcte et en toute sécurité pour l’environnement et les personnes est malheureusement très rarement pratiquée. Il ne faut jamais tenter de récupérer un compresseur de réfrigérateur soi même. Il faut de préférence demander aux spécialistes du recyclage des appareils frigorifiques de vous en fournir un généreusement. Autrement, il est tout à fait possible d’acheter un compresseur de réfrigérateur neuf sans gaz pour environ 150 Euros. Quoi qu’il en soit, dans un usage détourné il faut impérativement être conscient de la structure interne de ces compresseurs. Leur utilisation en compression de gaz pour le stockage de l’énergie (air ou biogaz) nécessite des précautions toutes particulières et rigoureuses. Tout d’abord, pour comprendre la structure interne de ces compresseurs, je vous invite à visionner cette vidéo :
Ces compresseurs, vous l’aurez compris, ont comme particularité que le fluide pompé est directement en contact avec l’huile de lubrification qui refroidit aussi le moteur. De la même manière, le fluide pompé est directement en contact avec les bobinages et les paliers du moteur. N’utilisez donc jamais ce type de compresseur pour des mélanges de gaz inflammables comme le mélange H2-O2. De plus, ces machines sont initialement destinées à pomper un fluide en circuit fermé qui ne contient potentiellement qu’une quantité finie d’impuretés.
Ce type de compresseur a cependant comme avantage d’avoir une étanchéité et une qualité supérieure. En effet, avec un compresseur d’air standard les légères fuites ne seraient pas dangereuses, contrairement à une fuite de gaz frigorigène.
Les règles à respecter
1) Déshumidifier et filtrer soigneusement le gaz à l’aspiration.
2) Installer un système de visualisation du niveau d’huile.
3) Placer un orifice de remplissage d’huile.
4) Rajouter un déshuileur au refoulement.
Vous noterez que le filtre à gaz est immergé d’ans l’huile. Cela permet d’une part de visualiser les fuites (présence de bulles) mais aussi de garantir une non contamination du gaz par de l’air en cas de dépression accidentelle. Veillez d’ailleurs à ce que les composants prévus pour fonctionner sous pression, tel qu’un filtre à gaz, ne soient jamais soumis à des dépressions et vice versa. Des détecteurs de niveaux d’huile sont envisageables. En ce qui concerne le déshuileur, vous remarquerez qu’à l’arrêt du compresseur, seule la pression résiduelle de la conduite de refoulement permet aux condensats de s’évacuer. S’il existe une légère pression à l’admission, il est envisageable qu’elle traverse les clapets du compresseur. La purge du déshuileur devra donc se faire juste après un cycle de compression. Enfin, s’il n’y a pas d’entrée d’aspiration secondaire, la conduite à l’entrée d’aspiration n°2 peut tout à fait être raccordée à l’unique entrée.
Conclusion
Quoi que vous fassiez, pensez toujours à comprendre la structure interne des composants que vous utilisez et les conséquences que cela peut avoir sur la sécurité. N’hésitez pas à vous proposer des solutions plutôt que de considérer que rien ne peut être fait suite à la découverte d’une imperfection décevante. L’idée de récupérer un compresseur de réfrigérateur reste toujours intéressante malgré la nécessité de gérer le niveau d’huile, quasiment toujours présent sur les autres types de compresseurs.
