L'expression « moteur à vapeur » rappelle souvent le moteur à vapeur d'une locomotive ou d'une voiture Stanley Steamer, mais ces machines ont bien d'autres usages que le simple transport. La machine à vapeur, qui a été inventée pour la première fois sous sa forme la plus basique il y a environ deux millénaires, est devenue la principale source d'énergie au cours des trois derniers siècles, les turbines à vapeur produisant actuellement au moins 80 % de l'énergie électrique mondiale. Pour mieux comprendre les forces physiques à l'œuvre dans une machine à vapeur, construisez votre propre machine à vapeur avec des matériaux que vous avez chez vous en utilisant l'une des méthodes décrites dans cet article ! Voir l'étape 1 ci-dessous pour commencer.
Étape
Méthode 1 sur 2: Fabrication d'une machine à vapeur à partir d'une canette de soda (pour les enfants)
Étape 1. Coupez la canette en aluminium d'environ 6,35 cm
Utilisez des ciseaux à plomb ou de gros ciseaux pour faire des coupes horizontales nettes à environ 1/3 de la boîte à partir du bas.
Étape 2. Pliez et appuyez sur la circonférence de la pièce avec une pince
Pliez le pourtour du moule qui a été coupé légèrement vers l'intérieur pour que les bords ne soient pas tranchants. Faites attention à ne pas vous blesser en faisant cela.
Étape 3. Poussez le fond de la boîte de l'intérieur pour l'aplatir
La plupart des canettes de soda ont une base circulaire qui se courbe vers l'intérieur de la canette. Repoussez la courbure du fond de la boîte en l'aplatissant avec votre doigt ou en utilisant le fond d'un petit verre ou d'un bocal pour le lisser.
Étape 4. Faites deux trous dans des directions opposées dans la boîte à une distance de 1,3 cm du haut
Vous pouvez utiliser une perforatrice pour ce faire, ou vous pouvez percer des trous avec un clou et un marteau. Vous avez besoin d'un diamètre de trou supérieur à 3,2 mm.
Étape 5. Placez la bougie chauffe-plat au centre de la boîte
Pressez le papier d'aluminium et placez-le sous et autour de la bougie pour maintenir la cire en place. Les bougies chauffe-plat ont de petits récipients en étain, de sorte que la cire ne fondra pas et ne débordera pas sur la canette en aluminium.
Étape 6. Rouler le centre du tuyau en cuivre 15, 3-20, 3 cm de long dans un crayon deux à trois fois pour faire une bobine
Le tuyau de 1/8 de pouce s'enroulera facilement autour du crayon. Vous devrez fournir suffisamment de tuyau enroulé pour glisser à travers les deux trous dans le haut de la boîte, plus environ 5 pouces (5,1 cm) de tuyau droit de chaque côté.
Étape 7. Insérez les deux extrémités du tuyau dans les trous de la boîte
Arrangez-vous pour que la bobine soit sur la mèche de la bougie. Assurez-vous que la longueur du tuyau droit qui sort de chaque côté de la boîte est la même.
Étape 8. Pliez les deux extrémités du tuyau avec une pince pour former un angle de 90 degrés
Pliez la section droite du tuyau de manière à ce qu'il aille dans des directions opposées de chaque côté de la boîte. Ensuite, pliez-le à nouveau pour qu'ils touchent le fond de la boîte. Si c'est le cas, la partie en spirale du tuyau doit être au milieu de la bougie et les tuyaux des deux côtés de la canette doivent être orientés vers le bas.
Étape 9. Placez le bidon dans un bassin d'eau avec les deux extrémités du tuyau immergées dans l'eau
Votre "navire" devrait flotter confortablement. Si l'extrémité du tuyau ne touche pas l'eau, ajoutez un peu de poids pour que le bidon soit plus bas sous l'eau, mais faites attention à ne pas le faire couler.
Étape 10. Remplissez le tuyau d'eau
La façon la plus simple de le faire est de placer une extrémité du tuyau dans l'eau et d'aspirer l'autre extrémité pour que l'eau s'écoule à travers le tuyau. Une autre façon consiste à maintenir un trou de tuyau avec votre doigt et à insérer de l'eau du robinet à l'extrémité ouverte.
Étape 11. Allumez la bougie
Au fil du temps, l'eau dans le tuyau va chauffer et commencer à bouillir. Lorsque l'eau se transforme en vapeur, les deux extrémités ouvertes du tuyau deviennent comme un "moteur à réaction", faisant tourbillonner la canette dans le bassin.
Méthode 2 sur 2: Fabrication d'une machine à vapeur à partir d'un pot de peinture (pour adultes)
Étape 1. Faites un trou rectangulaire près du fond du pot de peinture en gallon
Marquez un rectangle de 1 x 5 cm horizontalement sur le côté de la boîte près du fond.
Veuillez noter que pour ces pots de peinture (et tous les pots utilisés), vous devez vous assurer que seuls les pots de peinture ont déjà contenu de la peinture au latex et doivent être soigneusement lavés à l'eau et au savon avant utilisation
Étape 2. Coupez le treillis en aluminium 12 x 24 cm
Plier 6 cm du filet des deux côtés de la section de 24 cm pour former un angle de 90.o. Cela créera une "plate-forme" carrée de 12 x 12 cm avec des "jambes" de 6 cm. Placez ce filet dans le pot de peinture, en positionnant les "jambes" vers le bas, parallèlement aux bords du trou que vous avez fait.
Étape 3. Faites des trous de ventilation dans le demi-cercle du couvercle de la boîte
Plus tard, vous brûlerez le charbon de bois dans ce bidon pour alimenter votre machine à vapeur. Si le charbon de bois n'a pas un approvisionnement stable en oxygène, il ne brûlera pas correctement. Faites des trous de ventilation en perçant des trous autour du couvercle de la boîte avec des trous semi-circulaires.
Ces trous de ventilation doivent avoir un diamètre d'environ 1 cm
Étape 4. Réalisez une bobine de tuyau en cuivre. Prenez un tuyau en cuivre souple de 0,6 cm de diamètre et mesurez 6 mètres de long et mesurez 30 cm de l'extrémité
A partir de ce point, enroulez le tuyau en 5 spires de 12 cm de diamètre et le reste en 15 spires de 8 cm de diamètre. Il vous restera environ 20 cm.
Étape 5. Insérez les deux extrémités du tuyau dans les trous de ventilation du couvercle de la boîte
Pliez les deux extrémités du tuyau, de sorte qu'elles soient toutes les deux tournées vers le haut, et insérez chaque extrémité du tuyau dans le trou de ventilation sur le couvercle de la boîte jusqu'à ce que l'extrémité ressorte. Si le tuyau n'est pas assez long, vous devrez peut-être retirer l'un des serpentins.
Étape 6. Mettez les rouleaux et le charbon de bois dans la boîte
Placez le rouleau sur le tapis de filet. Remplissez l'espace autour et à l'intérieur de la circonférence du rouleau avec des briquettes de charbon de bois. Fermez hermétiquement la boîte.
Étape 7. Percez un trou de tuyau dans le plus petit pot de peinture
Au centre du couvercle de la boîte d'un quart de gallon, percez un trou de 1 cm de diamètre. Sur les côtés de la boîte, percez deux autres trous de 1 cm de diamètre – un près du bas et un en haut près du couvercle.
Étape 8. Insérez le tuyau en plastique de liège dans le côté de la petite boîte
Utilisez l'extrémité du tuyau en cuivre pour faire un trou au milieu des deux bouchons. Insérez un tuyau en plastique dur de 25 cm de long dans l'un des bouchons et de 10 cm dans l'autre de manière à ce qu'il s'ajuste parfaitement et dépasse légèrement de l'autre extrémité du bouchon. Insérez le bouchon avec le tuyau le plus long dans le trou inférieur de la petite boîte et le bouchon avec le tuyau le plus court dans le trou supérieur. Serrez les tuyaux sur les deux bouchons à l'aide de colliers de serrage.
Étape 9. Connectez le gros tuyau en cuivre étamé au petit tuyau en plastique étamé
Placez la petite canette sur la grande canette avec le tuyau en liège dans le sens opposé à l'ouverture de ventilation sur la moitié du couvercle de la grande canette. Utilisez du ruban d'aluminium pour attacher l'extrémité inférieure du tuyau en plastique au tuyau en cuivre qui s'étend de l'évent de la grande boîte. Ensuite, fixez le tuyau en plastique en liège en haut de la petite boîte au tuyau en cuivre qui s'étend de la grande boîte de la même manière.
Étape 10. Insérez le tuyau en cuivre dans une boîte de jonction
Utilisez un marteau et un tournevis pour percer des trous au centre de la boîte de jonction électrique en métal. Prenez la pince du cordon d'alimentation qui se trouve dans la boîte de jonction. Insérez 15 cm de tuyau en cuivre de 1,3 cm de diamètre à travers le serre-câble qui a été pris, serrez le serre-câble qui a été pris au tuyau en cuivre à l'extérieur de la boîte de jonction afin que le tuyau soit coincé quelques centimètres au-dessus de la boîte de jonction. Frappez la cavité à l'extrémité du tuyau vers le bas avec un marteau pour rétrécir le trou. Insérez l'extrémité du tuyau avec la cavité étroite à travers le couvercle de la petite boîte.
Étape 11. Insérez la brochette du barbecue dans la tige du goujon en bois
Prenez une brochette de barbecue standard et insérez-la dans un goujon en bois creux de 1,5 cm de long et 0,95 cm de diamètre. Placez la tige de goujon et la brochette de barbecue dans le tube en cuivre de la boîte de jonction de sorte que la brochette de barbecue soit orientée vers le haut.
Les bâtons de barbecue et les tiges de goujon deviendront des « pistons » lorsque le moteur tourne. Pour rendre le mouvement du piston facile à voir, vous devrez peut-être coller un « drapeau » en papier sur une brochette de barbecue
Étape 12. Préparez la machine pour le fonctionnement
Retirez d'abord la boîte de jonction du piston du haut du petit bidon et remplissez le petit bidon d'eau, lui permettant de s'écouler vers les serpentins de cuivre jusqu'à ce que l'eau remplisse les 2/3 du petit bidon. Vérifiez que tous les connecteurs ne fuient pas et assurez-vous que toutes les connexions sont bien serrées. Fixez les couvercles des deux boîtes avec un marteau. Remettez la boîte de jonction au point sur le petit sac d'étain.
Étape 13. Faites tourner le moteur
Froissez les vieux rouleaux de papier journal et placez-les dans l'espace recouvert de grillage en aluminium au bas de la machine. Lorsque le charbon de bois brûle, laissez les briquettes brûler pendant environ 20 à 30 minutes. Tant que l'eau dans le rouleau est chauffée, la vapeur s'échappera dans la boîte supérieure. Lorsque cette vapeur atteint une pression suffisante, elle pousse le goujon et la brochette du barbecue vers le haut. Une fois la pression relâchée, le piston retournera au fond en raison de la gravité. Réduisez la longueur de la brochette du barbecue autant que nécessaire pour réduire le poids du piston – plus il est léger, plus le piston « monte ». Essayez de réduire la longueur de la brochette du barbecue au point où le piston "se déplace" à un rythme régulier.
Vous pouvez accélérer le processus de combustion en utilisant un sèche-cheveux que vous pointez à travers l'évent
Étape 14. Soyez prudent
Il va sans dire qu'une machine à vapeur fabriquée soi-même nécessite une manipulation et un fonctionnement soigneux. Ne faites jamais fonctionner une machine à vapeur à l'intérieur. Ne le placez pas à proximité de matériaux combustibles tels que des feuilles sèches ou des feuilles pendantes. Ne fonctionne que sur des surfaces dures et non combustibles telles que le béton. Si vous travaillez avec des enfants, assurez-vous qu'un adulte les surveille en tout temps. Ne laissez pas les enfants ou les adolescents s'approcher du moteur pendant que le charbon brûle. Si vous n'êtes pas sûr de la température du moteur, supposez simplement qu'il est trop chaud au toucher.
Assurez-vous également que la vapeur peut s'échapper par la « chaudière » supérieure. Si le piston est coincé pour une raison quelconque, la pression peut s'accumuler dans la petite boîte. Au pire, la machine à vapeur pourrait exploser et devenir très dangereux.
Des astuces
Placez la machine à vapeur de canette de soda dans un récipient en plastique, avec les deux tuyaux tournés vers l'arrière et dans l'eau pour faire un jouet à vapeur. Vous pouvez créer une forme de bateau simple à partir d'une bouteille de soda en plastique ou d'une bouteille de savon à lessive pour un projet « écologique »
Avertissement
- Vous devez entretenir la machine lorsqu'elle n'est pas utilisée, ne dirigez pas l'extrémité du tuyau vers qui que ce soit car la vapeur ou l'eau chaude peuvent provoquer une sensation de brûlure.
- Ne pas brancher le tuyau en cuivre d'une autre manière que de plonger les extrémités dans l'eau. Bien que rare, une pression excessive peut faire éclater le tuyau et causer des blessures.
- Assurez-vous d'utiliser des pinces, des pinces ou des gants de cuisine pour tenir la machine pendant qu'elle fonctionne.
- N'essayez pas de construire une machine à vapeur plus compliquée avec une chaudière à moins que vous ne compreniez comment cela fonctionne. Une explosion de chaudière, même minime, peut causer des blessures.
