chauffage à l'alcool à brûler et au gaz d'alcool à brûler

Un petit retour sur mes débuts en vapeur ... et quelques pistes de recherches.

Cliquez pour agrandir l'imageCette photo résume en fait toute la difficulté de la fabrication d'un bon brûleur à alcool à brûler : d'un côté une flamme jaune, et de l'autre de belles flammes bleues , flammes que l'on cherche à obtenir car elles chauffent beaucoup mieux et ne salissent pas ...

Mais il s'agit de l'exemple d'un brûleur à vaporisation étudié en fin d'album.::
Cela fait des années que mes brûleurs sont alimentés au gaz et pourtant l'alcool est un moyen plus économique, et plus facile à mettre en oeuvre.
Très souvent, à la suite d'une lecture ou d'une idée (celle de la nuit d'insomnie ou du premier café), je me lance dans des essais qui rejoignent, en attendant  l'occasion d'une utilisation un carton. J'ai donc ressorti un tas de trucs et essayé de les classer.

J'avoue cependant être un béotien en la matière et vos avis, vos idées, vos plans, vos constructions seront les bienvenus pour étoffer cet album.

Cependant, quand on a saisi quelques principes, on peut donner libre court à son imagination et se fabriquer le brûleur idéal ...



Mais attention, l'utilisation de ce produit n'est pas sans présenter certains risques.
Il en est un d'ailleurs qui n'est pas vraiment signalé dans la notice jointe et qui intéresse les "vaporistes" : au soleil, notre alcool va devenir encore plus facilement inflammable et on risque des débordements incontrôlables ... Et imaginez ce qui peut se passer lors d'un déraillement sur un circuit installé, pourquoi pas, dans votre salon !

http://www.calyxis.fr/fr/telechargements/fiches_produits/fiche_produit/fiche_produit_alcool_menager.pdf

plan de l'album

. généralités sur l'alcool à brûler
. les brûleurs les plus courants
    . le fond de boîte
    . les tubes
          . les mèches
    . une veilleuse
. un banc pour faire des essais

. les brûleurs à vaporisation
    . un modèle de Gems SUZOR
    . un prototype
    . tube à vaporisation
. puissance d'un brûleur à alcool
. expériences avec les tubes
. vaporisation : autres modèles
. documentation

généralités

Données extraites du dossier établi par Patrick LECLERE (*) :

"A la température ordinaire l'alcool éthylique est sous forme liquide. Un liquide ne brûle pas, ce sont les vapeurs qui s'enflamment. L'éthanol bout à 79°C sous la pression atmosphérique. Il faut donc réchauffer l'alcool jusqu'à 79°C puis le vaporiser avant qu'il  puisse brûler. Tout ceci consomme de l'énergie et il faut en tenir compte dans un bilan.
Si l'alcool est en mélange les propriétés se modifient. Pour de  l'éthanol pur :

Masse volumique de l'éthanol à 20°C : 789 kg/m3 soit 800 g/l
Cp = 2460 J/kg soit 2,46 kJ/kg
Chaleur de vaporisation = 855 kJ/kg
PCI=28 865 kJ/kg soit 28,865 MJ/kg


Si l'éthanol est mélangé avec de l'eau son pouvoir calorifique va s'effondrer au point de devenir difficilement inflammable.

L'alcool à brûler commercial est un mélange d'éthanol, de méthanol (3,3 %),de propane (1%) et d'isopropanol (alcool isopropylique).
L'éthanol pur est très hydrophile et donc il faut le tenir hors de la présence d'humidité et de vapeur d'eau. En présence de l'oxygène de l'air et de l'eau, l'alcool se décompose lentement en produisant des acides, d'où l'importance d'avoir des réservoirs cuivre ou laiton. L'acier se fait ronger à la longue par l'alcool."


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Document trouvé sur Internet ...
http://wiki.davidmanise.com/index.php/R%C3%A9chaud_%C3%A0_alcool
L'alcool à brûler est encore appelé éthanol  ou alcool domestique. A l'éthanol on a ajouté un ou des dénaturants pour le rendre impropre à la consommation.
Bien regarder la composition sur l'étiquette. Celui qui est conseillé comme détachant contient généralement 95 % d'éthanol et c'est le meilleur.

Il s'agit en général d'alcool isopropylique aussi appelé isopropanol, beaucoup utilisé en cosmétologie. Voir le  paragraphe utilisation : http://fr.wikipedia.org/wiki/Isopropanol

(*) Petite étude pour évaluer le bilan thermique  d'une chaudière en modélismeque l'on trouvera dans la
page des téléchargements

les brûleurs les plus courants

le fond de boîte

Il peut s'agir d'une boîte métallique toute faite (Bernard Rétif conseillait même une boîte à sardines ... vide et bien nettoyée !) que l'on ne trouve pas toujours à la bonne dimension.

Petite méthode pour l'obtenir à la bonne dimension :
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4 côtés pliés
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serrage
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étamage d'un fond débordant
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découpe de ce qui dépasse
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finition
Il est vrai que la petite poignée en bois ne résistera  pas longtemps et que c'est la pince qui servira plutôt à  sa manipulation ...

utilisation :
Le problème en vapeur, c'est que notre bateau ou véhicule va bouger et qu'il est nécessaire de stabiliser cette masse liquide.
Le plus simple est d'utiliser du coton qui va s'imbiber et que l'on serrera avec un grillage fin.

On peut aussi utiliser de l'alcool solidifié ou gélifié : on en trouve pour les barbecues ou les services à fondue ou encore de la marque ESBIT.

On peut aussi le gélifier avec ces petits trucs trouvés sur le Web :

1 – battre un blanc d'œuf dans 30 à 40 ml d'alcool
2 – dissoudre au bain-marie (eau très chaude) et hors feu, 15 grammes de copeaux de savon de Marseille dans 50 gr d'alcool, verser et laisser refroidir
Pour ces deux procédés, il restera à la fin de la combustion, de l'œuf ou du savon …
3 – dissoudre 1.2 gr d'acétate de calcium dans 4 ml d'eau très chaude et verser dans 30 ml d'éthanol en mélangeant

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Photo extraite du site officiel :
http://www.esbit.de/
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Pour obtenir un récipient simple, une autre méthode décrite dans l'album usinages
usinages 2 - 32 -pliage d'un boîtier
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Et il faut bien reconnaître que ça fonctionne.
Voici à droite le cas de montage le plus courant. Ce groupe avec le "moteur du Week-end" était un ensemble étudié par Bernard Rétif pour propulser une chaloupe de 90 cm de longueur.

Pour moi le problème était lié à la capacité de mon récipient et il me fallait, après un premier chauffage, le remplir de nouveau et, bien sûr, un jour, léger débordement et début d'incendie. Je suis passé rapidement au gaz ...
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Une idée : plutôt que d'utiliser du coton hydrophile difficile à tasser, il est plus simple d'aller visiter la salle de bain et d'y subtiliser quelques rondelles de coton à démaquiller. Découpe facile et tenue parfaite.
Un ajout de Patrick :"J'ai déjà vu utiliser de la laine de verre courante tassée."
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le basique
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12 trous
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6 trous
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4 fentes
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des essais

Pour ces essais, usage d'un emporte-pièces (partie extérieure) pour agrandir le trou puis perçage de trous de diamètre 1 : espoir que la gazéification de l'alcool donne de petites flamme périphériques ... Ce qui se produit ... parfois.

Mais la solution existe : il faut que le couvercle soit étanche et retienne l'alcool qui se vaporise à la surface du coton : les petites protubérances obtenues avec l'emporte-pièces et tournées vers l'intérieur favorisent cette formation de gaz. Pas encore réalisé ...

Le meilleur rendement est obtenu avec le couvercle à 4 fentes. Là aussi des trous : l'espoir fait vivre !

les tubes

C'est le moyen le plus courant utilisé pour le chauffage des chaudières horizontales ou verticales. Les Anglais en sont particulièrement friands.
J'ai beaucoup bataillé pour les obtenir bien que cela paraisse simple.

Petite méthode pour les construire facilement :
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percer le tube puis le reprendre à ras au tour
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enfiler le tube
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tube à ras ... des tubes
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poser sur une plaque et braser
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montage terminé
Cliquez pour agrandir l'imagePetit croquis dont les cotes peuvent varier.
Pour ce brûleur à 4 tubes, la hauteur est très faible et ne conviendrait pas pour un bateau avec les risques de débordement. Pour un véhicule, cela peut à la rigueur convenir.

Il a été monté avec un réservoir à niveau réglable à cause justement de la hauteur minime du niveau d'alcool : la présence d'un autre réservoir permettant d'embarquer davantage d'alcool. Avec des tubes plus haut, on pourrait adopter un réservoir tout simple.

les mèches


Voilà un domaine où on peut se faire plaisir et essayer pas mal de matériaux.
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mèche de coton

ici du coton acheté en mercerie qu'il faudra torsader.

Flamme jaune qui va salir fortement et qu'il faudra changer très très souvent ... à chaque utilisation en fait !
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tissus de verre

ici un reste de tissus intermédiaire de 0.6 d'épaisseur. Un reste de bricolage.

Pas facile à rouler et à passer sérieusement aux ciseaux pour égaliser les brins.
La flamme reste jaune mais la mèche ne s'use pas ...
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tissus de verre

ici de finition, tressé de 175/295 gr au mètre

Pas facile à rouler et à serrer ce qui explique peut-être la hauteur de la flamme.
Flamme jaune pour une mèche qui ne s'use pas.
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mèche de lampe à alcool

qui se vend au mètre.

Pas aisée à bien serrer .
La flamme reste toujours jaune.
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mèche en tissus de verre épaisseur 0.3

il s'agit d'u tissus employé par les carreleurs pour réaliser l'étanchéité des douches (ajout d'une pâte résineuse) mais impossible de retrouver le nom ...

Très rigide, se coupe facilement et proprement : facilités pour le réglage de la hauteur.
Et, on a presque une flamme bleue !
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mèche en clinquant de canette alu

facile à trouver peut-être une contribution personnelle car jamais vu

Premier enroulement pas facile, il faut une aiguille. Ensuite on peut serrer. Plus ce sera serré mieux ce sera. Flamme bleue.
Mais on s'éloigne de la mèche traditionnelle et c'est plutôt le gaz qui se forme entre les couches qui s'enflamme.
Problème, il faut chauffer le brûleur avant d'obtenir la flamme.//
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mèche mixte

on enroule du clinquant et du tissus de 0.3.

Cette fois plus de problème d'allumage.
Mais la flamme est plus jaune qu'avec le clinquant uniquement.
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mèche en grillage de garde-manger

une idée venue à la lecture d'un forum où on utilisait du grillage en inox, le mien est ordinaire.

Travail à la cisaille et à la pince pour serrer au maximum. Terminer en forme de boule.
Belle flamme bleue mais là aussi il faut chauffer le tube pour obtenir l'inflammation des gaz.

Et, il y a probablement d'autres possibilités.

Cliquez pour agrandir l'imageLe cas des "mèches" en clinquant d'alu.

Il faut en chauffer au moins une pour que la combustion démarre ... et ce n'est pas toujours évident.
Alors, pour cette rampe de 4 tubes, le premier sera garni d'une mèche en polyester ...  à la prochaine expérience effectuée : il va réchauffer l'ensemble et les autres vont se mettre à flamber. L'expérience a été faite, mais pas la photo !
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Et ce doit être la même chose pour l'utilisation de mèches en grillage.

Où trouver des mèches  ?

Un lien trouvé par Patrick. Certes c'est un site anglais mais on y trouve vraiment tout ce qui se fait dans ce domaine ...

Il suffit de cliquer sur la photo pour accéder à la "boutique".

pour faire des essais avec les mèches


nul n'est besoin de se confectionner un tas de tubes : ils peuvent s'enfiler les uns dans les autres.
Chacun avec son diamètre va correspondre à une mèche différente dont il sera facile d'apprécier la puissance fournie par des mèches de diamètre différent comme il est fait en fin d'album.
En multipliant les tubes, on pourra approcher de la puissance nécessaire à la chauffe de notre chaudière.

Un seul truc : pour les tubes intermédiaires, percer un trou de 2 mm à 1 mm du sommet pour pouvoir s'en servir au besoin lors du démontage.

Un défaut constaté à l'usage : lorsque plusieurs tubes sont enfilés et que l'ensemble est bien chaud on constate des flammes entre les tubes ... une gazéification réussie !
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une seule alimentation mais 4 tubes
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des diamètres différents pour des mèches différentes
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ici, un essai avec la plus grosse des mèches

une "veilleuse" pour le brûleur

En fait de veilleuse, il s'agit d'une mèche facile à allumer et qui va chauffer notre tube ...

Voici une idée intéressante qui m'a été signalée par Georges ALAUX : possibilité d'utiliser du fil d'acier torsadé !
J'ai essayé, notamment pour le brûleur à vaporisation dont l'immense flamme jaune est disgracieuse. Et ça fonctionne parfaitement  avec du câble de frein dont on desserre un peu les torons. Jolie flamme bleue chauffante qui suffit largement à l'usage qu'on lui destine ...
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câble de moto de diamètre 2 dans un tube de cuivre ou d'alu de 3 x 4
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mise en place, les torons touchent le fond : plus les torons qui sortent seront longs et plus la flamme sera grande.
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jolie flamme pour des torons sortant de 5 mm
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pour ne pas cisailler et  ne pas retrouver le morceau ou ne trouver que des brins d'acier, entourer la partie à garder avec du collant avant de taper fermement au marteau ...
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banc d'essai pour brûleur à alcool


Saisi d'un grand courage, je me suis décidé à construire ce banc pour des essais divers  :

1 - essai direct en utilisant le fond du réservoir au niveau des tubes
2 - essai avec alimentation régulée et réservoir en hauteur :"chicken feed burner"
3 - essai en alimentation directe avec le réservoir en hauteur : vaporisation de l'alcool

Pour la fixation en hauteur, 2 solutions :
. celle de gauche avec vis et écrou M4 après perçage à 4
. celle de droite avec perçage à 3.5, taraudage et simple vis.
Dans les deux cas, soudure à l'étain.
 
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le réservoir inférieur



Pour certains essais, il doit être étanche et, une solution facile de le réaliser est d'utiliser un raccord de plomberie, un bouchon à visser et des joints.
Il suffit de le reprendre au tour, d'y souder un fond et ... c'est terminé.

Comme il s'agit de faire des essais, il est probable que le niveau d'alcool dans nos tubes ne sera pas toujours le même, aussi, le tube de niveau est réglable.

Pour le réglage de la hauteur, il faudra tenir compte de l'épaisseur du joint (fibre) et mesurer en partant de la partie supérieure de la coupe à 45°.
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avant
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après
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3 ouvertures
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tube de niveau réglable
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plus haut ...
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... ou plus bas
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Finalement, pour le réglage, j'ai refait cette dernière pièce qui permet un réglage plus préciset qui fonctionne tout aussi bien : plus de biseau !

le réservoir supérieur

Un tube, des rondelles pour les fonds, une virole de remplissage, une vanne ... le tout soudé à l'étain.
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le réservoir principal
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tous les éléments
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Le corps de la vanne est percé en bout de 4 trous pour laisser passer l'alcool.
On le perce selon l'axe à 3.5 puis on taraude à M4 : on tige filetée avec une pointe à 60° viendra fermer l'écoulement.

1 - alimentation directe

C'est le fond du réservoir qui va être utilisé : avec la seringue il faudra veiller à ne pas dépasser le niveau acceptable dans les tubes ; pour une utilisation prolongée ou avec plusieurs tubes, on peut approvisionner au fur et à mesure.
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C'est le système le plus utilisé.
Devant la difficulté rencontrée à réaliser un réservoir parallélépipédique, j'en ai commis un avec un tube : la forme cintrée du dessous permet un bon remplissage dont le niveau est contrôlé par un tube ouvert à l'arrière.
Cependant  pour la même occupation dans l'espace, on n'aura pas la même contenance que celle d'un réservoir aux formes cubiques ...
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Outre-manche, on découvrira une multitude de réalisations de ce type.  Le premier, avec 3 tubes peut servir à chauffer une verticale et chaque tube se trouve sous un des tubes de fumée de la chaudière.
En parcourant ce site, on trouvera des tas et des tas d'exemples ... http://www.sidestreetbannerworks.com/locos/intro.html
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http://www.roundhouse-eng.com/spirit.htm
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2 - alimentation régulée

C'est ce que nos amis anglais appellent le "chicken feed" burner  ("mangeoire à poulet") . Le fonctionnement n'est pas évident.
Je pensais, un peu, à l'alimentation en eau de mes canaris ... et le document trouvé sur le Net et en fin d'album y fait aussi allusion ...

Le réservoir principal est en hauteur et se trouve donc parfois plus accessible pour le remplissage :
. un tube assure le remplissage du réservoir inférieur
. un second tube est branché sur le haut du réservoir et rejoint le niveau
. un troisième accède à l'air (attention, le bouchon du réservoir supérieur est fermé hermétiquement pour cette utilisation)

http://mssls.info/steamup_guidelines.htm

Un échange de courrier très instructif avec Emmanuel LAFAYE qui permet de faire en sorte que ce montage fonctionne parfaitement.
Cliquer sur l'image pour voir le document complet envoyé avec ses annotations :
Cliquez pour agrandir l'imageA : réservoir principal étanche avec en 4 l'orifice de remplissage fermé par un bouchon avec joint torique.
B : réservoir secondaire avec prise d'air.

1 : tube de remplissage avec vanne-pointeau.
    . on ferme le pointeau pendant le remplissage du réservoir principal et à la fin de l'utilisation du brûleur
    . l'ouverture de ce pointeau permet le remplissage du réservoir secondaire jusqu'à un certain niveau ... et pas plus !
    . ce pointeau ne sert pas pour le réglage du débit qui est réglé par la consommation des mèches. On a même intérêt à l'ouvrir en grand.

2 : tube de niveau. La consommation des mèches fait baisser le niveau de B et de l'air va pénétrer dans le tube, passer dans le réservoir principal A et provoquer un écoulement ... écoulement qui s'arrête dès que le tube est bouche ... et le cycle recommence.

3 : prise d'air pour le réservoir secondaire.

Peu importe le niveau dans A, pas de réglage de débit ! Une idée trouvée sur un forum anglais : le fonctionnement doit être amélioré si le tube 2 a un diamètre plus important que 1 .
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nouveau branchement

Cette alimentation a été utilisée des dizaines de fois à ma grande satisfaction sauf que j'observais parfois une remontée d'alcool dans le tube 2.

En reprenant ma documentation, j'ai retrouvé ce croquis dont les branchements diffèrent : le tube 2 reçoit la pression atmosphérique tandis que le tube 3 rejoint le réservoir ...
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C'était l'occasion de modifier les branchements pour voir ce que ça donnerait. Et, il faut avouer que c'est bien meilleur !

On branche donc le tube 3 vers le sommet du réservoir et le tube 2 est laissé à l'air libre.

Cette fois aucune remontée d'alcool, si ce n'est parfois l'apparition d'une bulle de gaz ...

complément

Il semblerait, à la lecture d'un forum que mon sujet manque de précision. Voici quelques photos et vidéos qui je l'espère régleront ce problème.
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Voici le montage qui correspond au premier croquis : on voit nettement la remontée d'alcool
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nouveau montage
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ce qui donne
moins de remontées
d'alcool
Cliquez pour agrandir l'imageUn autre montage qui finalement est une interprétation du premier croquis mais qui se placera plus facilement dans un véhicule.
Sur la droite, une idée pour placer la vanne à l'intérieur du réservoir supérieur : volant de manoeuvre au-dessus.
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3 - alimentation directe pour vaporisation



L'utilisation du réservoir principal est requise car l'alimentation doit se faire en hauteur pour obtenir une certaine charge : 10 cm sont généralement recommandés mais j'ai fait des essais à moins ... Il faut savoir s'arrêter au bon moment avant que les flammes ne deviennent trop petites.
Il existe aussi d'autres système ou on envoie l'alcool sous pression : embout de pompe à vélo sur le réservoir, ou petite pompe manuelle ...

Cette fois on laissera le bouchon de remplissage ouvert ou on en fabriquera un autre percé en son centre d'un trou de 1 ou 2 mm. Montage direct sous le robinet. Mais là, il faudra régler le débit ...

quelle capacité pour le réservoir ?

Gems SUZOR donne la proportion suivante : embarquer le 1/4 en alcool de la quantité embarquée d'eau .

les brûleurs à vaporisation d'alcool à brûler


Ce sont les plus performants paraît-il. A passer la main au-dessus, ce doit être vrai.

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réalisation d 'un modèle  de Gems SUZOR

Ce modèle dont le plan paraît dans le MRB 145 de Janvier-Février 1969 (on ne rajeunit pas), était appelé par son auteur La lampe merveilleuse.

A propos des commentaires du croquis de GS :
J'ai essayé la toile métallique ( 2)commandée à l'Octant,  mais probablement trop serrée elle n'a pas donné de bons résultats et je l'ai remplacée par une dizaine de fils de cuivre : c'est intéressant car on peut en modifier le nombre jusqu'au moment où les flammes restent stables.
En 6 , de l'amiante interdit désormais que l'on peut remplacer par de la laine céramique pour four à potier (Patrick). Je me suis contenté de mettre un de ces fameux cotons à démaquiller ...

Les plans ne sont donnés qu'à titre indicatif : j'ai essayé de faire le moins haut possible !

Voici une manière de le construire.
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En fait on fabrique un bac qui va recevoir un peu d'alcool pour chauffer les deux tubes, surtout celui du haut et provoquer la vaporisation. Il peut être utile aussi en cas de débordement dû à un débit trop important provoquant une ébullition importante.

Construction simple avec pliages aidés par les coups de scie à métaux d'épaisseur 1 sur une profondeur de 1.
Pour la cote de 87, on peut faire plus grand, on sciera et limera après brasure à l'argent des coins.
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découpe à la cisaille et perçage
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pliage des côtés les plus longs après recuit
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pliage des extrémités à laide d'une cale
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perçage du gros tube au foret à centrer de diamètre 1
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enlever les bavures et repasser le foret à la main
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préparation de la jonction des deux tubes
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tous les éléments sont prêts ... y'a plus qu'à !
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expérience malheureuse et ... coûteuse !
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cette torsade a été remplacée par des fils de cuivre de 0.3
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on glisse les deux tube et leur liaison
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positionnement du gros tube dans le trou de 6
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positionnement de l'autre côté grâce à la bague filetée
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tout est en place pour la brasure à l'argent
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les fils de cuivre qui remplace le fin grillage : on en mettra ce qu'il faut pour ne plus avoir d''à-coups lors de la combustion
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réalisation d'un prototype

On a le droit de rigoler devant les moyens employés pour arriver, en quelques heures, à voir si ... ça fonctionne !

L'envie est venue  d'une photo trouvée sur le site déjà nommé . Le café avalé, puis un second et ... il n'y avait plus qu'à ... Deux heures après, c'était dans la poche ! Enfin pas vraiment car c'est chaud !

La réalisation est vraiment simple : tube de cuivre aplati dans lequel on percera d'abord une rangée de trous (1 mm de diamètre), puis 2, puis ... 3 et ça fonctionne toujours !

Il reste, un jour, à en faire quelque chose de présentable !
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Il me faut retrouver l'adresse de ce site
d'où est issu ce croquis explicite...
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Je pense, au départ, avoir commis une erreur : si on choisit la position 2 pour enfiler les tubes, on laisse un espace minime mais suffisant par lequel la vapeur d'alcool va s'échapper et ... prendre feu !. Depuis j'ai adopté la position 1.
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Cliquez pour agrandir l'imagedu prototype au modèle ...

Soit, il n'est pas encore construit mais voici une idée de l'utilisation que l'on peut en faire grâce à ce plan trouvé par Georges ALAUX  (Plan de 1942, éditions RH Paris collection marine modèles, actuellement re-édités par Baron Models : "Bateau parisien" réf RH 571).
En observant le plan et les dimensions du réservoir dont la hauteur est de 20 mm, on peut imaginer une chaudière à 30 du fond. A noter aussi la disposition des trous d'air et la taille de l'ouverture pour les gaz chauds.

Lien vers le site de Baron Models (plans de bateaux) : http://www.baronmodels.com/pages/catalogue.php?id_item=26


un tube à vaporisation d'alcool

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Un petit montage simple qui permet d'envisager le chauffage d'une petite verticale dans de bonnes conditions.

Principe: il s'agit d'un tube dont l'alimentation reçoit une veilleuse (câble d'acier dépassant de 2 mm). Dans le fond du tube, jusqu'à mi hauteur une mèche qui stabilise l'alcool. Au sommet des trous de diamètre 0.8 mm. Une collerette empêche des retombées d'alcool.
Cette veilleuse va chauffer le chapeau amovible et au bout ... d'un certain temps, les flammes apparaîtront sur le pourtour.


Si on passe à un dépassement de 5 mm, il suffit d'une minute pour le démarrage.
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On commence par se fabriquer un "T" qui sera mis à dimension ultérieurement : tube d'alimentation de 4 x 5 et tube de villeuse de 3 x 4.
Brasure à l'argent obligatoire.
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Le bouchon - article de plomberie- dont le diamètre intérieur est de 11.5.
On enlève les filets puis on réduit la hauteur du corps à 2.5.
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Le tube : on réduit le diamètre su haut sur 3 mm au diamètre 11.5 : le bouchon doit d'ajuster le mieux possible mais une fuite n'est pas trop grave car les flammes rejoindront celles qui vont sortir des trous (l'espoir fait vivre !).
Perçage du trous d'alimentation au diamètre 5.
Cliquez pour agrandir l'imagePerçage à 0.8 plutôt délicat. Ici avec un diviseur mais on peut s'en passer.
Bien calculer le serrage du tube pour que le foret puisse traverser sans que le mandrin vienne cogner les mors. Si le foret est serré à mi-hauteur et "tourne rond", il n'est pas besoin de passer par l'opération pointage.
Cale pour empêcher tout fléchissement.
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Collerette anti-fuites et projections.
Deux tubes qui s'emboîtent  et que l'on brasera à l'argent : le plus grand doit déborder d'un mm vers le haut.
Le montage sur le tube principal se fera à force en s'aidant d'un autre tube.
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Le tube a été brasé sur un plat qui pourrait servir au maintien sous un véhicule. On soudera en même temps l'alimentation et deux tubes réducteurs.
Pour le premier essai, utilisation de clinquant d'alu.
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avec du clinquant d'alu
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avec du tissus de verre
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avec du "tissus de carreleur"
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sans rien : de l'alcool

Le principe est donc valable. Pour la mèche qui arrive à mi-hauteur du tube, la troisième solution est la meilleure ; mais la dernière solution semble donner de meilleurs résultats. Cependant, une observation : c'est en fin d'alimentation que le fonctionnement est le meilleur.
Il est probable que si le niveau est important dans le tube, on se trouve avec une masse trop importante d'alcool en ébullition. Un système d'alimentation comme celui du chicken-feed semble donc la bonne option ... à vérifier !

Depuis j'ai arrondi le couvercle et y ai percé un petit trou de 1 mm ... mais sans amélioration notable.

la puissance d'un brûleur à alcool



Avant d'entreprendre une réalisation, il est bon de savoir ce que l'on peut attendre de notre brûleur. Et, tout comme pour le gaz il est possible de calculer sa puissance théorique.

On peut utiliser le tableur de Patrick LECLERE que je me suis permis de modifier pour cet usage (fichier ODS) en prenant en compte la donnée suivante :
. 1 cl d'alcool = 0.8 gramme

Voir le tableur complet dans la page des téléchargements.

Ou encore,cette relation : 1 gramme d'alcool apporte 8.14 W/h

puissance réelle

Il est intéressant de comparer la puissance théorique et la puissance réelle.
Pour cela une petit expérience facile à mener avec le dernier brûleur et que j'ai déjà utilisée pour ceux à gaz. Les résultats obtenus sont cependant à la mesure des moyens utilisés :
. une seringue (une balance serait bien préférable)
. la trotteuse d'une montre (il faudrait au moins être 2 pour donner le top de départ et de fin)
. un fond de canette en alu dont le poids est négligeable (environ 5 grammes) dans lequel on verse 20 cl d'eau
. mesurer la température ambiante (thermomètre mural pas très  fiable)

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le matériel
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attendre la pleine charge du brûleur
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poser le récipient
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ça bouillonne mais ... on ne voit pas !

résultat de l'expérience :
il faut 42 secondes pour amener les 20 cl à ébullition.

Application de la formule : Q eau= m en kg x Cp (4.18kj/kg) x différence de t° (100° ébullition - 28° ambiance)
. 0.020 x 4.18 x 72 = 6.019 kj en 42 secondes
soit : 6.019 x 3600 / 42 = 519 kj/h ou encore 143 W/h réels

Cette puissance serait probablement légèrement supérieure au sein d'une enveloppe de chaudière.

autre mesure, celle de la consommation :
On soutire ce qui reste d'alcool dans le réservoir et on établit la différence avec le contenu de la seringue au départ : pendant le passage de 28 à 100°, on a consommé 1 cl d'alcool soit 0.8 gramme
On a donc : 0.8 x  8.14 x 3600 / 42 = 558 W/h théoriques

Et le rendement n'est que de 25.6 %  en deçà des 30 % mais qui peuvent s'expliquer par les conditions de l'expérience.

Il est vrai aussi que la valeur prise pour les calculs n'est finalement pas si sûre que cela : celle choisit est celle de l'alcool pur. Pour un alcool dénaturé, on trouvera des valeurs de 27 voire 25 ... On aura donc un ordre de grandeur. 

Des expériences que l'on peut mener avec des tubes

Elles permettent de comparer le pouvoir calorique des uns et des autres et de penser à quelques relations ... sur lesquelles cependant, faute de confirmation trouvée ailleurs, je ne m'attarde pas trop.
Il est vrai qu'il serait bien agréable de pouvoir tabler sur le nombre de mm²  offerts pour déterminer la taille d'un brûleur ...

Voici quelques résultats bruts : pour chaque essai la durée a été de 60 secondes.
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les différences apportées en changeant de taille de tube :

la mèche est toujours à la même hauteur mais la surface augmenta à chaque fois.

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les différences en changeant la hauteur de la mèche

cette fois on ajoute la surface développée autour de la mèche à celle offerte par son diamètre : c'est toujours le même tube qui est utilisé.
Cliquez pour agrandir l'imagepour obtenir les résultats suivants :


Des résultats, quant aux rapports établis, à pendre avec des pincettes  ... isolantes car ça chauffe!

Il est probable que d'autres brûleurs suivront avec des essais sous des chaudières ... un peu plus tard.

reprise des recherches

'aimerais bien alimenter la Bugavap avec ce procédé. Les essais avec le brûleurs à 4 tubes sont négatifs car la voiturette ne tourne que 30 secondes ...
Alors, on reprend les essais de brûleurs à gaz d'alcool avec une petite difficulté : ils ne doivent pas dépasser 25 mm en hauteur  ni en largeur !
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construction du support distributeur qui va servir à 3 brûleurs différents

et qui est un peu plus esthétique que l'expérimental.
On part d'un tube de cuivre qu'on écrase dans l'étau pour obtenir une galette de 4 mm d'épaisseur : 3 recuits au moins sont nécessaires.

Toutes les pièces sont positionnées, serrées et brasée à l'argent. Nettoyer et vérifier si la brasure a bien pénétré partout ...
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perçage du tube de 10 avant sciage
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perçage support à 4 avant sciage
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perçage veilleuse avant sciage
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toutes les pièces
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montage pour la brasure
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brûleur A :

. tub de cuivre de 10 x 12 aplati ; arrivée centrale de la mèche ; 28 trous
. résultats : entre 170 et 180 W/h
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le tube de cuivre 10 x 12 aplati
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percer et limer l'intérieur
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perçage au dos
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languette pour fermeture
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martelage en bout avant brasage argent
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après brasage
 
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brasure tube et pose de la mèche
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pour le positionnement ...

... pour le positionnement du tube central qui va recevoir la mèche, on perce progressivement jusqu'à 9 (tube de 8 x 10) puis, avec le foret de 10 on descend à peine pour obtenir un petit lamage de 0.5 de profondeur.

On pourrait aussi percer à 9 mais reprendre sur 0.5 ou 1 mm le bout du tube à souder.
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brûleur B :

.tube de cuivre de 8 x 10 aplati ; arrivée en bout de la mèche et chauffage par veilleuse ; 18 trous
. résultats : entre 170 et 180 W/h

La construction est identique si ce n'est que la languette de laiton qui sert à boucher le tube aplati dépasse de 10 mm d'un côté pour être chauffé par la veilleuse.
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brûleur C :

. utilisation cette fois d'un tube de laiton de 6 x 8 qui sera percé de 3 rangées de trous.
. d'un côté une bague permet de l'emmancher facilement dans le tube qui reçoit la mèche : braser un rond de 6, mettre à longueur et repercer à diamètre 5, ce qui donne un bon épaulement
. de l'autre côté, un bouchon fileté (pas anglais pour pouvoir obtenir un taraudage dans le tube de 6 de diamètre)
. résultats : de 170 W/h à 200.

Au départ, ce bouchon devait permettre de remplir le tube " un faisceau de fils de cuivre pour constituer un volant de chaleur" (GS). J'ai fait cet essai et cela n'améliore en rien le fonctionnement ... 
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brûleur A
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brûleur B
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brûleur C
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fils de cuivre et mèche


Il semble que l'écoulement du réservoir au distributeur se fasse plus régulièrement si on place dans le tube 5 ou 6 fils de cuivre à peine torsadés.
Un essai de mèche en tôle de cannette et ... ce n'est pas mal non plus !

remarques

La puissance réelle obtenue (voir procédure ci-dessus) est sensiblement la même
Le nombre de trous ne change rien ... Pour chaque brûleur, le diamètre recevant la mèche est de même diamètre ce qui explique probablement la similitude des puissances obtenues !

Comment obtenir une puissance supérieure ?

En augmentant le diamètre du tube,  et le brûleur pourra "aspirer" davantage d'alcool : le tableau des essais montre nettement la relation qui existe entra la consommation d'alcool et le diamètre du tube. Une expérience à tenter mais cela va demander davantage de place et ... pour la voiturette, je n'en ai pas.

Ou alors en installant deux brûleurs parallèlement, avec  alimentation individuelle : en prenant le brûleur C, on pourrait atteindre les 360 W/h  et le brûleur entrera sous la chaudière !

un brûleur à gaz d'alcool de taille mini mais maxi performant

C'est vrai que la taille est mini puisqu'il ne fait au carré que 30 mm, et que la performance est du genre maxi puisqu'on atteint en moyenne les 300W/h.

Il faut un second tube et cette fois j'ai pris des photos !
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Plus de brasage d'un rond percé ensuite, mais tube de 5 x 6 ...
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... que l'on fera déborder légèrement à l'intérieur du tube de 6 x 8 pour le positionnement sur le réservoir.
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Positionnement avent la brasure à l'argent, absolument nécessaire car ...
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... en regardant le rougeoiement du support en ferraille, la température doit être bien élevée !
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La base : un bouchon en laiton, rayon mon "plombier préféré" ...
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Brasage argent du dessus que l'on cisaillera ensuite.
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Petite reprise au tour,pour faire joli,  centrage et traçage.
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Perçage du dessus et sur une arête en face du trou de 6.
Cliquez pour agrandir l'imagePerçage avant sciage (4 trous de diamètre 3)  du tube devant recevoir la mèche qui sert de veilleuse mais aussi d'"échauffeur".

La chaleur va se transmettre par les plats de laiton d'épaisseur 2. A refaire, je pense que du 1 serait suffisant et que la chaleur se diffuserait plus vite ... à vérifier !
Cliquez pour agrandir l'imageAvant la brasure à l'argent. Pour les tubes de diamètre 7 x 8, deux solutions :
1 - ils s'emboîtent parfaitement et on les scie à 9 mm (dépassement de 7)
2 - il y a un peu de jeu et dans ce cas il faut prévoir qu'ils poseront sur le fond et percer 4 trous de 4 pour que l'alcool puisse circuler.
Cliquez pour agrandir l'imageUn encombrement mini.

Le brûleur ne fait que 30 sur 30 mm , on peut le glisser facilement sous une petite chaudière.
Cliquez pour agrandir l'imageLes compléments :
1 - fils de cuivre dans l'alimentation et sensés la réguler ...
2 - mèche de la veilleuse en tissus de verre, 3 mm de dépassement
3 - mèches des brûleurs en clinquant d'alu qui favorisent la diffusion sous forme de gaz
Cliquez pour agrandir l'imageEn place pour le premier essai. Mais le brûleur a tendance à piquer du nez ...d'où l'utilisation de cales pour le maintenir bien plan.
Cliquez pour agrandir l'imageUn truc qui fonctionne et qui donnera aux essais une puissance moyenne de 300 W/h réels. Certes ce 'est pas le double mais mes essais se font dans des conditions pas vraiment scientifiques !

utilisation

Cela paraît plus simple mais c'est plus complexe que le brûleur à gaz à régler si on utilise le système d'alimentation du "chicken feed burner".
Il faudra procéder à de nombreux essais avant de placer le brûleur sous la chaudière, à l'extérieur de préférence et à l'abri du moindre courant d'air ... !

1 - ouverture de la vanne du réservoir après avoir refermé hermétiquement le bouchon : l'alcool va remplir jusqu'au niveau choisi le réservoir situé sous les tubes
2 - fermeture de la vanne
3 - allumage de la veilleuse : normalement, avec les 4 ou 5 cl de contenu du support, on va aller jusqu'à l'échauffement des tubes et l'apparition des flammes sur les brûleurs
4 - ouverture de la vanne

SI LA VEILLEUSE S'ETEINT,  NE JAMAIS OUVRIR LE BOUCHON POUR REMETTRE DE L'ALCOOL ALORS QUE LES TUBES SONT CHAUDS ET QUE LA VEILLEUSE CONSERVE PEUT-ETRE ENCORE UNE ETINCELLE: débordement presque certain et risque de brûlures ou d'incendie.

Cliquez pour agrandir l'imageProcédure non respectée : pas de fermeture de la vanne après le remplissage du socle, il y a trop de gaz dans les tubes et les flammes sont trop hautes au démarrage.
Cliquez pour agrandir l'imageProcédure respectée : des flammes correctes dès le début.

Il faudra aussi jouer sur la hauteur de l'alcool : il me semble que plus on en trouve dans le socle et plus la flamme est grande ! Le socle s'échauffe et l'alcool en trop grande quantité doit augmenter le phénomène de vaporisation ... Finalement je suis descendu à 6 mm mais je pense faire des essais à 5.

Et il faut de la patience : pour ces 4 derniers brûleurs, j'ai presque utilisé 1 litre d'alcool ... sans modération aucune !


Dans la foulée, des essais sur la dernière voiturette et c'est tout bon ...

Bugavap
Encore des essais, on ne s'en lasse pas.

La dernière expérience dure, à l'air libre, près de 18 minutes : les tubes sont froids, remplissage du réservoir à 20 cl (le branchement des tubes du checken-feed burner est modifié comme décrit ci-dessus).
Au bout de 2 minutes , les 2 brûleurs sont actifs et une flamme vive s'établit dans la minute qui suit. Il est probable que sous la chaudière et dans une enveloppe les gaz s'enflammeraient plus rapidement.
Ce n'est qu'ensuite, au bout de 17 minutes que les flammes deviennent moins actives ; l'arrêt se produit un peu plus tard.

On a donc eu 14 minutes de chauffe réelle : comme il a été établi que les 3 bars étaient atteints au bout de 7 minutes, on peut donc supposer que nos 20 cl donnent une autonomie de 7 minutes si on ouvre la vanne-vapeur à ce moment-là.
Conclusion : le réservoir n'a pas besoin d'être bien grand . On pourrait rapprocher  sa contenance utile de la donnée de Gems SUZOR (embarquement en alcool du 1/4 du volume d'eau  et ici, 20 cl, c'est trop)

Observation : dans ce cas de figure, après allumage des brûleurs, la vanne n'a été ouverte que d'un quart de tour ... le débit d'alcool en semble régulé et la flamme stable jusqu'au bout de l'expérience ... Il y a encore bien des choses à apprendre ! //

photo prise 15 minutes après le début de l'expérience


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documentation

un mystère éclairci

... avec une explication qui nous vient de l'Université de Lille 1 (Sciences et Technologies) pour expliquer le fait que notre niveau restera constant dans le réservoir secondaire et au niveau que l'on aura choisi.

pour aller plus loin : l'équation d'Antoine

Il existe en thermochimie une loi semi-empirique pour connaître la pression de vapeur au-dessus d'un liquide pur. C'est l'équation d'Antoine.
Elle est basée sur la température du liquide et de 3 coefficients. Son domaine de validité  en température est variable. J'ai trouvé les coefficients pour l'éthanol. Attention les sources sont souvent incohérentes du point de vue unités ou de la  formulation. J'ai pris les valeurs d'un organisme officiel. J'en ai fait une feuille de calcul.

En fonction de la température, la pression de vapeur de l'éthanol grimpe très vite, à la manière du propane.
Cela explique clairement la piste à suivre en particulier l'intérêt de faire des trous très petits à la manière des gicleurs gaz pour "casser" la pression par laminage. Comme dans un fluide, pression et vitesse sont liés, si on baisse la pression du jet on baisse alors la vitesse et donc la flamme reste stable.
Je  pense qu'une température d'alcool vers 90-100°C  serait une plage de valeurs raisonnable. Une soupape de décharge, comme sur  les réservoirs GPL des voitures, ne serait pas un luxe s'il y a des risques de chauffe du réservoir lui-même.

En format ODS, la feuille de calcul établie par Patrick LECLERE :
 
loi antoine.ods

des idées à creuser grâce aux liens découverts par Georges ALAUX

Les lampes à souder :
http://lampterophiliste.free.fr/Lampe%20souder/L-S%20Fonctionnement.htm
Un excellent lien :
http://modelismenavalradioc.nouvellestar6.com/t5184-bruleur-a-alcool?highlight=bruleur+alccol


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un forum à consulter

Dans le moteur de recherche, il suffit de taper "brûleur à alcool"  ou "vaporisation" :
http://www.bloooo.fr/forums/index.php

une contribution de Patrick

concernant la combustion, fichier ODT
combustion

expérience

Les courriers échangés avec Emmanuel LAFAYE ont de quoi réconcilier avec la chauffe à l'alcool !






"Ce qui n'est pas expliqué et qu'on ne voit pas (peut être pour une autre vidéo).Le tirage forcé est mis en place jusque 2 bars environ et à cette pression le souffleur prend le relais. La pression monte et vers 4 bars la première soupape se soulève.
Ensuite on purge les cylindres et c'est parti.
Avec le réservoir plein l'autonomie est d'environ 30 minutes.
Ce modèle est muni d'une pompe montée sur un essieu qui alimente la chaudière depuis la réserve d'eau du tender. Il faut régler le by-pass pour ne pas sur ou sous alimenter en fonction de la charge. C'est intéressant.
Pour le brûleur à alcool c'est un peu binaire (quand il fonctionne!) il n'y a pas vraiment de possibilité de réglage de la chauffe. Mais l'autonomie est bonne et c'est assez économe.
On peut voir les deux soudures de réparation sur le réservoir (à mangeoire de pigeon..) Depuis le fonctionnement est bon; il n'y a plus de débordement.
Mais c'était assez difficile à trouver cette double panne et plutôt étonnant, Il semble que ce soit assez rare, mais je n'ai pas encore questionné tous les membres du Club.
J'aime beaucoup cette machine. Pour moi c'est un peu une maquette vivante. J'aime beaucoup aussi les machines fixes, comme Sylvain qui a fait la vidéo. On peut les construire, les améliorer, mais là c'est différent , plus évocateur.
Emmanuel"

Un autre courrier tout aussi intéressant sur le problème lié à l'alcool à brûler : le risque d'incendie !
"Un autre aspect partagé aussi c'est le fait que l'alcool ne soit pas sans danger. Lors des essais avant de trouver l'origine du problème de réservoir la loco a pris feu à deux reprises.
J'avais pris des précautions mais le plus efficace c'est de souffler le feu à l'opposé du tirage. Le haut des brûleurs n'est pas accessible facilement. Donc je me munis d'un tuyau de 2 cm de diamètre à peu près je l'applique sur la cheminée et en soufflant fort on arrête la combustion dès le premier essai en général.
C'est un membre du club EVC45 qui m'a indiqué cette technique et dans le cas des Aster ça a l'air de fonctionner bien.
Emmanuel"

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album terminé ... pour le moment !

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