Energie > Rocket stove batch V1 pour stériliser les bocaux

Dernière mise à jour le 23/07/2017

Cet projet est en plusieurs parties. Cet article traite des recherches et du prototypage de la version 1 qui a fonctionné, mais qui au moment du démontage pour son installation plus stable, a révélé son lot de surprises. D'où l'enchainement avec une version 2 décrite sur ce même article en attendant un autre article EN COURS DE RéDACTION (lien)

Le besoin

Faire un système de cuisson spécifique pour stériliser les bocaux à l'aide d'un autoclave.
Avec une consommation importante de gaz pour stériliser plus de 300 bocaux par an et faire mijoter des centaines de litres de préparations comme les coulis de tomate, la construction d'un rocket spécialement pour cette tâche a été déjà initiée l'année dernière. Le modèle basique s'inspirant de celui de William ANDREW (lien) dont je vous recommande vivement et le site (lien) et la chaîne youtube (lien).  Nous détaillerons dans l'article consacré à cet appareil ce pourquoi nous souhaitons développer un nouveau modèle orienté pour un usage plus "professionnel".
De plus, nous avons récupéré presque 2 tonnes de charbon gratuitement et n'avons aucun matériel qui puisse l'utiliser. C'est pourquoi le rocket numéro deux fonctionne charbon car c'est le seul moyen et endroit dans notre maison de consommer ce combustible gratuit.

Séquence de stérilisation traditionnelle

  •  l'autoclave est préparé, il est fermé avec les bocaux dedans, il pèse autour de 30kg
  • l'autoclave est posé sur un feu type 3Kw/h,
  • montée en température jusqu'à sifflement
  • maintient du sifflement jusqu'à durée de stérilisation (ce qui correspond à changement de feu pour un 2Kw/h)
  • l'autoclave est posé dans une ancienne couette (à l'instar d'une marmite norvégienne) pour que la température redescende doucement. Cette étape est vraiment incontournable avec cet autoclave en aluminium. Si cette étape n'est pas respectée, les bocaux ont quasiment tous des fuites. Le phénomène est du à un refroidissement trop rapide de l'appareil et de l'eau alors que les bocaux sont eux encore très chauds ce qui engendre une différence de pression telle que le contenu des bocaux fuit et sort par le joint. Il y a donc un gros risque ensuite que la stérilisation n'ait pas fonctionné, que le contenu soit gâté voir toxique.

Séquence de stérilisation avec un rocket stove

  • préparation idem
  • montée en température (puissance forte)
  • maintient pendant la durée de stérilisation (puissance modérée)
  • refroidissement (puissance faible ou nulle en fonction de l'inertie)
Voici une vidéo inspirante

Etude et simulation

Après de longues hésitation et des essais (voir article à venir), nous nous laçons dans la réalisation de notre rocket stove de type batch dédié uniquement à stériliser des bocaux.

Nous avons acheté pour cela un autoclave de type presto (voir article en cours) de 22l que voici (voir photos dessous). Nous avons longuement chiné pour trouver une casserole aux dimensions très proches. Ce que nous avons fini par trouver sous la forme d'un ancien stérilisateur émaillé.

L'autoclave Presto avec sa hauteur hors tout
Hauteur sous les poignées (qui ne supporterons pas une chaleur trop importante)
Diamètre extérieur
Marmite (ancien stérilisateur en acier émaillé détourné) 
Diamètre extérieur
Hauteur sous poignée


Energie utilisée: le charbon

Comme mentionné en introduction dans notre cas spécifique nous souhaitons que le rocket stove puisse fonctionner au charbon.

Caractéristiques du charbon (Source wikipédia)
ProduitsTeneur en carbone
(en %)
Pouvoir calorifique
(en kJ/kg)
Anthracite93 - 9733 500 - 34 900
Charbon maigre et houille anthraciteuse90 - 9334 900 - 36 000
Charbon demi-gras ou semi-bitumineux80 - 9035 000 - 37 000
Charbon gras ou bitumineux à coke75 - 9032 000 - 37 000
Flambant70 - 8032 700 - 34 000
Lignite50 - 60< 25 110
Tourbe< 5012 555

Comparativement au bois qui fournit 3,5 kWh par kg, le charbon de qualité moyenne (à 34 000kJ/kg) fournit 9,5 kWh par kg! Soit en gros 3 fois plus de puissance par kg.

Stratégie

Contrairement à un rocket traditionnel ici l'objectif vise que 100% de la chaleur soit concentrée uniquement sur la plaque chauffante. Les parois doivent être les plus froides possibles.


Quel modèle de rocket stove?

Le barnabé stove amélioré.

Voici la version originale

Le plan de son rocket sans soudure


Toutes les informations ont aussi accessibles sur son site (lien)
L'amélioration consiste a emmitoufler l'intégralité de son modèle, à l'exception de l'admission, du trou de chargement et de l'échappement, dans un fût de 200l calorifugé pour qu'une fois posé sur la casserole retournée (sic barnabé), seule la partie couvercle avec les deux poignées de l'autoclave ne dépasse. Enfin de remplacer le sable par du béton réfractaire pour concentrer la chaleur sur ce qu'il nomme "la plaque de cuisson".
Si sa construction est vraiment très simple, ce type d'appareil n'a qu'une durée de vie limitée dans le temps. Si cette durée est tout à fait acceptable en utilisant du bois et une utilisation modérée, avec du charbon où les températures vont être bien plus élevées et plusieurs heures de chauffe plein régime, certaines pièces risquent de ne pas tenir une seule saison (cheminée interne et foyer).  Nous nous basons sur les mauvaises expérience de ce youtubeur connu dont voici une vidéo sur le problème.

un rocket stove de type batch

Faire un foyer en briques réfractaires + béton réfractaire pour un modèle batch box qui chauffe une plaque. Comme le modèle au dessus le tout (y compris l'autoclave) est calorifugé dans un fut de 200l.

Dimensionnement du Rocket Batch

Nous nous sommes décidés en fonction des données de ce tableau

dont on trouve toutes les explications sur ce fil (lien)

La quantité de bois par flambée augmente avec le diamètre de la cheminée interne:
Diamètre de la cheminée interne (mm)Quantité de bois par flambée (kg) Puissance moyenne en considérant deux flambées quotidiennes (kW)
125 mm3,5 kg1,1 kW
140 mm4,9 kg1,5 kW
150 mm6,0 kg1,9 kW
175 mm9,5 kg2,9 kW
200 mm14,2 kg4,4 kW
230 mm21,6 kg6,7 kW
250 mm27,8 kg8,6 kW

Maquette du rocket batch

Voilà en gros le principe de montage (Il manque des briques!)
Vue de face avec le foyer au 2/3 construit. On aperçoit au fond à droite le "port" sorte d'ouverture qui va permettre aux flammes de ce concentrer avant de monter dans la tuyère
Vue arrière avec le tube PVC de 100mm qui simule l'intérieur de la cheminée. Le tube sera décalé de l'épaisseur de la tuyère.
Vue arrière avec le port qui n'est pas à sa bonne taille
Le port va venir sur le coté de la cheminée pour faciliter la création d'un vortex.

Plans



  • Le rectangle blanc à bords bleus représente l'autoclave. 
  • Dessous le rectangle bleu est une plaque d'acier qui sert de dissipateur thermique et qui protège l'autoclave. C'est une pièce d'usure qui sera changée en fonction de sa corrosion forcément importante puisque juste en sortie de tuyère là ou les températures sont les plus hautes et sans oxygène.
  • Le rectangle blanc hachuré à bords vert représente un fût métallique remplis de laine de roche résistant aux températures.
  • La forme en "L" orange représente le P chanel sorte de tuyère qui apporte de l'air pour parfaire le combustion dans la tuyère.


Construction V1

Fabrication du moule pour le coffrage de la tuyère
Un tube pvc va faire l'empreinte de la tuyère diamètre 100mm
Une ponceuse vibrante premier prix qui sert au trie des insectes, est démontée pour glisser entre le plateau et le corps deux sangles de maintien 
La ponceuse et les sangles sont présentées au barycentre du moule pour qu'il reste bien à plat
La préparation du mortier réfractaire demande d'être très précis sur les dosages qui s'effectuent à la balance. Cet antique pèse bébé est redoutable de précision, ultra solide et fiable depuis 40 ans!
Le béton a été coulé. Le coffrage est suspendu par des sangles pour que les vibrations de la ponceuse se propagent. Pour aider les bulles à remonter, un maillet est utilisé pour frapper dessous. Il faut être patient mais la ponceuse fait bien son travail car des petites bulles remontent à la surface au bout de quelques minutes.
4 heures plus tard le démoulage peut être entamé. Seule la planche de dessous reste pour éviter d'imposer trop de contrainte à une pièce pas encore sèche, car il faut 48h de séchage pour avoir la solidité complète avec le ciment réfractaire employé.
Le résultat est très correct en finition. Seules quelques bulles sont restées coincées juste à l'aplomb du point le plus bas du tube. Quelques fissures se sont dessinées dans l'axe du tube, à voir si elles ont traversé ce qui serait étonnant avec 50mm d'épaisseur. La pièce a été volontairement plus longue pour pouvoir être retaillée.
Seconde 1/2 tuyère. L'aspect est plus régulier sauf qu'une belle bulle est venue se planter en plein milieu. Elle sera rebouchée avant l'assemblage des parties.

Pour couler une tuyère de 100mm de diamètre il faut deux sacs de 25kg de mortier réfractaire!

Si nous ajoutons 70 briques + un à deux autres sacs de mortier, le tout risque de peser sa demi-tonne.

Le poids total de l'ensemble rend impossible tout déplacement même de quelques mètres. Ce n'est pas possible de faire une version démontable, les spécialistes du domaine mettant en garde que la mise au point demande une étanchéité parfaite entre les éléments. sauf a prendre le risque de noyer le foyer sous des centaines de litres de cendres. mais à la première pluie.... Gros doute que la jonction entre le foyer et la tuyère puisse se passer de mortier. C'est déjà un sous ensemble de 150 à 200kg. 
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Le port totalement taillé dans une pièce d'un seul tenant
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Voici une nouvelle version rallongée de l'équivalent d'une longueur de brique réfractaire en longueur (soit 220mm).

Pour obtenir de tels rendements (peter annonce 95%) le système doit être précis. Toutes les cotes des abaques sont en mm et doivent être respectées, car le rendement en dépend totalement.
La construction a été faite avec minutie, tant au niveau des découpes que les ajustements. Les emboitements tombent pile poile.
Dans ses nombreux échanges sur la mise au point des rockets batch il est dit que la taille de la box (la partie de chargement de bois) pouvait variée jusqu'à 40% sans que cela ne perturbe le fonctionnement. Nous supputions que cela devait être surtout vrai pour la profondeur, mais qui ne fallait pas trop jouer sur le largueur et surtout sur la hauteur.
Nous avons fait l'essai sans jointer ni seller les briques en ajoutant 220mm de longueur.
La box fait 508 au lieu de 288 ce qui fait 71% de volume en sus mais uniquement sur la longueur.

Comme nous le pressentions le poêle rocket a un fonctionnement ON/OFF. S'il ne tire pas, s'il ne ronfle pas il fume.
La mise en toute demande aussi un peu de temps et le risque de retour de fumée par l'alimentation est bien présent.

C'est dans cette configuration non optimisée (pas de p-channel, pierres et briques non-jointées que nous nous sommes lancés dans une série d'essais de cuisson.



Vidéo de démonstration du rocket en mode test.

Hélas au démontage quelques surprises nous attendaient.
Le port en pierre volcanique a très bien résisté à l'assaut des flamme et ne comporte aucune trace visible d'altération. La tuyère elle ne peut pas en dire autant, car outre des traces importantes de calamine dues à une combustion incomplète sur les phases de démarrage, l'échauffement et certainement les mini contraintes mécaniques au démontage l'ont cassé en deux puis en trois.



A ce stade du prototype il a fallu choisir parmi plusieurs directions et répondre à plusieurs questions:
- quelle(s) pièce(s) refaire?
- faut-il continuer sur un modèle de 100mm de diamètre donné pour 1 Kw de puissance?

Renseignement donnés via les forums, le mortier donné pour 1 000°c n'est pas suffisant. Un fournisseur local peut vendre du mortier compatible avec du moulage vivré résistant à 1400°c voir même plus si je le souhaite mais le prix explose. Le prix du 1400°c est 3 fois celui du mortier réfractaire utilisé soit 37euros50 le sac de 25kg.. La tuyère de 100mm passerait d'un coût de revient de 30 euros à  près de 80 en gagnant sur le volume de béton. Et si l'on l'on souhaite conserver les côtes de Peter voici ce que cela donne en besoin pour construire une tuyère cylindrique en fonction du diamètre interne et en comptant 50mm d'épaisseur
Diam interne Diam externe surface en m2 longueur volume masse volumique Poids brut mortier 5% de perte 10% de perte
0,075 0,175 0,0196349541 0,54 0,0106028752 2200 23,3 24,5 25,7
0,1 0,2 0,0235619449 0,72 0,0169646003 2200 37,3 39,2 41,1
0,13 0,23 0,0282743339 0,936 0,0264647765 2200 58,2 61,1 64,0
0,15 0,25 0,0314159265 1,08 0,0339292007 2200 74,6 78,4 82,1
0,18 0,28 0,0361283155 1,3 0,0469668102 2200 103,3 108,5 113,7
0,2 0,3 0,0392699082 1,44 0,0565486678 2200 124,4 130,6 136,8
0,23 0,33 0,0439822972 1,66 0,0730106133 2200 160,6 168,7 176,7
0,25 0,35 0,0471238898 1,8 0,0848230016 2200 186,6 195,9 205,3

Comme le démontre les calculs, la quantité de béton par conséquence le poids et le coût augmentent très vite.

Nous nous sommes rendus à l'entreprise en question des spécialistes de fournitures pour les très hautes températures et cela valait vraiment le déplacement, car nous avons eu de précieux conseils.

Ce qui nous amène a repenser totalement le heat riser (la tuyère) et toutes les future pièces moulées en béton. Car il faut à tout prix éviter des faire des pièces trop grosses et dans le cas présent pour 720mm de long il faudrait au moins faire trois pièces.

Dans nos recherches, cette vidéo avait attiré notre attention, car la simplicité de la mise en oeuvre est intéressante avec un résultat tout à fait correcte.



L'auteur utilise un mélange comprenant, de la perlite, du ciment réfractaire, de l'argile haute température, quelques morceaux de verre.
Il obtient par compression puis par vitrification un ensemble solide et homogène.
On peut entendre à cet instant sur la vidéo qu'une des pièces a fendu

Construction V2

La sous base est constituée de deux dalles en béton vibré de 500x500x40 espacées de 25mm pour réaliser un joint
Un coffrage de 140mm de haut enserre le tout ce qui fait une hauteur de 100mm au dessus de la dalle.
Le mélange utilisé est de la vermiculite chargé à 20kg de ciment fondu pour 80l.
7 briques réfractaires sont posées dedans pour faire la sole de toute la partie foyer et tuyère
Voici en simulation le foyer, le port et le début de la tuyère.
NB ce n'est pas cette tuyère qui sera en place, mais une pièce moulée avec un ciment capable de supporter 1450°C
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Sources

http://www.ecologie-pratique.org/forum/viewtopic.php?showtopic=3775&mode=&show=25
https://permies.com/t/40007/Results-batch-box-thingy-Innovators#311377
https://www.google.fr/search?q=plan+rocket+barnab%C3%A9&tbm=isch&imgil=YM-0aplRM1Z_oM%253A%253Bfp2O50R_3PJp9M%253Bhttp%25253A%25252F%25252Fenergie-autrement.blogspot.com%25252F&source=iu&pf=m&fir=YM-0aplRM1Z_oM%253A%252Cfp2O50R_3PJp9M%252C_&usg=__0KCuP1JiJzpQqFxVCPc-t356PoU%3D&biw=1663&bih=960&ved=0ahUKEwj4ja7fq-zUAhWPb1AKHaYHBVwQyjcIOQ&ei=6NBZWfj5DY_fwQKmj5TgBQ#imgrc=nd3KLTEpRSwi9M:

https://fr.wikipedia.org/wiki/Haut_fourneau

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About Pierre1911

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5 commentaires :

  1. Salut Pierre !!
    Toujours dans la recherche pour arriver à l'autosuffisance. En tout cas bravo pour la réalisation.

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  2. Je viens de récupérer exactement le même vieux stérilisateur bleu, avec son thermomètre toujours fonctionnel, pour tremper les volailles avant de les plumer. Pour l'instant je chauffe avec un réchaud de camping à gaz. Ton article me fait penser que j'aurais intérêt à faire un petit rocket stove aussi, pour ça.

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    1. Par rapport à ton application moins gourmande en énergie (temps nécessaire de maintien en température et valeur basse de celle-ci) peut être peux tu t'orienter sur un modèle plus simple.
      En voici un exemple http://www.rocketstove.org/index.php/videos

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    2. ou le modèle de Barnabé est très bien

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