CHAUX
de la masse esl parvenoe à uû degré élevé qae Pintroductioo de la
yapenr peut élre atile.
Principes généraux de la constructitm des fours. — Dea expériences faites avec soin paraissent avoir bien démontré que les parois des fours doivent être rentrantes à Tintérieur depuis la base jusqu^au sommet de la charge, et que leur section hori^ntale doit être circulaire à toutes les hauteurs. Celte section moyenne ne doit pas dépasser 6 mètres carrés.
De tous les fours à un seul compartiment et sans grille, celui dont les dimensions suivent a le mieux réussi. Les essais ont porté sur un calcaire compact et cristallin de Brest, véritable marbre très résistant. La contenance de ce four est d'environ 42 mètres cubes.
Hauteurs an-desswi
Rayons x
, correspondants des
de la sole, y.
sections intérieures.
Sole 0-
Hauteur totale 5. 8a
Durée du travail et consommation. — Pour cuire le calcaire de Brest dans le four précédent, on a dépensé 1039 kilog. de fagots par mètre cube de calcaire, et la durée du feu a été de 117 heures. Les fagots avaient un mètre de long, pesaient moyennement 9 kilog. Ceux qui contenaient le moins de rondins et le plus de menu boi& ont été les plus avantageux. On a pu remarauer aussi^ 1^ que les fagots et bois refendus étaient préftrables aux dois de corde ; ifi que, malgré les idées contraires de quelques chaufourniers, il était désavantageux d'employer du bois vert.
Il parait que dans les fours ordinaires oo oooiomroe de 950 à 1250 Icilog. de fagots par mètre cube de pierre; la durée de la cal- «ination varie de 1 1 0 à 1 30 heures.
D'après M. Payen^ on consommerait dans les fours à la bouille 1 mètre cube de ce combustible pour 3 à 4 mètres de cbaax, et dans les fours au bois contenant 60 à 75 mètres cubes, le feu durerait 1 00 à 1 50 heures, et l'on consommerait par mètre cube de chaux, savoir : 1.66 stère si l'on emploie du bois de corde, 22 stères si l'on emploie des fagots, 30 stères si Ton emploie des fascines de bruyères ; les genêts et les fagots étant mesurés en grandes piles et sous le volume qui résulte de la pression à laqudle ils sont alors soumis.
CHAUX. aof
Char gemeni des fours, — Les pierres doivent être réduites en fragments qui n'auront jamais plus de O'^.'^O d'épaisseur. Les plus gros doivent occuper la base de la charge et les plus petits le sommet. La hauteur de cette charge, c'est-à-dire la distance verticale entre la voûte et l'orifice supérieur ne doit guère dépasser trois métrés. Quatre mètres forment une hauteur beaucoup trop grande.
Chaux hydrauliques. — On désigne ainsi les chaux qui^ d'ellesmêmes^ durcissent plus ou moins promptement sous Teau.
Reconnaître si une chaux est hydraulique. — II faut en prendre une pclite quantité au moment où elle sort du four, la réduire en pâte épaisse avec de Teau^ en former une couche au fond d'un vase plat; puis, trois ou quatre heures après, verser de Tcau sur cette pâte, jusqu'aux bords du vase, et laisser reposer le tout.
Si, au bout de huit ou dix jours, elle a acquis sous l'eau une consistance telle qu'en pressant fortement avec le pouce il n'y Jaissc aucune impression, la chaux est hydraulique. Si Ton n'obtient ce résultat qu'au bout de vingt, trente, quarante jours, elle est faiblement hydraulique. Enfin, si, an bout de ce temps, elle n'a pris aucune consistance, elle est commune. (M. Vicat.)
On rend quelquefois très hydrauliques des chaux qui ne le seraient que peu par elles-mêmes, soit en calcinant incomplètement , soit en surcalcinant les calcaires qui les donnent.
En général, les pierres à chaux moyennement hydrauliques donnent de 0.08 à 0.12 d'argile, celles à chaux hydraulique de 0.1 5 à 0.18, celles à chaux éminemment hydrauliques de 0.20 à 0.25.
On remarque que la craie, complètement dépouillée d'acide carbonique, donne naissance par l'action de Teau à un hydrate qui ne fait jamais prise sous l'eau, tandis que la même substance, nu moyen d'une calcination incomplète qui lui laisse une partie de son acide carbonique, ne tarde pas à faire prise de la même manière que la chaux hydraulique.
Conservation de la chaux. — Délayez la chaux avec de Teau dana des bassins en bois, coulez-la ensuite dans des fosses en terre forte , au bout de quelque temps elle s'épaissit, on la recouvre alors do' sable ou de terre, pour qu'elle n'absorbe pas Thumidité et l'acide carbonique de l'air, qui la ramènerait en partie à l'état de carbonate.
D'après Belidor, on ne doit point employer les eaux de marais, ni les eaux bourbeuses pour éteindre la chaux; quant à l'eau do mer, elle serait, selon Smeaton, aussi avantageuse au moins que l'eau douce.
Méthode pratique pour analyser les pierres calcaires. — Broyez et tamisez la pierre; prenez dix grammes de la poussière obtenue, délayez-la dans un peu d'eau, versez par-dessns, peu à peu et en agiuint continuellement soit de l'acide chlorhydrique, soit de l'acide
302 CHEMINEES D'USINES.
uitriquc étendu d'eau^ soit de Tacide acétique, jusqu'à ce qu'il n y ail plus d'efferYesceuce; éyaporez la dissolution à uue douce chaleur jusqu'à consistauce pâteuse ; délayez alors dans demi-litre d'eau ; filtrez; ce qui restera sur le filtre sera l'argile, que vous pèserez lorsqu'elle sera sèche ^ calcinez-la ensuite, pesez-la de nouveau; l'excès de la première pesée sur cette dernière sera le poids de l'eau que cette argile tenait en combinaison.
Versez de Tcau de chaux dans le liquide filtré tant qu'il s'y forme un précipité; recueillez le plus promptement possible celui-ci sur un filtre; lavez avec de l'eau pure : puis calcinez et pesez, vous aurez ainsi la magnésie, mêlée de fer et de manganèse, si le calcaire en contient.
Après avoir fait ces opérations, calcinez à une forte chaleur blanche cinq grammes seulement de la pierre , prenez le poids du résidu.
Il est évident qu'en retranchant du double de ce poids celui de l'argile calcinée, et celui delà magnésie, etc., on aura le poids de la chaux. Cette méthode a été proposée par M. Berthier ( Traité des Essais par la voie sèche).
Recherches de la chaux dans les analyses. — - C'est presque toujours par Toxalate d'ammoniaque qu'on précipite la chaux, on peut aussi employer l'acide oxalique, mais il faut préalablement rendre la liqueur ammoniacale. Il faut chauffer la liqueur et la laisser au moins douze heures dans un endroit chaud, pour que l'oxalate de chaux insoluble qui se forme se précipite en totalité. — On le filtre alors, on le lave, on le fait sécher, puis rougir dans le creuset de platine ; l'oxalate passe à l'état de carbonate calcique, si la chaleur n'a été ni trop forte, ni trop faible. Le poids du carbonate fait alors connaître celui de la chaux ( voyez Equivalents ). On peut aussi précipiter la chaux à l'état de carbonate calcique par le carbonate d'ammoniaque, mais il faut que la liqueur soit étendue et un peu ammoniacale. On prend d'ailleurs les mêmes précautions que ci-dessus avant de filtrer, et Ton se contente de chauffer ensuite le carbonate calcique avant de le peser. L'acide sulfurique étendu et les dissolutions des sulfates ne produisent point de précipité dans les dissolutions étendues des sels calciqnes, mais l'acide sulfurique détermine un précipité volumineux, soit sur-le-champ, soit à la longue, si la liqueur calcique est concentrée.
CHEMINÉES D'USINES. En dépit des estimables recherches de MM. Uontgolfierj Pécletj Tredgold^ Davies Gilbert et Sylves ter ^ etc., on ne sait point encore déterminer, à priori, les dimensions que doit recevoir une cheminée de fourneau pour que le combustible produise son maximum d'effet, et la théorie du tirage est encore datis un tel état d'inpcrfection qu'il n'y a même point d'approxima-
CHEMINÉES DTSINES. 303
tioD à en déduire. Ses formales» quelque correction que des coefBcicDts très-influents leur aient fait subir^ conduisent à des résultats tellement différents de ceux que la pratique a consacrés» qu^il y aurait, à mon avis du moins » une très grande imprudence à s'y iSer. L'ingénieur chargé de Fimportante construction d'une cheminée d^usine» devra donc chercher les éléments de son projet dans la seule étude des constructions analogues existantes , et dans Fobservation de leurs effets.
Après cet avis^ que je crois salutaire^ je résumerai ici les bases de la théorie du tirage des cheminées.
Soient
h la différence de nirean de la base an sommet de la cheminée,
L sa longueur développée qui diffère souvent de sa hauteur ,
D son diamètre si elle est ronde» ou sa plus grande dimension horizontale si elle est rectangulaire»
n le poids d'un mètre cube d'air à o = 1*^.3987 qu'on peut faire = 1^.3 sans erreur influente.
On peut d'ailleurs négliger ici les différences de pression barométrique;
a le coefficient de dilatation par degré de Pair atmosphérique = 0.00366; on appliquera ce coefficient aux autres gaz» parce que leur coefficient de dilatation en diffère très peu (Voy. page 183),
<v poids d'un mètre cube d'air à la température extérieure i et n
W poids moyen du mètre cube des gaz de la cheminée à o. Ce poids est ordinairement compris entre 1^.32 et 1*^.40,
<9-' poids du mètre cube des mêmes gaz à la température moyenne
l' qu'ils conservent dans la cheminée : «•' = — - — -,
A' la section de l'orifice de sortie de la cheminée,
V la vitesse de sortie des gaz à cet orifice»
m un coefficient de cette vitesse fourni par l'observation.
On prend pour la mesure de la pression qui a lieu à l'orifice de sortie la différence de hauteur de deux colonnes gazeuses ramenées à la densité «o-' des gaz de la cheminée» Tune, la moins élevée a la hauteur h, l'autre» la plus grande, est celle h' que prendrait la co^ lonne d'air froid A, en passant de la densité tr à la aensité «z»-'. On a
donc facilement -o- A = 'w' A', ou A' = -- A = „, , . . ■ .
La hauteur due à la vitesse théorique de sortie devient ainsi
Oa a dès lors poar cotte vitesse théorique
igh
n(l+at'
L'observation da temps que des corps légers, de la vapeur d^eao, par exemple, ont mis h parcourir la hauteur de diverses cheminées, a appris que cette vitesse théorique v était énormément plus grande que la vitesse réelle. On a attribué au frottement le long des parois de la cheminée cette diminution considérable de vitesse et quoique» en raisonnant par analogie, ce frottement paraisse trop faible pour avoir une aussi grande influence, M. Péclety à la suite d'observations nombreuses, a proposé de multiplier la vitesse théorique v par les coefficients suivants m, pour tenir compte de ce frottement, remarquant qu'il était fort différent dan» les cheminées en briques, en tôle et en fonte. On aurait, d'après ce physicien, en supposant la combustion incomplète.
L+IOD
si la cheminée est en briques, si elle est en tôle,
= 4.6171/ I si elle est en fonte.
Désignant maintenant par Q le volume des gaz écoulés par seconde et mesurés à la densité ^\ on aura
et Q ^' =; 7-T- — - sera le poids des volumes de ces gaz à écouler par
seconde.
n' dépend d'ailleurs de la manière dont la combustion s'opère, on le calculera en remarquant que, à la température zéro, on a
Pour Tacide carbonique. 1.529 X 1-2987 =:
— Toxjdede carbone.0.957 X 1-2987 =
— l'azote 0.972 X ^.2987 =
— l'oxygène 1.106 X 1-2987 =
— rhyârogène. . . .0.069 X 1-2987 =
— l'acide sulfureux. .2.234 X 1 2987 =
— la vapeur d'eau. .0.624 X 1-2987 =
— l'air atmosphérique r= (Voyezy au reste, l'article Combustion et Combustibles).
Poids
du
met. eube.
Voliine
àO du kflogr.
mmni.
La composition da combastible, le poids de ce combustible à brûler par seconde pour produire l'eiïet qu'on veut obtenir, Tana- Ivse des produits de cette combustion recueillis dans des cheminées d'appareils analogues à celui qu'on veut établir, la température moyenne de ces produits compléteraient les données nécessaires au calcul des dimensions de la cneminée en projet. La plupart de ces données manquent encore ; mais auand bien même elles seraient connues, les formules ci-dessus^ je le répète, ne conduiraient à aucun résultat applicable.
Je résume ici quelques observations qui se rapportent à cette théorie.
On a trouvé que, dans un fourneau de fusion pour le cuivre où la cheminée avait 12*°. d^élévation, la température s'élevait h 815<> au point le plus chaud du fourneau, Tair extérieur étant à 5<»: le gaz à la sortie de la cheminée avait une température de 50^. La section de la cheminée est inconnue.
Analyêe des gaz de deux chemméee d^um^, d*apré$ M. Ebebnen.
Four d Puddler. — La cheminée à 11 ".64 d'élévation, environ ro.37)^de section, la grille 0°'a80 X 0.97^ elle est formée de 11 barreaux laissant entre eux 12 intervalles de O'*«0304 chacun.
Le combustible est la houille de Rive-de-Gier ^ on en charge sur la grille une épaisseur de 0'°.20 : la température des gaz de la cheminée n'est pas indiquée. L'aspiration due au tirage est mesurée par une colonne d'eau de O'^.OIS à 0".02. On a fait cinq analyses qui
ont donné :
moyenne.
Acide carbonique. . 13.00 Oxyde de carbone. 0.18
Hydrogène 0.
Oxygène libre. . . 4a 81
Azote 81.92
lOOaOO
Fraction du volume d'air qui échappe à la combustion. .
Four d riehaufftr. — La cheminée a 12°*. d'élévation, et environ (0"'.38y de section. La grille a 0*°.90X1"'02; elle est formée de barreaux espacés comme ci-dessus ^ l'épaisseur de combustible sur la grille est 0'°.25 : le combustible est le même que ci-dessus. On n'indique pas la température des gaz de la cheminée. Cinq analyses ont donné :
Acide carbonique.
Oxyde de carbone Hydrogène. . . .
Oxvffènc libre. .
Azole
Fraction du volume d'air qui échappe à la combustion. .
moyen ne*
M. Péclet à évalué à moitié, ou au moins au quart, la fraction du volume d'air qui, dans les meilleurs appareils, échappait à la combuslion. Les résultats de M. Ebelmen donnent^ en général, à cette fraction une valeur beaucoup plus faible; mais il faut remarquer que Tazote n'ayant pas été dosé directement, ces analyses laissent encore de Tincertitudc. On ne comprend pas, par exemple, les proportions énormes d^azote qu'elles indiquent, ou si ces proportions sont réelles on cherche en vain ce qu'est devenu l'oxygène correspondant. La dernière entre aulres indique sur 100 grammes 81^.03 azote; cela suppose environ 105^ air atmosphérique, contenant 2i«.l5 oxygène; or l'oxygène libre, celui de l'acide carbonique el de l'oxyd'^e de carbone donnent 0«.85-l--1 2«.60+0«.4=13«85. L'auteur ne fait point connaître ce que l'excédant d'oxygène 24.15 — 13.85 peut être devenu. Cet excédant 10«.30 n'aurait-il point oxydé le fer disposé dans les fours? S'il en était ainsi, Ja fraction du poids d'air qui aurait échappé à une utik combustion serait
-^ — ?- — - — = ^^r-n: et l'on retomberait alors dans les évaluations de 24.15 2i.l5
M.PécIeL
La cheminée d'un four h souder les mises qui entrent dans les essieux de vfagons, a 12 mètres d'élévation, (0"'.45)* de section , la grille 0". 90X0. 77; on y brûle 114^ de houille do Saarbrnck à l'heure.
Ces cheminées de four étant toujours construites par l'intérieur, il n'est pas possible de diminuer leur section au delà du terme ou un ouvrier ne pourrait plus y passer et s'y mouvoir d'une manière plus ou moins gênante ; aussi ont-elles rarement moins de(0™.40)^.
Les cheminées des bateaux à vapeur de 450 chevaux, sur lesquels on consomme 2i'.82 par heure et par force de cheval, ou 1270^ à l'heure, ont diamètre 2 mètres, section 3""". 142, hauteur 11 mètres. Celles des bateaux de 160 chevaux, ont diamètre l'°.05, .section 0™".863, hauteur 11™. 20; la consommation totale par heure est d'environ 620^
EdGii celles des petits bateaux de 50 chevaux, dont la consommatîoD est évaluée à 5*^ par heure et par cheval, mais oui le plus ordinairement atteint 6k, ont ordinairement, hauteur 9°*, diamètre 0™. 62, section 0"***.301. (Voyez CuAiDikKES.)
Pour tous ces Bateaux la surface totale des grilles est i très peu près de 0"".05 par cheval, et le vide des grilles 0""".016.
CIIEMIIVS DE FER. — Les premiers chemins de fer ont été établis pour lo service intérieur des mines et des usines. Ils se composaient essentiellement de deux crémaillères horizontales dans lesquelles engrenaient les roues dentées des wagons, et un chemin de ce genre a longtemps servi au transport des houilles de Leed à Midleton. Ce n'est que vers Tannée 1814 que Blackett eut Pheureuse idée de constater et de démontrer par des expériences directes, que Fadhésion de roues uniessur des rails unis, était suffisante pour remorquer des charges considérables.
Chemins de fer pour mines, usines, chantiers. — Ils sont ou à rails de champ ou à raib plats.
Dans le premier cas, les traverses on bois résineux, pin ou sapin, reçoivent environ O^'.IO d'équarrissagc ; on les espace de O^^.OS au plus. L'épaisseur des barres de fer ou raiisestdcO.OfS :on leur donne une hauieur verticale de 0™.07. Ces rails sont fixés dans une entaille faite à la traverse, à Taide de coins en chêne, disposés intérieurement aux rails ; une face verticale du coin s^appuie contre le rail, et une face inclinée pénétre et est retenue comme une queue d'arondc dans l'entaille de la traverse. On donne à cette entaille 0'°.04 à 0™.05 de profondeur. La largeur de la voie e^t le plus ordinairement de 0".75, et l'on doit donner environ 0".03 au rebord extérieur des roues. Il convient, dans les courbes, de diminuer de moitié la distance des traverses, et de surélever un peu le rail extérieur.
Dans le second cas, des barres de O^'.OS sur O'^.Ol sont fixées h plat sur le bord de longrines en chêne de 0"^08 sur 0™.10, à l'aide de vis à bois à tête no^ée, distantes de 0™.50. Les longrines sont elles-mêmes établies sur des traverses en pin de 0°'.13 d'équarrissage, distantes de 1"*, quelquefois sur des dés en pierre.
Pente j tirage, prix. — Les chariots chargés pèsent ordinairement de 8 à 1200 kil. ; la voie est de 0™.75.En tenant le chemin propre et huilant les essieux deux fois par jour, la pente de 0^.01 suffit pour que les wagons descendent facilement d'eux-mêmes. Lorsque le chemin est de niveau, l'eflbrt du tirage est environ le centième du poids roulant. Le prix de premier établissement de ces chemins varie de 6 à 7 francs par mètre courant.
R étant la somme des résistances de tout genre qui s'opposent à la
marche des chariots, telles que frottemens aux essieax, à la circonférence des roues, résistance de Tair,
P le poids du chariot»
y sa vitesse au bout du temps t,
h la hauteur du plan,
L sa longueur,
e la partie de cette longueur parcourue par le chariot au bout du temps i^
-■ la pente par mètre i=8in. a = sinus de TincUnaison du chemin,
Mj
On a, en générai, pour la force motrice,
P sin.a — R = -= R;
cl si le chariot descend sans vitesse initiale,
«=AiL L.igt^ (i),
La formule (a) montre que la vitesse Y croîtra sans cesse avec le temps tj à moins que Ton n'établisse la pente de telle sorte qu'on ait
