et

De nombreux essais comparatifs ont montré que la formule proposée par M. Goûtai fournit des valeurs qui se rapprochent beaucoup des résultats obtenus en pratique.

Déterminations pratiques. — A côté de ces formules théoriques de

calcul existent des méthodes expérimentales et industrielles de déter^ mination de la valeur calorifique des combustibles. La plus ancienne de ces méthodes est celle de Berthier. Puis viennent les essais calorimétriques. Enfin nous décrirons l'appareil Mahler ainsi qu'un calorimètre américain à oxygène.

Essai Berfhier. — Le principe de la méthode Berthier est le suivant. Il repose sur ce fait qui découle de la loi de Welter, à savoir que la quantité de chaleur fournie par un combustible est proportionnelle à la quantité d'oyxgène qu'il peut absorber pendant sa combustion.

Pratiquement, on mesure la quantité de litharge qui sera réduite à Tétat de plomb, et on en déduit le pouvoir calorifique. L'approximation est suffisante.

On mêle dans un creuset de terre 1 gramme de combustible avec 40 grammes de litharge ou mieux d'oxychlorure de plomb qui sera plus fusible. La réaction est donnée par la formule

C + 2PbO = COa + 2Pb.

D'après cette formule, à 1 partie de carbone correspondent 2 parties de plomb, c'est-à-dire que, en prenant le rapport des poids atomiques, à 1 de carbone correspondent 34,5 de plomb. On met ainsi un excès de litharge. On ajoute enfin une couche de verre pilé de 6 millimètres d'épaisseur.

On amène le creuset à la température du rouge en ayant soin qu'il n'y ait pas de perte de plomb par volatilisation. Le creuset est bien luté. On chauffe progressivement au four à vent, puis on donne un coup de feu. L'opération terminée, et après refroidissement, on casse le creuset et l'on pèse le culot de plomb.

Pour éviter les erreurs de pesée, on opère en double, et les écarts de poids ne doivent pas varier de plus de 0^',iOO.

Si p est le poids trouvé, -^ représentera la quantité de carbone

contenue dans la houille. Pour avoir le pouvoir calorifique il faudra multiplier par 8080. Or

Pratiquei^ent on multiplie donc par 234 le poids trouvé pour avoir le nombre de calories.

Bmais caforiméMqiiBs. — Quand on fait la détevmifia€(<9ii âa pon^ voir calorrfiqua pafr fa ealbrimétrîe, on opère sur des* qTientftés' pl^i» grandes de combniAible; sur 1.000 ou 2r.0OO kilogramme». L^êsi^i- est alor» vraiment industriel et d^autant plu» exact*

Les calorimètres employés seront ceux qui sonif'd^erîl^dfens t^tniB^ les traités de physique : calorimiètre à glaee, calerimëûte Rùmford', calorimètre Pabre et Silbermann, calorimètre Bertfcrfot*

Calorimètre Tkxympson. — Pîous pa?rteronff plus spécialement du calorimètre Thompson, parce qu'il est assea employé eir Angftetterre'.

Pour déterminer le pouvoir calorifique avec cet appareil, on prend 2 grammes de matière réduite en poudre fine et desséchée et on les additionne de 26 grammes d'^un mélange formé de 3 parties de chlorate de potassium et de 1 partie d'azotate de potassium. Avec une spatule flexible en acier, on introduit le méliange par petites quantités dans un cylindre en cuivre et Ton comprime bien régulièrement. En dernier lieu, on place une petite mèche formée de côtbn et imbibée de salpêtre. Le cylindre est mis sur ua support et entouré d'un condenseur qui repose sur le même support. Le tout est placé dans une épfouvette préalablement remplie avee ^ litres d'eau,

On^ attend que l'équilibre de température de l'eau se soit biea établi »9^e la dialeiir de la salle. On met le feu- à la mèche. La GeinbuA*^ tiOA d^e 60 secondes en général. On agita l'eau de l'appareil de bas en haut avec un fil de fer pour bien noter la température.

D'après l'élévation de tempévatuite on déduit le nombre de ealorie». Si, par exemple, 2 grammes d'échantillon ont élevé de 8^,04 les deux litres d'eau, c'est que le pouvoiv calorifique de la houiUe est de 8010 oalories.

Appareil Mahler. — M. Mahler, ingéaieur civil des mines, a imagiiié u»e bombe calorimétrique qui donoe u^ae approximaitien ^ae grande que les autres méthodes pour la déteitnunation du pouvoir calorifique.

Le principe de Tappareil est celui-ci. Dans une bombe a pccrois réisislantes, on plaee le combustible et on brdle ce combustible au moyen d'oxygène sous pression. La chaleur de com^bustion^ esitvamsmise sans déperdition à l'eau d'un calorimètre. L'opération terminée, on ouvre la bombe et on constate que la combustion a été complète en n'y trouvant que de l'eau et de l'acide carbonique.

La bombe en acier de 9 millimètres d^épatssetur a vat volume de 654 centimètres cubes et pèse 4 kilogrammes. Elle est émaillée

extérieurement an moyen d'une couche d'enduit pesant 20 gitammes, ce qui permet de consenrer d'autant mieux TappareiL

La bombe est fermée par un bouchon en fer, à vis, qui vient serrer une bague en plomb enchâssée dans une rainure circulaire. Le bouchon porte un robinet à vis conique pour l'introduction de Toxygène.

A l'intérieur de la bombe le combustible est placé dans une capsule. Un fil de fer en spirale, rougi par le courant électrique* communique rinflammation au combustible.

Le calorimètre en laiton mince est de forte capacité et peut recevoir une grande quantité d'eau.

Le tube à oxygène renferme 1.200 litres d'oxygène comprimé à m atmosphères. Cet oxygène doit être exempt d'acide carbonique et ne contenir comme impureté que 5 à 10 0/0 d'azote.

L'opération se conduit comme suit. On pèse 1 gramme de substance qu'on place dans la capsule. On fait passer le courant d'oxygène jusqu'à ee qu'on ait atteint une pression de 20 ou S5 atmosphères. Il faut avoir soin d'amener le gaz lentement pour ne pas projeter le combustible iiors de la capsule. On allume. Quand la combustion est terminée, on observe la température au bout d'une demi-minute, puis de minute en minute jusqu'à ce que le thermomètre commence à descendre. On note ainsi la température maximum. On continue à suivre les températures pendant cinq minutes encorCi tout en fiusant fonctionner lentement l'agitateur du calorimètre.

On ouvre enfin la bombe et on la lave à l'eau distillée. On dose volumétriquement l'acide azotique formé au moyen d'une dissolution de potasse titfée.

Au total l'opération dure de trente à quarante minutes.

La formule qui sert à eakuler le pouvoir cabrifique est la suivante :

A est la différence des températures observées; P, le poids d'eau du calorimètre ; F, réquivaieot en en de la bombe et des accessoires; /), le poids d'acide axotique constaté ; p\ le p^ds 4le la spirale «de fer ;

0^',^3, la ehalenr de formation de 1 gramme d'acide azotique dilué; V*\^, la «kalear de oombusiion de i gramme de fer.

Calorimètre Dorling, — L'appareil consiste essentiellement en un plateau de laiton muni de trois pieds et supportant en son milieu un tube de laiton qui se termine à sa partie inférieure par une chambre formée de deux disques métalliques réunis au moyen de vis. Le tout est recouvert par une cloche en verre formant joint étanche avec le plateau.

C'est dans la chambre inférieure que se place un creuset de platine avec le combustible à essayer.

On met 1 gramme ou 1 gramme 1/2 de matière à essayer dans le creuset, puis on immerge l'appareil bien clos dans un vase en verre contenant un poids connu d'eau, à une température initiale mesurée A l'aide d'un tube, on fait arriver de l'oxygène jusque sur le combustible, puis on met le feu électriquement au moyen d'un fil de platine.

Les gaz produits sortent par bulles de la cloche de verre et échauffent l'eau à leur passage.

Une fois la combustion achevée, on maintient le courant d'oxygène jusqu'à ce que la température ne s'élève plus au thermomètre, de manière à être bien sûr d'avoir expulsé tous les gaz.

L'opération dure en général de quatre à cinq minutes.

Le pouvoir calorifique du combustible se calcule par la formule calorimétrique connue.

Pour obtenir une combustion parfaite et non pas une flamme fuligineuse qui troublerait les résultats, il faut parfois mettre du kaolin sec ou de l'alumine calcinée. C'est ce qu'on doit faire notamment avec les pétroles, en formant une pâte bien homogène.

Si l'on n'a pas de courant électrique, on peut brûler du soufre en poudre ; mais il faudra tenir compte du pouvoir calorifique supplémentaire développé par le soufre.

Calorimètre américain, — Comme dernier appareil servant à la détermination du pouvoir calorifique des combustibles, nous décrirons un calorimètre à oxygène, qui a été construit par M. Cbapman, chef électricien de la North Chicago Street Railroad C*.

L'appareil se compose d'un récipient étanche communiquant avec un tube muni de robinets et d'un entonnoir, ce qui permet à volonté d'emplir ou de vider le récipient. Celui-ci communique également avec un tube ouvert en verre ; ce tube a une longueur d'au moins 0",50. Parallèlement se trouve une échelle graduée verticale. Al'intérieur du récipient est une bombe ou cornue fermée, à travers laquelle passe un tampon métallique supportant le petit récipient à combus-

tible. La partie inférieure de la bombe est reliée par un tube à une source d'oxygène ; l'air refoulé par ce gaz peut s'échapper par un tube de dégagement.

Le fonctionnement de l'appareil est le suivant : on place, dans le petit récipient à combustible, le charbon à examiner ; puis, on plonge dans ce dernier un fil de platine qui peut être mis en relation avec une source d'électricité. On visse ensuite le tampon qui ferme la bombe, et on remplit d'eau le récipient jusqu'à ce que l'eau atteigne approximativement le zéro de l'échelle graduée. On laisse l'eau prendre, aussi exactement que possible, la température ambiante, indiquée par un thermomètre, et on fait pénétrer dans la bombe de l'oxygène jusqu'à ce que la pression de ce gaz atteigne une valeur déterminée.

Lorsque la température est devenue stable et uniforme, on fait passer le courant dans le fil de platine ; le combustible s'enflamme et brûle rapidement aux dépens de l'oxygène.

Sous l'action de la chaleur, la bombe se dilate et refoule le liquide du récipient dans le tube ouvert en verre ; on note le point extrême atteint par le liquide sur l'échelle graduée. Comme on a noté sa position initiale, la différence des deux lectures, comparée à celle que l'on obtient par la combustion du graphite, ou du charbon de bois pur, permet d'apprécier la valeur du combustible essayé.

Cet appareil, assez simple, est d'une exactitude très suffisante.

Comparaison des méthodes diverses. — Le procédé de détermination directe au moyen delà bombe Mahler est celui qui se rapproche le plus de l'utilisation réelle du combustible ; il est rapide et précis ; il exige l'emploi d'un appareil dont le prix est abordable aux industriels.

Le procédé Berthier ne peut pas donner des résultats scientifiquement exacts ; le chiffre obtenu par le calcul, en partant du poids de plomb réduit, est trop faible dans le cas des combustibles très hydrogénés et trop élevé dans le cas contraire.

Parmi les formules qui s'appuient sur l'analyse immédiate, celle de M. Goûtai donne des résultats intéressants et suffisamment approchés, surtout pour les houilles à moins de 35 0/0 de matières volatUes.

Enfin, les formules basées sur l'analyse élémentaire peuvent fournir des indications précises sur le pouvoir calorifique des combustibles ; malheureusement, on n'obtient les données nécessaires au

42 GOSfBi79TIB«.E9 mBC^TBK^&S

cakal de ees foisiules (pi'an prix d'u» travail Ibvt fam^ «i assez dé]iic»l.

On peut pourtant calculer très approximativement le pouvoir eali»rjfiqws: é'uwe kouilie de eenpoantioQ ésnée, en snotsiiA les i»dflcatîoD» donnée» par MM. Seltettrer-Kestner eit Meonôar. Ea admieilaiiA q»e le earbcme fixe d^age 9^,70 par grantne et «eh» dies bj(kocarbiires S*»' jOS, on angnentera de 9^ ealori^es 0/0 ta chaJciur de eoittirnsfâson dix carbone CGmteoa dans te cobe. Le cbiffire obterasi sera très voisin de ta vérité.

Ea résnimé, pour les déterminations très préefseSr ov dkmJMra la. peéfércace am précédé calorimétrique (bombe Biahler).

O» appliquera la formnle de M. Goiftal po«r les booilles dont on aura fait l'analyse immédiate.

H existe d'ailleurs divers élabKssements qvi pewent donner aux industriels des renseignements sur le pouvoir ealorifiqne des combustibles qu'ils emploient et contrôler ce ponverir ealcvifiqne. L'Asaociaticok des propriétaires à vapeur de Magdebourg, eo ÂUeioagne, est notamment bien eotillée à ce point de vue.

Poi7voiRs RAYOïnrANT BT vAPoaisATBxm. — Du pouvoir calorifique dépendent directement le pow^oir raytmna^ d'rikord, le joensotr vaporisateur ensvite.

Le povnxnr rayonnaTîi à'xm combustible est la qnaistité de ckalenr émise directement dans tous les sens pendant toute la durée de la ccmbustion complète de i kilogramme de ce combnstible. On &it abstraction de la chaleur enlevée par ta circulatîoo des gax chauds. Ceux-ci ne trani^ertent la chaleur que dans un seul sens^ qui est celui de leor monvement.

Une houille grasse, douée d'un pouvoir calorifique de 8.500 calories, aura un pouvoir rajonnant de 4.400 catoeies. Une houille de qualité moyenne, correspondant à un pouvoir calorifique de 7.500 calories, donnera 4.000 calories en pouvoir rayonnant.

Le pouvoir vaporisateur d^un combustible est la quantité d*eanqne peut vaporiser 1 Inlogramme de ce combustible en brûlant à Tair libre sur la grille d^une chaudière.

Il serait fonction, d'après Rankine, des quantités de carbone (C),. d'hydrogène (H) et d'oxygène (O) renfermées dans la houille, que l'indique la formule suivante:

ESSAIS ET ANALYSE DE LA HOUILLE 4? a

En admettuit quH faille 650 calories pour vaporiser f kilog^mme d^ean, une houille ayant un pouvoir caloriifquB moyen de 7.500 calories vaporisera :

=:llkr,53»d*ettu*

En réalité, on ne dépasse jamais 9 kilogrammes, quelle que soit rhabileté des chstufleurs ou la perfection des chaudières employées.

Il est vrai dé dire que toutes les calories produites ne concourent pas à la formation de la vapeur, et qu'il y a des pertes de différents côtés. Ces pertes se répartissent comme il suit :

Calories utilisées pour la formation de la vapeur. 60,5

[ par les gaz de la GombusUon. . . 5,5

Calories emportées P""- J«« ^a^ comburtibles 5,0

1 par Ht vapeur d eau formée 2,5

\ par la suie , 0,5

Calories conservées par le charbon restant dans les

cendres; 1,5»

Calories pe^duetf par rayoïànement* 24,5

Le» pertes de chaleur dans ratmosf»faève peuveat se e^^ulet pa» la formule suivante :

1 4- A Perte par la cheminée = ^900 +''^»

oà f + A représMite le poid» de gaz brûlés par unité de? poids du combueitibie et T ki cKfféKeiiev de tem-pératai e entre les gas de la cheminée et Tatmosphère. Pour les houilles ordinaires, i -l- ^ varie de 13 à 35.

Les d49uz tiers à peine des caloriee concourant, par eonséqucant, à le formation de la vsqpeor.

Le peiwoir va|K)visateur d'une houille n'est pas une donnée parfaite ni fixe eomme le pouvoir calorifique. A cela, il y a planeurs raRPMie.

Tout d'abord le donnée théorique des 6S0 calories néeeasairea pourvaperîeer I Mlogranme d'eau est une aîmple hypothèse..

E»0ecewt lien, un même eomlMwlible ne donne pas les nràmee résultats dans des chaudières de type entièrement dilTérent

CiAi, tMft ^lépevd da coup de main dn ehanffenr ; «vee le même

combustible et des chauffeurs plus ou moins habiles, on peut obtenir des résultats entièrement divergents.

On peut faire expérimentalement dans une même chaudière des essais comparatifs du pouvoir vaporisateur d'un même combustible. On opère de la manière suivante :

On pèse le charbon à chaque chargement, on pèse également la quantité d'eau d'alimentation en notant exactement sa température ; on observe l'épaisseur moyenne du feu sur le foyer, la méthode de chargement, mécanique ou non, le mode de soufflage du foyer.

Au bout d'un certain temps de marche,' on prend alors les températures de Tair extérieur, des gaz à leijr entrée dans la cheminée, de Teau à son entrée dans la chaudière, enfin des parois du foyer.

On mesure la pression de la vapeur. On note les kilogrammes de vapeur débités chaque dix minutes et concurremment les kilogrammes d'eau condensée.

En fin d'opération, on pèse les mâchefers sortis par décrassage, les cendres tombées dans le cendrier, et on note la quantité de charbon non brûlé dans ces mâchefers et dans ces cendres.

On peut compléter l'expérience en analysant les gaz (proportions d'acide carbonique, d'oxyde de carbone, d'oxygène, d'hydrogène e^ d'hydrocarbures) et en observant la nature de la fumée à l'échelle Ringelmann, ce qui donne la quantité de carbone non brûlé et se perdant dans l'atmosphère.

Pouvoir cokéfiant. — Le pouvoir cokéfiant d'une houille, c'est-àdire la propriété qu'elle a de donner un coke dur et solide est nécessaire à déterminer pour les métallurgistes. Pour définir ce pouvoir, on fait l'essai suivant d'après des indications données par M. Richters et reprises par M. Campredon.

On opère sur de la houille finement pulvérisée, passée au tamis de 400 mailles par centimètre carré. On prend ensuite du sable sec passant à travers le tamis à 100 mailles par centimètre carré et restant sur le tamis à 400 mailles par centimètre carré. On mélange à un poids constant de houille (2 grammes par exemple) des poids variables de sable, et l'on chauffe au rouge vif dans des petits creusets de porcelaine, de façon à carboniser la houille.

Après refroidissement on observe l'aspect du produit chauffé, et Ton trouve une poudre sans consistance ou bien un culot plus ou moins dur.

Il est facile de déterminer le poids maximum de sable qu'une

houille peut agglomérer par carbonisation, de manière à donner encore un culot solide.

Le poids de la houille étant pris pour unité, son pouvoir cokéfiant sera représenté par le poids de sable aggloméré.

En opérant sur diverses catégories de houilles, on est arrivé aux résultats qu'indique le tableau suivant:

DÉSIGNATION

Houille tout-venant, mine Aberdare Merthyr (Pays de Galles) ,

Houille tout-venant (bassin de Newcaslle) ; ; ,

Houille tout-venant d'Ecosse

Houille menue à coke (Cardiff) ,

Houille tout- venant de Lens (Pas-de- Calais) c

Échantillon n^ 5 oxydé par chauffage à i 00® pendant un an

Houille menue à coke (bassin de Newcaslle)

Houille menue à coke (bassin de Newcastle)

Brai sec de Beckton