PRESSION EN KILOGRAMMES

PAR MÈTRE C\RRÊ

â — 30 degrés

é -^ 30 dcfTés

551 — Occupons nous de formuler les conditions qu'il est nécessaire d'observer pour que le fonctionnement de la vapeur s'opère sans surchauffe, et qu'elle reste constamment saturée. On

Supplément, 26 mai 1888, p. 10357. — Machine BoUantine. — Mach. Fixary {Renie industrieiie, V janvier 1886, p. 1. — Génie civil, t. IX, p. 282. — Chronique industrielle y2!S novembre 1886. — Hevue universelle de la brasserie et de ta ma/<m>, 22 juillet 1888. — D' CoUineau. La Réfrigération, in-8«). Voy. fîg. 504, 303, 306. — H. Gibier. Comptes retiffns de l'Académie des science^, 4 juin 1883, p. 1624. — M. Rilbourn. Engineering, 11 mars, 28 octobre 1881 ; 20 octobre 1882 ; 28 mai 1886. — H. La Vérone (Revue industrielle, 28 juillet 1888, p. 293. — Engineering, 15 juin 1888. — American Maehinist, 11 octobre 1884). Voy. fig. 307. — H. Lebrun. La Gazette des brasseurs, 19 février 1888, p. 109. — M. Richmond. Thè Engineer, 1880. 2* semestre, p. 211. — M. Tessié du Motay. The Engineer, 20 août 1880. — M. Wood et BaiUe. American Maehinist, 28 juin 1884. — M. Éclipse. Ibidem. 19 novembre 1887.

(*) Sa pression atteint 160112 kilogrammes par mètre carré, à 40 degrés du thermomètre usuel.

(*) Les points d'èbuIUtion sous la pression normale sont les suivants :

Acide sulfureux — 10,0

Chlonu*e de mélhyle — 25,0

Gaz ammoniac — 38,5

Acide carbonique — 72,0

(') Ledoux. Annales des mines, juillet-août 1878, p. 160 et 205.

se placera en deçà ou au delà de ce point, suivant que l'on voudra adopter l'une ou l'autre allure.

Je désignerai à cet effet par x la proportion de vapeur qui se trouve renfermée dans le corps refroidi à la température ^ lorsque, au moment du recul du piston, il se rend par le tube N à l'aspiration du cylindre  . Un kilogramme de ce fluide apporte avec lui la quantité de chaleur interne ja -f- p a: (*).

Le liquide entre en vapeur intégralement, mais sans dépasser la limite qui ferait passer dans le domaine de la surchauffe. On a donc, pour la température i', la valeur 0/ = 1, et la chaleur interne devient ^ 4- p'. Le gain qu'elle a subi s'exprime dès lors par :

(/ -f- p') — (n -h px).

Il doit être équivalent au travail de compression proprement dit. Pour subvenir en outre au travail de refoulement à travers le tube, on a, d'une part, le terme Ap'u' (ou approximativement Ap'w', si l'on néglige, dans le total v\ le volume du liquide ul devant l'expansion v! due à la vaporisation). En sens contraire, le piston subit de la part de la contre-pression le travail — kpux. Nous aurons

donc pour l'ensemble :

A(pV — 'pux).

Si l'on réunit ce résultat avec le précédent, on obtient une expression algébrique toute semblable, dans laquelle seulement la lettre r vient remplacer p (132); ce qui donne pour le travail total T' de compression et de refoulement :

Ar = (jx'4-r') — (jx-hrx).

Mais il reste à connaître la valeur de x.

Pour y parvenir, nous invoquerons l'équation (138), qui règle la détente adiabatique des vapeurs saturées. Elle donne dans le cas actuel, pour lequel x' = 1 :

rx

(*) Évaluée à partir du zéro du thermomètre usuel.

884 THKRMODYNAMlQrE.

d*où, en renversant Tordre des limites :

ou, par approximation, en appelant C la chaleur spécifique du liquide :

Connaissant ainsi la valeur de x, nous posséderons celle du volume ux qu'il est nécessaire d'offrir à l'expansion de l'unité de poids de la substance considérée, pour aller exactement jusqu'à la limite extrême de la saturation, sans la franchir. Inversement, on pourra connaître le poids qu'il convient, dans ce but, d'aspirer à l'intérieur d'un cylindre dont le volume serait désigné à l'avance. La question proposée se trouve donc dès à présent résolue ; mais nous pouvons poursuivre plus loin cette analyse, et vérifier a posteriori la formule qui a été donnée ci-dessus pour le rendement.

552 — La vapeur parvient au condenseur, et y reprend la forme liquide, en cédant à la paroi une quantité de chaleur Q^ qui n'est autre que r, puisqu'il s'agit de la condensation d'un kilogramme :

Le fluide passe alors dans le détendeur, où il parvient à la température / et à la pression correspondante p, d'où résulte une proportion inconnue ccf de vapeur à la fin de la détente. Le corps effectue dans cette période un travail moleur T, qui viendra en défalcation de T' dans l'effet total à produire. La détente étant adiabalique, ce travail correspond à la variation d'énergie interne :

AT = jx' — (ii4-rx").

Pour déterminer a;", nous reprendrons encore l'équation (138) de la détente adiabatique, en y réduisant à zéro la proportion initiale

de vapeur, puisque le corps s'est complètement liquéfié dans le condenseur :

On en lire :

ou encore, d'après la valeur de x :

Il vient par celte substitution :

AT == ix' — IX — rx 4- Y '*'»

et par suite, pour le travail effectif à fournir:

Enfin, dans la quatrième phase, le corps emprunte au bain de chlorure de calcium une quantité de chaleur Q, suffisante pour ramener sa proportion de vapeur x'* au degré x avec lequel* ii pénètre dans le cylindre compresseur, en achevant son cycle de transformations. Il lui faut, pour cela, volatiliser le poids x — af. On a donc :

Q == r{x — af') = ~r'.

Nous pouvons actuellement former l'expression du coefficient économique, c'est-à-dire le quotient de la quantité de chaleur Q soustraite au bain que l'on soumet à lexpérience, par celle A (T— T) qui correspond au travail effectivement fourni. On retrouve ainsi la valeur :

qui a été indiquée ci-dessus.

fM TRERMODVNAilIQl'E.

r«iô:'mfi]i« jiratiqiK's de 2Mt(t calories négatives par rhe% i-fs jTÇfuiTYiiK ïvn rt»orgi(]in's. ne descendent guère qo*a

3>Xai — i"»s .'V>i:i-iil di's. n?snltals plus aecenliiés â Vaiàe de rx jru-».-» .Jt,- jvVy.ÎTv. A»nt il no faut pas confondre l'usa^ av«c r- :. Je 'ii>iiiti:-tL\if^j,-t^ Ajui'uso dos appareils à arfioité, qui Dons «tl-

Fif. 301. — Hirhine fngoriDque 1 g» i

L'un des types les plus répandus de ce système csl la machine FixaryC). Une pompe de compression (fig. 504 et 505) aspire le gai dans le congélateur, et le refoule dans le condenseur où, avant de

MACHINES FniGORinûDES. 887

s'engager dans le serpentin, il traverse un épurateur destiné à rete> nir les particules d'huile qui ont été entrnlnécs par le gaz hors de la pompe. Sous l'action de l'éau froide et de la compression produite par ce dernier appareil, le gaz se liquéfie dans un compartiment spécial. Un robinet régulateur l'admet ensuite dans les serpentins du congélateur, où il se détend en reprenant la forme gazeuse. De là, il est rappelé par la pompe, qui le renvoie de nouveau dans la circulation.

Fig. 3%. — Vichine rrigorinque 1 gat ammoniac di niar; (coupe TcKicale).

L'huile qui s'est séparée du courant gazeux est ramenée automa tiquement, à travers un petit tube, au-dessous du piston où elle forme joint hydraulique, comme nous allons le voir.

La pompe de compression présente une disposition des plus ingénieuses (fig. 306). Elle comprend deux cylindres verticaux A, dont chacun porte à sa partie supérjeure une soupape d'aspiration B, et une

autre de refoulement C. Les pistons sont à simple cfTel, et le gaz ammoniac n'est admis que sur leur fac« supi^rieure, laquelle est baignée d'une couche d'huile de quelques millimètres. Ce liquide, outre sa propriété lubrifiante, présente l'avantage de supprimer tous les espaces nuisibles en s'y insinuant à la hn de la course. Au-dessous des pistons, ?e trouve une certaine masse d'huile

Fig. 306. — Pompe de compression Fiiarj (coupe verticslel.

minérale D, dans laquelle plongent c«s organes, qui son! munis de cannelures destinées à relever le liquide le long de la surface des cylindres.

Entre les deux corps de pompes, se trouve une chambre d'équilibre E, qui communique avec les bains d'huile D. A sa partie supérieure, une soupape d'équilibre F la met en communication, a travers des conduits latéraux, avec des soupapes d'aspiration. De celle manière, les fuites de gaz qui se produisent toujours dans les

HACIiriNES FRIGORIFIOUES. 881'

premiers moments du fonctionnement de toute macliine, (tassent au milieu de l'huile D. Elles s'y imprègnent de ce lubrifiant, et fmisscnl par se concentrer sous pression dans la cUambi'c E. Lorsque la tension ainsi formée arrive à égaler celle de l'aspiration (c'est-à-dire

Fig. 307. — lacbîD» frlgorillque 1 gii immaaiic de Li Vergne (tus perepeclin).

1 à 1 ^ atmosphère), le clapet F se soulève, et la perte de gaz se trouve récupérée par la masse active. On voit en outre qu'elle a servi de véhicule pour amener un peu d'huile au milieu des organes.

Ce clapet F joue en même temps le rôle de soupape de sûreté

pour l'espace qui se trouve compris sous la face inférieure des pis tons. Son jeu impose une limite peu élevée à la pression de cette enceinte, et des presse-étoupes que traversent les tiges. On se trouve donc assuré de ce côté contre l'importance que pourraient prendre les fuites au dehors. On évite en même temps les pertes de gaz, riiiconvénient de leur remplacement, et la gène de l'odeur qu'elles répandraient dans Tatelier. On augmente encore letanchéité sur ce point, en entourant les tiges d'un fourreau rempli d'huile, qui est congelée par une petite dérivation GH du gaz refroidi. Ce joint pâteux, à la fois imperméable et sans frottement, supprime Téchauflement des pièces métalliques auquel on se trouve exposé dans les conditions ordinaires. On peut compter avec ces appareils, en employant de l'eau de condensation à 15^, sur une production de 25 à 30 kilogrammes de glace par kilogramme de charbon, suivant la force de la machine et le rendement du moteur.

]IIACHIIVE8 FRIGOBiriQUES Jk AFFINITÉ

554 — Il existe encore un autre moyen de faire passer alternativement un corps de la forme liquide à l'état gazeux, comme nous l'avons déjà vu à l'occasion des moteurs (n° 529); c'est la dissolution d'un gaz dans l'eau, et en particulier celle de l'ammoniaque!*). La machine Carré nous fournit un exemple de ce système (*). La figure 508 en représente d'une manière schématique la disposition générale.

Une chaudière A est chauffée, soit directement au moven d'un foyer, soit à l'aide de la vapeur qui est fournie par un générateur distinct. Elle renferme une solution ammoniacale, riche à la partie

(') On a également eu recours à la forte afGnité de l'acide sulfurique pour l'eau (Machine la Pneumatique. Annalet induêlriellesy 1884, t. I, p. 75).

(*) Dauriac. De la production du froid,, appareil Carrée 1863, in-1'2. — ReviK industrielle, 29 janvier 1881.— Kniglit. Meckanical Dictionary. p. 488. — Pontifex et Wood. Engineering, 1* avril 1887, p. 289.

supérieure, plus pauvre dans le bas. Trois tubes a, d, /*, la mettent en communication avec divers organes énumérés ci-après.

Un condenseur B est refroidi extérieurement par un courant d'eau. Il reçoit du tube a les vapeurs ammoniacales, qui se déposent sur le fond sous la forme liquide. Le corps se rend, à partir de là, dans le détendeur C, à travers un tube b. Cet écoulement est réglé à Taide d'un robinet p.

Le détendeur C constitue le réfrigérant des corps étrangers que Ton met en rapport avec lui, en vue de les dépouiller de leur propre température. Un tuyau c établit sa communication avec le vase d'absorption D.

Fig. 30S. — Machine frig^orifique à ammoniaque de Carré (coupe schémaliqac).

Ce dernier renferme une solution aqueuse d'ammoniaque. Un tube d retourne de la partie supérieure de ce récipient au pied de la chaudière. Un robinet l sert à régler l'écoulement. Une seconde conduite d! met au contraire en relation le bas du vase D avec la partie supérieure de la chaudière. Une petite pompe 8' est destinée à provoquer le passage du liquide à travers ce tuyau.

Les deux tubes d et d' traversent, en E, un échangeur de températures. Expliquons le jeu de cet appareil.

— La chaleur provoque, dans la chaudière A, le départ du gaz hors de la solution alcaline. Il s'y développe une pression qui atteint 8 à 12 atmosphères (*). Un peu de vapeur d'eau se joint au courant gazeux, qui se rend par le tube a dans le condenseur B, et

(*) Voy. ci dessus, n" 520, note 2.

s'y liquéfie sous l'influence d'un courant d'eau froide. La tension qui correspond à cette température, force le liquide à traverser le tuyau b, dont le robinet ^ épanouit ou étrangle à volonté le passage, de manière à régler cette pression, et à réagir par suite sur la température.

En G, le liquide se vaporise, en refroidissant les corps extérieurs. L'affinité du gaz ammoniac pour l'eau du dissoluteur D épuise incessamment le tube c vers celte extrémité ; ce qui provoque, à travers cette conduite, l'écoulement du fluide alcalin. Le jeu de la pompe ^' envoie le liquide ainsi enrichi à la partie supérieure de la chaudière, où le titre est le plus élevé. La tension de cette capacité détermine inversement, à travers le tube d, le retour de la solution pauvre située à la partie inférieure, et dont le robinet 8 gouverne le débit. La liqueur chaude se refroidit en Ë, en même temps que le liquide froid qui provient de D par le conduit d' vient s'y réchauffer. De celte manière, l'un et l'autre préparent leurs températures respectives, en vue du régime des enceintes vers lesquelles chacun d'eux est en train de se diriger.

Tout le maniement de l'appareil consiste dans le réglage des deux robinets ^ et B, et dans le jeu de la pompe S'. On peut arriver, à l'aide de ces organes, à modifier la pression, et, comme conséquence, la température du détendeur C.

556 — On aperçoit facilement l'identité du principe de la machine à affinité avec celui de l'appareil à liquide qui forme l'objet du paragraphe précédent.

L'aspiration du fluide hors du détendeur, pour remplir le cylindre compresseur, qui était alors provoquée par le mouvement direct du piston, se trouve ici remplacée par l'affinité du gaz ammoniac pour l'eau qui remplit la capacité D.

A la compression dans le cylindre, qui était due au recul du piston, se substitue ici la tension développée dans la chaudière en raison de l'application directe de la chaleur, qui a pour effet de rompre la combinaison et de remettre le gaz en liberté, en appauvrissant la solution aqueuse, et reformant une atmosphère gazeuse sous pression.

— II résulte de cette comparaison une amélioration du rendement à Tactif de la machine à affinité, puisque la chaleur y exerce son action d'une manière immédiate et sans intermédiaires mécaniques, si Ton excepte la pompe 3' qui est peu importante.

Toutefois certaines causes de perle viennent affaiblir le rendement théorique. La température du dissoluteur D s'élèverait rapidement en raison de la chaleur qu'y dégage la dissolution du gaz ammoniac (*). On se voit, pour ce motif, obligé de le refroidir à Taide d'une enveloppe d'eau fraîche. La chaleur ainsi soustraite est définitivement perdue. Elle doit naturellement être fournie par la chaudière.

La vapeur d'eau entraînée nuit encore au rendement, car il faut la constituer au détriment des calories du foyer, et, une fois engagée dans la série des opérations, elle n'y joue aucun rôle utile, car elle ne s'évapore pas dans le réfrigérant. Tout au contraire, elle a pour effet de retenir une portion du gaz, qui se volatiliserait si elle était seule. La proportion est ordinairement de 6 à 8 d'eau pour 100 de gaz. On a réussi à l'abaisser à 3 7o» on chargeant la dissolution d'une certaine quantité de chlorure de calcium.

Ces diverses influences ont pour résultat de réduire l'effet utile dans une proportion considérable. Pour la fabrication de la glace artificielle, on estime que le rendement varie entre 1200 et 1500 calories négatives par kilogramme de charbon brûlé. On atteint pratiquement des températures de — 25 et — 30 degrés.

(«) Yoy. n» 529, noie 2.