CONDENSATION PAE MÉLANGE

124- — Qiifnfttté (Veau» froide à injecter, — Dans la condensation par mélange, ou par injection, l'eau que l'on retire du condenseur présente à peu près la même composition que l'eau froide introduite, car le poids de la vapeur condensée est relativement faible; ce genre de condensa Lion n'est donc pas applicable lorsque l'eau dont on dispose est impropre à ralimentation des chaudières, par exemple lorsque c'est de Teau de mer; cette uirconslance étant exceptionnelle pour les machines tixeSj c'est la condensation par mélange qu'on emploie le plus souvent pour des raisons de simplicité.

La quanti lé de chaleur du condenseur a fait l'objet d'une première recherche théorique (3*^ fascicule, n*"^ 134 et 135). Comme l'action des parois ne peut être précisée a priori^ le seul moyen pratique d'évaluer la chaleur à enlever au condenseur consiste à apprécier à l'avance, d'après la consommation probable du moteur, la portion de la chaleur fournie qui n'est pas transformée en travail.

La chaleur fournie à la machine se compose de la chaleur totale de la vapeur qui J'alimente, enveloppe comprise; elle est égale à la quantité de chaleur convertie en travail, augmentée de la perte par rayonnement extérieur, de la quantité de chaleur contenue dans l'eau des purges, et de la quantité de chaleur versée au condenseur.

1, Dans Ja condensation par mélange proprement dite, la vapeur et reau entrent dans le condenseur, et prennent une température commune pendant leur trajet jusqu^au fond du récipient; on a imaginé un autre mode de conden- Bation, dans lequel la vapeur et Peau circulent en sens contraire dans une a h ambre do grande hauteur, Tair saturé de vapeur est extrait du condenseur au point le plus élevô par une pompe à vide, l'eau est aspirée à la partie inférieure par une pompe ordinaire. Voir pour ces condenseurs spéciaux dus à F.'J.'WeiÈS, de BAle : ZeiUchrift des F. D. /., 1888, p, 9; 1889, p. 768 ; 1891 p. Î93i 1893, p. 35.

Pour un calcul de ce genre, on peut négliger la perte par rayonnement ; supposons donc que la machine emprunte à la chaudière P kilogrammes de vapeur par cheval indiqué et par heure, la température étant t^, et le titre égal à Tunité ; soient f, la température du condenseur, p le poids d'eau recueillie dans l'enveloppe à la température t^ ; on aura TégalUé :

(1) P C60ô,5 + 0,305 f J = ?^ + Pt, + Q

Q est la quantité de chaleur versée au condenseur, la chaleur spécifique de l'eau est supposée égale à Tunité.

Soit F le poids d'eau froide à injecter par cheval et par heure, à la température initiale 6; cette eau prend dans le condenseur la température <„ nous pouvons négliger la chaleur correspondante au travail d'introduction de l'eau dans le condenseur; la quantité de chaleur introduite dans le condenseur est donc, par cheval et par heure :

Q + Fe

Après le mélange, cette chaleur est répartie dans le poids d'eau F -i-V—p, qui se trouve à la température t^, on a donc .

(2) (F + P-.^)^,=Q + Fe ou :

Q est connu par l'équation (1).

Exemple : Pour une machine monocyhndrique, on donne ;

t, = 165« (6atm. effectiyes)

e = lO'»

On trouve par l'équation (1) :

Q = 4,879 calories d'où l'on tire :

ou, par kilogramme de vapeur admis dans le cylindre :

266 CONDEPiSEURS

Le poids d*eau à injecter augmente rapidement avec la température 6 ; ainsi, pour 0^20'', on aurait :

F = 306 kil.

La seclion du tuyau d'injection devra èlre calculée pour le cas le plus défavorable, de même que la section des ouvertures de rentrée de Tgau dans le condenseur, en tenant compte de la hauteur motrice, de la perte de charge et de la différence de niveau entre Taspiration et la pomme d'injection. On adopte pour la vitesse de Teau dans le tuyau d'injection i™,SO par seconde, à moins qu1ln y ait une grande longueur, on descend alors jusqu'à 1 mètre. D'ailleurs, il faut prévoir le cas où la puissance serait variable, et compter sur le travail maximum du cylindre et sur la consommation par cheval qii correspondrait à ce travail maiimum, en remarquant que cette consommation s*élève lorsque la délente est de moins en moins prolongée*

Pour une machine compound, le calcul est un peu modifié; soient jî le poids de Teau extraite de Tenveloppe du petit cylindre à la température l^ et p* le poids extrait du réservoir et. de Tenveloppe du grand cylindre à la température l\ on aura :

^*' P C606.5 + 0.305 O = ^^ + pt, + p\ e + Q

(2) (F + P-j>-/.)^ = Q + FÛ

d'où :

Exemple : On donne pour une machine compound :

P ^ 6^5 p =0,32 i, = 163" p',^0,32 f - J05 fi =-lO" U ^35"

On trouve

Q — 3,548 calories F = 134 kii.

125,— VoUime à extraire par lapompeà air. — Considérons d'abord le cas idéal ou il n'y aurait d'autre rentrée d*air dans le condenseur

coNrïEN'SEuns 507

que celle amenée par Teau dMnjeclion; soit p* la lension de Tairqui se dégage dans le condenseur et p, la pression de la vapeur saturée à la température i,; la pression dans le condenseur sera pj+ p\

On admet que Teau froide dissout Tair a raison de j^ de son volume,

et que cette fraction volumélrique reste la même quelles que soient la pression et la température Ç),

Le volume d'air dissous par kilogramme (û^'*^001) d*eau d*injeelion, s'il se dégageait entièrement dans le condenseur, serait, en remarquant qu'il entre à la pression atmosphérique p^ et à la température Ô :

Mais Teau continue à dissoudre la même fraction de son volume; par conséquent, le volume qui se dégage par kilogramme d'eau injectée est:

0,001 J 2r3 + t, Va,\

15 \zi3 -h fl y J

Le volume à extraire par la pompe à air se compose des volumes de la vapeur condensée, de l'eau d'injection et de Tair qui se dégage; on peut rapporter ces différents volumes au kilogramme de vapeur admis au cylindre : soi t 1 le poids d'eau dlnjection par kilogramme de vapeur admis au cylindre ; le volume à extraire par la pompe à air sera^ en mètres cubes :

Si Ton donne p\ on pourra déterminer V, et réciproquement; le volume extrait par la pompe à air détermine la tension p\ la température du condenseur fixe la tension i\ de la vapeur; la contre-pression dans le cylindre est réglée par la somme de ces éléments, auxquels il faut encore ajouter les perles de charge dues à l'écoulement.

Exemple : Supposons que dans une machine monocylindrique à délente prolongée, le volume engendré par le piston de la pompe à air a

double effet soit les 0,1 âS ou 3 du volume engendré parle piston moteur, admettons les données de Texemple du n^ 124 avec 6=^ 10^ et supposons

L Cette doauée pea cârtaine demanderait à être Ôxôe par des expériences »

que le litre de la vapeur à la fin de la détente soit de 0.7, la température étaDt à ce moment de 90**; le kilogramme de mélange à condenser occupe {voir les labiés de la vapeur saturée) un volume de 1™*.635, et le volume correspondant de la pompe à air est 0.125x1.625, ouO"*.204. D'après ce qui a été trouvé au numéro 124, on a :

I = 22,7 On trouve :

p* = 91 kil. environ, soit moins de 0»*™,01

Lorsque Ton prend 9 = 20^, on trouve :

p' = 165 kil., soit 0»i-,016

En supposant qu'il n'y ait pas de rentrées d'air accidentelles dans le condenseur, la tension p* serait donc insignifiante avec les proportions de pompes à air habituelles, c'est-à-dire que la contre-pression correspondrait à peu près exactement à la température du condenseur, même en supposant à la pompe à air un rendement volumétrique médiocre.

Il serait d'ailleurs impossible de déterminer théoriquement le volume à extraire par la pompe à air sans faire une liypothèse sur les fuites; or, elles sont dues à de mauvais joints du tuyau d'injection, à des robinets purgeurs mal rodés, à des bourrages mal entretenus, etc., il est par conséquent impossible de les chiffrer. Le calcul précédent n'a été fait que pour montrer qu'il existe une marge assez grande pour les rentrées d'air accidentelles.

On remarquera encore que pour des machines fonctionnant dans les mêmes conditions de température et de détente finale, le volume de la pompe à air est proportionnel à celui du cylindre; le rapport généra-

lement adopté dans les moteurs fixes est ^ pour les pompes verticales

à simple effet, g a j- pour les pompes a double effet.

126. — Température du condenseur, — La température dont il faut tenir compte pour apprécier le rendement thermique est supérieure à celle du condenseur, à cause de la tension de l'air qui s'ajoute à celle de la vapeur; c'est la contre-pression totale p'-+-p, qu'il importe de réduire au minimum; or, on ne peiit abaisser p^ qu'en augmentant le poids de Teau injectée, et par conséquent la rentrée d'air; la recherche de la température la plus favorable du condenseur dépendrait donc

d'une queslion de minimum {*), Au point de vue du travail recueilli sur Tarbre de la machine, il y aurait encore lieu de tenir compte du supplément de travail absorbé par la pompe à air lorsqu'on abaisse la température de condensalion enaugmentant'la quantité d'eau (Voir tes tables ci-dessous). On ne trouve en pratique aucun avantage à condenser à une température inférieure à 35 degrés centigrades, il est rare que la contre-pression au cylindre s'abaisse à 1/10 d'atmosphère (*).

M, Kiesselbach a poursuivi une série de recherches sur la condensation, en faisant varier la température et le volume de Teau d'injection, et, par conséquent, la température du condenseur; pour une marge considérable de la température de rinjeclion, il a trouvé que le vide dans le cylindre est indépendant de cette température, et ne dépend que de la température de sortie du trop plein; le volume injecté et le travail absorbé par la pompe à air s'élèvent naturellement avec la température d'entrée.

Pour une même température de Teau d'injection, soit 10° C, le vide s'abaisse en même temps que la quantité d'eau injectée diminue; la différence entre le vide au cylindre et le vide théorique correspondant aux tables de Itegnault reste sensiblement consLantej et dans la machine essayée, cette différence est de ObI^^I environ; elle est due à la tension de l'air, aux pertes décharge dans les conduits, et à la réaction d'inertie de la colonne de vapeur qui s'écoule.

Les résultats de cette série d'expériences sont consignés dans les tableaux ci-dessous, extraits des tableaux plus complets du mémoire (^J,

TablB! I. — Baromètre 752 '«/i^. — Température de V injection 10" C.

TeTiipcrature da trop pkia - - , , Vide théori(jue en atmosphères , - .

Vidé au cyhndre ..-..- Travail indiqué do la pompe en pour cent

du travail moteur

Volume injecte par kïlog. de Tapeur *