CHAPITRE II
Interprétation des résultats.
Titre I.
Résumé.
L'usage du calorimètre.
A) emploi direct.
) emploi avec coefficient de correction.
‘équation de fermeture du bilan utilisé pour la détermination de l'essence non brûlée.
L'emploi de l'équation de fermeture.
Si nous désignons par :
Q. — La chaleur de l’essence (correspondant au pouvoir calorifique inférieur) ;
Q, — La chaleur évacuée par l’eau de réfrigération de la paroi ;
Q,; — La chaleur évacuée par les gaz de l’échappement;
Qu — La chaleur équivalente au travail indiqué ;
Q: — La chaleur de l'essence non brûlée, correspondant au pouvoir calorifique inférieur ;
Q; — La chaleur évacuée par rayonnement et par perte par l'énergie cinétique résiduelle des gaz de l'échappement.
‘équation de fermeture du bilan est :
Q, = @ + (87 + Qi +- Qe + O
Cette équation de fermeture est analogue à celle que Hirn a autrefois établie à l’occasion des moteurs à vapeur.
On sait qu’une équation de ce genre peut être envisagée à un double point de vue.
Soit comme moyen de vérification, si l’on a pu parvenir à mesurer séparément chacun de ses termes, soit comme moyen de calcul de l’un d’eux si tous les autres ont été calculés.
Par exemple, on pourra connaître ainsi la proportion d'essence non brülée.
Dans cet ordre d'idées, il convient de mentionner spécialement ce qui concerne un terme important de cette équation, particulièrement difficile à évaluer, à savoir Qg.
Pour l’évaluer, nous avons d’abord admis qu'on pouvait prendre, pour coefficient de chaleur spécifique, une valeur moyenne constante : à cet effet, la température des gaz à la sortie étant T, et la température ambiante T,, nous avons intercalé sur le trajet de l’évacuation des gaz, un calorimètre à circulation d’eau provoquant une chute de température de T, à T,. Pendant le trajet entre les deux pyromètres qui mesurent ces deux températures, le gaz perd un nombre Q de calories.
En l'hypothèse d'un état de régime, la chaleur évacuée, en une heure, par le gaz depuis la soupape d'échappement où la température est T, jusqu’à leur diffusion dans l’atmosphère dont la température est T, est :
Le pyromètre donne T. — T, par une lecture directe. On ne peut nier que cette expression de la chaleur des gaz perdue par l’échappement ne soit pas toujours rigoureuse, mais on peut admettre qu'elle reste valable dans un champ d'expérimentation res= treint, avec recours, s’il est besoin, à un coefficient de correction.
D'autre part, il est clair que la présence, en proportion incertaine, d'une partie d'essence non brûlée est une cause d'irrégularité dans le calcul du terme Q,.
En second lieu, l'évaluation directe du terme Q, est impossible.
Aussi, pour cette double raison, doit-on chercher, par une série de {âtonnements, à se placer dans des conditions telles que le moteur fonctionne avec la consommation spécifique la plus faible qui puisse être réalisée, En cet état, le terme Q, est nul et l'équation de fermeture permet alors de se rendre compte de la valeur de la méthode calorimétrique indiquée plus haut et de la nécessité occasionnelle d’un coefficient de correction.
Nous ajouterons de plus que nous avons été conduit à justifier l'emploi d'un coefficient de correction par la constatation expérimentale de la constance dans chaque série
d'essais du quotient
Le degré de précision dans l'établissement des bilans.
L'hypothèse d’un établissement d’un régime régulier étant à la base de notre méthode, nous avons dû en contrôler l'existence. Le moteur employé nous étant connu de longue date, nous avons pu nous assurer qu'après une heure de fonctionnement, cet état de régime se trouvait établi. Nous avons, à cet effet, comparé plusieurs périodes successives du fonctionnement. Le degré de précision d’un bilan nous est donné par le degré d'irrégularité du reliquat quand nous rapprochons d’une part Q, et d'autre part Q, + Q, + Qu, seules quantités qui restent à considérer d'après ce qui précède.
La mesure de Q, comporte trois causes d'erreurs sur des mesures partielles, erreurs qui se combinent pour engendrer l'erreur totale sur la mesure de Q,.
a) erreur sur la quantité d'essence introduite ; b) erreur sur la durée de l'essai ; c) erreur sur le pouvoir calorifique.
Le maximum que l’on peut atteindre pour ces erreurs est de 0,005 pour 1 sur la quantité d'essence, 0,005 pour 1 sur la durée de l'essai et de 0,03 pour 1 sur le pouvoir calorifique. L'erreur maxima absolue possible sur Q. peut, dans ces conditions, être estimée égale à :
0,005 L 0,005 + 0,03 — 0,04 pour 1.
Mesure de Q,. — Cette mesure dépend : a) d'un écart de température de l’ordre de 40°. Cet écart dépend lui-même de deux lectures de température. Ces lectures comportent une erreur maxima de 1°, mais comme ces lectures étaient répétées en moyenne six fois, on peut estimer l'erreur maxima possible pour chaque lecture égale à 0°4, soit pour Q, une erreur maxima possible de 0,02 pour 1.
La mesure de Q, comporte de plus : b) la mesure d'un débit et l'erreur maxima absolue possible est de 0,005 pour 1.
Enfin la mesure de Q, comporte l'estimation de : c) la durée de l'essai et nous pourrons encore admettre une erreur maxima absolue de 0,005 pour 1.
Donc sur Q,, l'erreur maxima possible est de :
0,02 + 0,005 H 0,005 — 0,03 pour 1.
LuMET.
Mesure de Q,.
La mesure des calories de l’échappement Q, comporte des erreurs sur les quantités mesurées qui sont les suivantes :
2, DC) DT, T1, Te; et pour sl mesurende Q : d) la quantité d’eau ;e, f) encore pour la mesure de Q, la température de l’eau à l'entrée du calorimètre 0,, celle à la sortie 0,, et enfin g) la durée de l'essai.
Si nous supposons prises pour la mesure de T, T,, T,, toutes les précautions dont nous parlerons plus loin, nous pouvons admettre une erreur maxima absolue possible de 0,02 pour 1, pour chacune des températures T, T,, T,; de même pour 8, et 0, ; mais comme toutes ces mesures de température étaient répétées en moyenne six fois, nous pouvons admettre une erreur maxima àbsolue possible de 0,008 pour 1 sur les valeurs moyennes des températures, de sorte que pour l’ensemble de ces températures, nous avons une erreur maxima absolue possible de 0,04 pour 1. Sur la mesure de la quantité d’eau et sur la durée de l’essai, nous pouvons admettre une erreur maxima possible de 0,005 pour 1 pour chacune des deux mesures.
La mesure de Q,est, ainsi, susceptible d'apporter une erreur maxima absolue possible de :
0,04 + 0,005 + 0,005 — 0,05 pour 1.
Mesure de Qu. — La mesure de Q;; comporte la mesure du travail indiqué qui, dans les conditions très précises des mesures faites, peut comporter une erreur maxima absolue possible de 0,02 pour 1. En résumé, les erreurs maxima absolues possibles qui peuvent être faites sur les divers éléments du bilan sont, par unité :
Pour Q, — 0,04 Pour Q, — 0,02 Pour Q, — 0,05 Pour Q,; — 0,02
Mais Q, entre pour 2/5, Q, également pour 2/5 et Qi pour 1/5 du nombre total des calories.
Sur la somme ()
+ Q, + Qi l'erreur maxima absolue possible est donc de :
Il y a lieu de noter que, pendant les essais, nous avons fait varier tous les éléments qui sont susceptibles de causes d’erreur (refroidissement plus où moins énergique de la paroi, circulation plus ou moins active dans le calorimètre, changement de combustible, etc.). Cette manière de procéder à pour effet de réduire les erreurs probables partielles en éliminant celles d’entre elles qui seraient systématiques. L'examen du tableau des données en p. 100 des bilans thermiques nous donne la mesure de l'irrégularité du reliquat dans nos différents essais.
Mécanisme de l’action de refroidissement des pyromèlres.
Le pyromètre perd de la chaleur par la région P par rayonnement, refroidissement à l'air, refroidissement par le tuyau d'échappement s’il n’en est pas suffisamment isolé. Soit Q la quantité de chaleur ainsi perdue, Le pyromètre gagne de la chaleur par la région R immergée dans le courant gazeux, cette quantité est Q, en raison de l’état de régime qui s'établit. Cette quantité de chaleur qui entre et sort doit passer des gaz au pyromètre,
Etre
mais E< RE « “ar Ü : 4 Le .
is elle éprouve une résistance au passage qui dépend du coefficient de
conduetibilité externe C (Ser, Physique industrielle).
Tube ou est R —— monte le Re Gaz pyromètre 74
La température du pyromètre en R est done :
LEA T étant la température des gaz et l’on a :
OCR");
De même la quantité de chaleur Q doit se communiquer à l'air, soit F le coefficient de conductibilité externe en P.
La température /’ de la soudure froide est supérieure à la température de l'air et l’on a
QT
(ce dernier élément est négligeable d’ailleurs).
L'erreur est donc :
dore
et elle provient du passage par le corps du pyromètre de la quantité de chaleur Q.
Remarque.
Cet exposé est schématique, car la quantité de chaleur Q n'entre pas entièrement par la région de la soudure chaude bien qu'elle y entre en grande partie.
De plus elle ne sort que très partiellement par la région de la soudure froide et l'on peut faire { — f’ sensiblement.
Quoi qu'il en soit, l'erreur est proportionnelle à la quantité de chaleur Q véhiculée par le pyromètre. C’est pour cela que nous avons été conduits à l'isoler thermiquement de la paroi.
Les pyromètres étaient composés d'un couple thermo-électrique cuivre-constantan.
Les deux fils isolés jusqu'à la soudure étaient placés à l'intérieur d'une canne creuse en cuivre rouge, canne de 5 mm. de diamètre extérieur.
La soudure à l'extrémité de la canne était placée au milieu de la masse gazeuse et la canne était soigneusement isolée dans un bouchon creux en fer bourré d'amiante qui se vissait dans la paroi de la canalisation à l'intérieur de laquelle cireulaient les gaz.
De plus, certaines précautions de position du pyromètre par rapport au moteur et au calorimètre s’imposaient : en effet l'extrémité de la canne rayonne de la chaleur si elle
HI TUee
se trouve dans le voisinage immédiat d’une paroi refroidie ou reçoit de la chaleur rayonnée si elle se trouve dans le voisinage d’une source de chaleur importante.
C'est ainsi que nous avons été conduits à rechercher les conditions convenables ée position du calorimètre et d'emplacement des pyromètres, conditions qui nous ont eee au cours de nos essais et pour certaines positions du calorimètre et des pyromètres, à adopter un coefficient de correction dont nous justifions, par ailleurs, l'emploi. Considérons l'égalité :
T QC
PRE Éstitoujours > cart "1",
T EE, à 1 2
La mesure de la précision avec laquelle on obtiendrait Q, serait celle avec laquelle on mesure (, si on avait :
Ce serait le cas de :
eébalors 0 —
T x Re Pour Q. constant, Q croit lorsque TT décroit en tendant vers 1. Donc la précision É ARE PE 2
dans la mesure de Q, croît quand TT décroit. C’est le cas : TT D
1° Ou le refroidissement du calorimètre est très énergique. En effet, dans ce cas, Q
croit et T, — T, croissant, TT décroît.
