DE LA GÉNÉRATION DE LA VAPEUR ET DE SON EMPLOI

Nous donnons ici sur la vapeur, sa production et son emploi, des notions théoriques applicables dans la pratique, pour ceux des conducteurs auxquels ce guide est destiné qui ne les posséderaient pas.

i . Fressioh atmosphérique. — L’atmosphère est la masse d’air qui nous environne de tous côtés sur une épaisseur de to lieues environ. L’air est pesant aussi bien que tous les corps de la nature et transmet sa pressiou également dans tous les sens. Sa pesanteur est démontrée directement par la résistance qu’il oppose au mouvement et par celui qu’il peut communiquer.

La pesanteur de l’atmosphèTe a été déterminée de la manière suivante : Qu’on prenne un tube de verre gradué sur une hauteur suffisante et fermé d’un côté. Qu’on le remplisse de mercure et qu’on le renverse ensuite verticalement sur une cuve de même liquide. On remarque que quelle qur soit la hauteur du tube, quelles que soient ses dimensions et sa forme, le mercure reste toujours sensiblement S une hauteur de 0,76 sans jamais s’élever au-delà.

Cette disposition constitue le baromètre qui sert à mesurer les pressions atmosphériques variant suivant les localités, et l’état hygrométrique de Pair. Le vide parfait existe à la partie supérieure cl l’on peut s’en assurer en inclinant le tube. En effet dans ce cas la hauteur du tube au-dessus du niveau de la cuve étant diminuée , le mercure monte dans la chambre barométrique et remplit le vide jusqu'à ce qu’il soit arrivé à 0,7(1; et si on l’incline davantage, le mercure finira par monter jusqu’en haut et remplira complètement l’espace qui par conséquent était vide.

Si au lieu de mercure on prenait de l’eau dont la pesanteur spécifique et le poids sons lé même volume sont beaucoup moindres, au lieu de 0,76 on aurait 10"*, 336. 1

Par conséquent une colonne de mercure dé 0,76 et une d’eau de io“,33fi font équilibre à la pression atmosphérique.

Une propriété importante des corps liquides et gazeux est de transmettre leur pression également dans tous les sens. Ainsi, en plaçant verticalement

un (uhe cylindrique d'un centimètre carré de base plein de mercure sur un bain de même liquide, le poids de la colonne de mercure sera parfaitement égal au poids de l’air sur la même étendue de la surface du bain. Pour avoir la pression atmosphérique ou le poids de l’atmosphère sur un centimètre carré il suffira de peser la colonne de mercure ou d’eau et l’on trouvera de cette manière que la pression atmosphérique est de t k., o3 36 par centimètre carré. ~i

11 est évident que si au lieu d’uu centimètre carré on avait une base quelconque, il suffirait de peser la colonne et de diviser le poids par la surface exprimée en centimètres rarrés.

Ou peut, d'ailleurs, calculer directement la pression atmosphérique sans peser la colonne d’eau ou de mercure. En effet, toro,336de hauleursur un centimètre carré de base ou surom- <t-,ouo i donne un cube de o"1- c-,ooto336 ou eu décimètres cubes i,o336. Or un décimètre cube d’eau pèse i k. On a donc pour pression, comme nous l'avons dit , i k., o336 11 va sans dire que l'eau dont on parle ici est à son maximum de densité.

Dans la pratique on adopte i k. o3 et meme t k. pour la pression atmosphérique par centimètre carré et l’on appelle cette unité une atmosphère.

Dans les machines locomotives, la pression est généralement de !\ alm. effectives , c’est-à-dire 5 atmosphères réelles eu comprenant celle qui fait équilibre à la pression de l'air et qui n’agit ni comme pression destructive surjes parois ni comme puissance motrice sur je piston. La pression sur chaque cculituètre carré de tout le système est donc de 4 k. ta en supposant que la machine marche à 4 atmosphères.

Chaleur. — La chaleur est un fluide impondérable qui par la qualité qu’il possède de s’introduire entre toutes les molécules des corps les désagrège et les fait passer sous les trois états solide, liquide et gazeux. Le premier phénomène qu’on remarque sur les corps soumis à l’influence d'une source de chaleur c’est la dilatation dans tous les sens.

a. Dilatation, thermomètre. — La dilatation est la propriété qu’ont les corps d’augmenter de volume en raison de la température qui s’introduit entre les molécules. Cet accroissement de volume a lieu suivant les trois dimensions d’épaisseur, de largeur, et de longueur.

Quand dans les machines on fait subir aux matériaux des variations brusques de température, les phénomènes de dilatation sont très nuisibles, surtout quand ils s'exercent sur des corps de différente nature en contact et formant joint.

La connaissance des dilatations inégales est trop importante pour que nous uc donnions pas le tableau des dilatations des principaux métaux ern-

ployés daus les macliiucs locomotives. On reconnaîtra combien res dilatations sont variables suivant les différens corps.

L’acier non trempé sc dilate de o à 100" de. . . . 1/937 de son volume.

Le fer doux forgé 1/8 19

Le fer rond passé à la filière t/812

L’acier trempé 1/807

Le cuivre rouge . i/582

Le laiton t/533

Le plomb i/35i

Cette dilatation se fait également sentir à l’eau de la chaudière, dont la

température s’élève peu à peu en raison de la chaleur qui passe au travers des tubes conducteurs de la fumée, et la dilatation de o à 100’ est de 1/22 de son volume.

La puissance de dilatation d’un corps est égale à la résistance de compression dont il est capable, de même que la puissance de contraction est égale à la résistance de traction qu’ils peuvent opposer.

Pour constater la dilatation des liquides on les renferme dans un tube de verre gradué et l'on reconnaît que le liquide augmente de hauteur dans le tube suivant le degré de température.

On s’est servi de cette propriété pour mesurer les températures à l’aide d’un instrument qu’on nomme thermomètre. C’est un tube de verre fermé d’un côté et terminé de l’autre par une boule. Ce tube, gradué sur une certaine hauteur, contient un liquide coloré qui est de l’alcool ou du mercure et que la chaleur fait monter dans le tube aussi bien que le froid le fait descendre. Pour introduire le liquide dans le tube qui est capillaire 011 le chauffe sur toute sa longueur , l'air qu'il contenait sc dilate et s'échappe par l'extrémité encore ouverte ,puis on plonge cette extrémité dans le liquide il introduire. Celui-ci monte dans le tube en vertu de la pression atmosphérique; on dilate de nouveau la quantité d’air qui reste, pour approcher autant que possible du vide, et l’on bouche l’extrémité. — Pour graduer le tube on part de deux températures fixes, o* qui est la température de la glace fondante et ioo° qui est 1a température de l'ébullition de l’eau distillée sous la pression de om,';6. On marque les deux points extrêmes et l'on .divise en 100° l'espace compris entre ces deux points et on marque des divisions égales en dessous de 0°.

Le thermomètre dont nous venons de parler, à division centésimale, s’a|>pclle thermomètre centigrade. Quelquefois on partage la distance des deux points extrêmes en un nombre différent de degrés. — Ainsi dans le 'thermomètre de Réaumur, au lieu de marquer lOO° au point de réhuttitioa de l’eau, on marque 8o°, et 212° dans celui ùe Fahrenheit dont on se sert en

198 féN-

Angletcrre. Dans les deux premiers la division correspondante à la glace fondante est marquée o , dans celui de Fahrenheit elle est marquée 3a*. En sorte que la distance entre les deux points extrêmes est divisée en 1 80 degrés.

Pour transformer des degrés centigrades en degrés Réaumur on remarque que chaque degré centigrade est t/too' et chaque degré Réaumur 1/80: donc un degré centigrade est à un degré réaumur comme ho est à 100; doncun degré centigrade est égal à un degré Réaumur multiplié par 80/100' ou 4/5 et réciproquement un degré Réaumur est égal à un degré centigrade multiplié par too/8o* ou 5/4- De même pour transformer des degrés centigrades en degrés Fahrenheit il faut les multiplier par 1 80/ 100 ou.g/5 et ajouter 3a, et l’on fera les opérations inverses pour transformer les degré» Fahrenheit en degrés centigrades.

On a reconnu , par des expériences très minutieuses cl eu faisant varier graduellement la température des gaz et des vapeurs, que :

t° La dilatation des gaz et des vapeurs est uniforme de o à lOo".

a0 Elle est pour chaque degré la 267' partie ou les 0,003^5 de son volume à o , c’est-à-dire qu’un gaz ou une vapeur dont le volume était t à o deviendra 1,375 à too°.

3. Des capacités calorifiques. — Les corps sous le même poids exigent des quantités de chaleur différentes pour s’élever d’un même nombre de degrés. Ces quantités relatives de chaleur absorbées sous un même poids par les corps, pour élever leur température d’un même nombre de degrés, s’appellent chaleurs spécifiques ou capacités calorifiques. On prend la capacité calorifique de l’eau pour terme de comparaison de ces quantités et onia prend pour unité.

On appelle calorie la quantité de chaleur qu’il faut pour élever d’un degré centigrade un kilogr. d’eau.

Eu rapportant à ce^te unité les quantités de chaleur absorbées par les dif- I érens corps , on a trouvé que pour amener les corps à la mcine tempéra titre i) fallait les quantités suivantes de chaleur :

• Eau. 1

Plomb. 0,0293

Fer battu. 0,1218

Cuivre. 0,101 3

Nous ne donnons ici que les capacités calorifiques des corps qui entrent dans les machines locomotives: ces chiffres expriment que la même quantité de chaleur élévera d’un même nombre de degrés un poids de plomb et un poids deau qui seront dans la proportion de I à 0,0298 ; ou réciproquement qu’un même poids de plomb et d’eau seront élevés par une même quantité

vie chaleur, Fun de 100", l'autre de 2*,g3. — A l aide de ce* elidfre* ou (wut déterminer le nombre de calories ou d’unités de chaleur que contient un corps dont on connaît le degré de température et la capacité calorifique. Ainsi nous dirons que i5 kilogr. de fer battu, à :>o‘ , contiennent ( 5oX >5 X»,iai8) unités de chaleur : «n cttcl si c’était de l’eau nous .aurions 1 5X5o =1 r 5o unités de chaleur; mais la rapacité calorifique du fer ou la quantité de chaleur qu’il evige n’est que les latâ/ioono de celle de l'eau: donc le nombre de calories sera les ta 18/10000 de 5oX 1 5 on r><>X< 5X 0,1 21 8i)i, 35 unités de clialeur ou calories.

i. Évacobation et ébullition. — Les liquides émettent de la vapeur à toutes les températures. Cette vapeur n’est visible que par un commence' nient de condensation. Plus ou élève la température d’un liquide plus le volume de vapeur qu'il émet augmente.

Quand les vapeurs ont acqnis nnc assez grande foi re élastique. elles se forment à l’intérieur , tendent à soulever la masse de l’eau, et s’élèvent eu globules qui viennent crever à la surface; c’est ce qu’on nomme l’ébullition.

La rapidité de l’ébullition ou la quantité de vapeur qui se forme par suite d’un foyer incandescent dépend: 1° de l’activité du foyer; T' de la nature et de l’épaisseur des parois de la chaudière; 3° de l’étendue de la surface liquide qui reçoit 1 action du feu; 4* dit tirage qui accélère l’alimentation d’air du foyer ; 5’ du soin que l’on apporte à ne pas perdre le calorique par le refroidissement dû au rayonnement sur les corps environnans, et à l’introduction de l’air froid; 6‘ de la disposition des carneaux de fumée: •)" enfiu de la nature des combustibles.

Les causes qui peuvent faire varier le point d’cbullition d’un même liquide, sont: 1* la pression qui s’exerce à la surface, 7° la profondeur de sa masse; 3* les substances qu’il peut tenir eu dissolution; 4° la cohésion du liquide.

Il est facile de comprendre pourquoi l’ébullition dépend de la pression : en effet, d’après l'explication que nous avons déjàdonnée, il faut pour qu’il y ait ébullition que les vapeurs foruiées aienlune force élastique supérieure à celle qui s’exerce sur la surface du liquide: en sorte que si l’on connaît la tension de la vapeur on connaîtra le point d'ébullition du liquide sous la pression donnée , puisqu’il sera obtenu par le degré de température nécessaire pour obtenir une teusion de vapeur capable de vaincre la pression sur la surface. On pourra donc faire bouillir un liquide sous une pression donnée en augmentant sa température, et réciproquement on pourra faire bouillir un liquide à une température donnée puisqu’il suffira toujours de diminuer la pression au point qu elle soit moindre que la tension du liquide pour cette température. v

-ct

L'augmentation de profondeur dont nous avons parlé eu second lieu n'agit que Camille augmentation de pression , et cet effet est insensible quand la colonne nutuométrique soulevée par la vapeur est considérable.

Les substances que l’eau peut tenir en dissolution allèrent aussi Son point d’ébullition, ainsi l’eau chargée de sel bout à une température plus élevée que l'eau ordinaire. Nous n’insisterons pas sur ce point parce que cela ne se rencontre pour ainsi dire jamais dans les machines locomotives. Enfin , la cobésiou du liquide retarde le point d’ébullition à cause de la difficulté qu’éprouvent les bulles de vapeur à passer au travers d’un liquide plus dense. Eu sorte que quand un liquide a une certaine cohésion ou est mélangé à un antre possédant celte propriété, il faut que la tension de la vapeur qui se forme soit capable de vaincre, non-seulement la pression qui s'exerce sur la surface du liquide, mais encore la force de cohésion dont sont douées les molécules. Ainsi dans les chaudières de machines locomotives, on remarque que la vapeur se forme plus difficilement quandla machine sort des ateliers et que l’eau tient en suspension de l’huile et de la graisse.

D’après ce qui précède on comprend quelle relation existe entre la pression et la température , elle est telle que l’une ne peut pas s’abaisser sans l’autre. Aiusi quand il y a un refroidissement dans la vapeur, il y a une condensation partielle," diminution de volume, et abaissement de pression; et réciproquement, si la pression diminue , la vapeur ayant besoin d’une tension moindre sera également à une température moindre.

JLc tableau suivant indique les pressions et les températures correspondantes déterminées par expérience.

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TABLE des températures et des volumes de la vapeifr à diverses pressions *’

FRSSI01E DE LA VAPEUR A SA MSASK.

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V07.UMK en litres.

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en dégrés eoranp6r>-

4'w Lilograiss

de vapeur

à Uÿmsfon

•dbmEtii

En atinoijibères.

Eu nèlres de mercure.

■Ee kilogramn»

pÿmètrKarcé.

duuics ,aux diverses pressions.

indiquée

et à sa

température i celle.

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