CHAPITRE TROISIÈME RENDEMENT CALORIFIQUE

Températures de combustion. — : Difficulté des mesures. — Pression ex* plosive. — Refroidissement par les parois. — Chaleur d'échauffement des gaz. — Application du principe de conservation de l'énergie. — Température de combustion de Thydrogéne. — Gaz divers. — Corps solides. — Houille. — Gaz de gazogène théorique. — Gaz de gazogène réel.

Utilisation de la chaleur. — Définition du rendement. — Rendement mécanique. — Rendement thermique. — Récupération. — Économie de charbon. — Gazéifaction de combustibles.

La chaleur fournie par les combustibles doit, pour être utilisable dans Tindustrie, présenter deux qualités distinctes : i^ une quantité aussi grande que possible ; 2^ une intensité, c'est-à-dire une température suffisamment élevée.

* Pour vaporiser de Teau dans les chaudières à vapeur, pour décomposer le calcaire dans un four à chaux, il faut emprunter au combustible une quantité de chaleur au moins égale à celle absorbée par la décomposition du carbonate de chaux ou la vaporisation de Teau. Mais cette condition ne suffit pas. Une quantité de chaleur quelque considérable qu'elle so.c, fournie à une température voisine de la température ambiante, ne pourra pas servir à vaporiser l'eau d'une chaudière à la température de 200^, pourra encore moins servir à décomposer du carbonate de chaux qui se dissocie seulement à 900*^ ; de même pour fondre l'acier, il faut fournir de la chaleur à une température supérieure à i.5oo<^, pour faire couler les laitiers du haut- fourneau, il faut une température supérieure à 1.700^, etc. Delà chaleur fournie à une température

inférieure serait sans usage. Mais il ne sn£St pas encore que la combustion donne une température juste supérieure à la température nécessaire, car la flamme se refroidit en cédant de la chaleur au corps échauffé et revient bientôt à la même température. Elle pourra céder d'autant plus de chaleur que sa température initiale sera plus élevée.

Pour déterminer le rendement calorifique réel des combustibles^ c'est-à-dire la proponion de leur chaleur de combustion susceptible d'être employée à un usage vdéterminé, le premier faaeur à prendre en considération est la température même de combustion.

Diffloultés dM mMuras. — La détermination directe des températures de combustion est très difficile, car les températures normales de combustion du charbon et des gaz carbonés sont en général voisines de 2.000^, température à laquelle ne résiste pour ainsi dire aucun de nos appareils pyrométriques. D'ailleurs, les corps solides placés dans une flamme que Ion pourrait songer à utiliser pour ces mesures, conmie la soudure d*un couple thermoélectrique, ne prennent jamais exactement la température des flammes où ils sont placés, mais une température intermédiaire entre celle des produits de la combustion et de l'enceinte environnante, toujours moins chaude. Le corps chauffé doit à chaque instant recevoir de la flamme une quantité de chaleur égale à celle qu'il rayonne vers l'enceinte. Il hui donc qu'il soit plus froid que la flamme.

Des tenutives ont été faites pour utiliser en vue de cette mesure la quantité de chaleur rayonnée par les flammes, la même cause d'erreur subsiste si l'on s'adresse aux parcelles de carbone solides en suspension dans les flammes éclairantes. D'autre part, les lois du pouvoir émissif des gaz sont très mal connues.

RENDEMENT CALORlFiaUfi I37

La seule méthode qui ait donné jusqu'ici des résultats dignes de quelque confiance, consiste à déterminer la pression explosive d'un mélange gazeux détonant en vase clos et à calculer la température correspondante au moyen des lois de Mariotte et de Gay- Lussac. 11 y a encore dans ce cas une correaion de refroidissement à faire à cause de la présence de Tenveloppe froide mais elle peut être faite avec une certaine précision en raison de la rapidité avec laquelle la combustion se produit (i).

FrMston •xplosive. — La détermination de la température de combustion en partant de mesures de pressions explosives repose sur la formule suivante :

Soit Po la pression initiale et P la pression finale aussitôt Tachèvement de la combustion.

Soit To la température absolue initiale (/« + 273) et T la température absolue finale que Ton cherche à calculer.

Enfin soit fto et n le nombre de molécules contenues dans la masse gazeuse en expérience avant et après la combustion. Les lois de Mariotte et de Gay-Lussac donnent la relation :

P wT

Po fto To

Prenons par exemple la combustion de Toxyde de carbone dans

air.

CO + 0,5 O» + 2 Az* = CO + Az«

on a alors fio = 3,5, n =: 3 et en supposant au début le mélange à la pression de 1 atm. et à la température de 17^, la relation devient :

I 3,5 290 ou

(i) Mallakd et Le Chatblier. Recherches expérimentales et théoriques sur la combnstioti des mélanges gaseux. ( Aun. des Mines [8|, IV, 274, 1882.)

L'expérience donne pour P, 8,7 atm. d'où Ton déduit

En réalité, le calcul n*est pas tout à fait exact parce qu'à cette température la dissociation de l'acide carbonique n'est pas négligeable, elle doit être voisine de 5 0/0. On peut calculer l'erreur résultante en prenant les différentielles logarithmiques et écrivant :

dT dn I

d'où Ton tire ûft = — 13®, quantité négligeable vis-à-vis des erreurs expérimentales que comportera méthode.

Voici les résultats obtenus ainsi pour la combustion de quelques gaz mêlés à l'air dans les proportions voulues pour la combustion complète :

P Gaz combustible. •....— /

Hydrogène 8,4 2. 320*

Oxyde de carbone .... 8,7 2.430

Méthane 8,9 2.150

Les mêmes calculs appliqués à la combustion des gaz dans Toxygène pur seraient tout à fait illusoires dans la plupart des cas en raison de la dissociation très imporunte aux températures beaucoup plus élevées obtenues ainsi. Il est un cas cependant où cette méthode est applicable, c'est celui de la combustion avec une quantité d*oxygène assez faible pour éviter toute formation d*acide carbonique et de vapeur d'eau, le seul composé formé étant Toxyde de carbone qui parait être stable à des températures beaucoup plus élevées. Des combustions semblables ont pu être réalisées dans deux cas seulement avec l'acétylène et le cyanogène