POUVOIR

caloriOqae.

Pays de Galles

Lamare

Pouvoir calorifique. — Le pouvoir calorifique des combustibles désignés sous le nom de houille grasse et dure, ^anthracite, etc., est égal, sinon supérieur à celui du carbone pur. Il est à remarquer que ce pouvoir diminue rapidement à mesure qu'on se rapproche de l'époque actuelle. Les lignites bitumineux, qui font exception à cette règle , ne se trouvent qu'en très-petite quantité.

TEMPÉRATIJRE DE COMBUSTIOU.

Indépendamment du pouvoir calorifique des divers combustibles, il peut être utile de connaître quelquefois la température de combustion. Nous nommerons ainsi , d'après M. Ebelmen , réchauffement thermométrique maximum qu'il est possible de produire avec un combustible donné : l'exemple suivant nous permettra de déter-

i84 DIX-SEPTIEME LEÇON,

miner cette température pour tous les combustibles ; il est facile de connaître la quantité d'air nécessaire pour que cet air et le combustible employé se transforment réciproquement et coitiplétement en eau , acide carbonique et azote, en partant de cette base que I kilogramme de carbone exige ii^jSg d'air contenant a'',666 d'oxygène pour se changer en acide carbonique , et que i kilogramme d'hydrogène en prend trois fois plus ou 34'', 77 (contenant 8 kilogrammes d'oxygène) pour former de l'eau; on commence par tenir compte de l'oxygène contenu dans le combustible en diminuant i d'hydrogène pour 8 d'oxygène. On aura ainsi , pour I kilogramme de combustible le poids de chacun des produits gazeux de la combustion ; or la chaleur produite par celle-ci doit se répartir entre tous les gaz de manière à les porter tous à une même température qu'on peut calculer, puisqu'on connaît la chaleur spécifique de chacun des gaz ou la quantité de chaleur que prend i kilogramme de chacun d'eux pour s'échauffer de i degré. Le nombre ainsi obtenu , qui représente la température de combustion , varie comme on peut s'y attendre , d'un combustible à l'autre. On ne doit toutefois considérer ce nombre que comme une approximation, car on ne sait pas si la chaleur spécifique des gaz ne varie pas avec la température.

Comme exemple de calcul , cherchons la chaleur de combustion d'un charbon qui contiendrait :

Hydrogène 2,83

Carbone 87,68

Oxygène 6,43

Cendres 3, 06

i*. Déterminons d'abord le pouvoir calorifique. Retranchons de 2,83 d'hydrogène celui qui correspond à l'oxygène, que donne la proportion

Il reste 2,o3 d'hydrogène, qui équivalent à 2,o3 x 3 = 6, 10 de carbone. Le combustible équivaut donc à 93,78 de carbone pur, et son pouvoir calorifique calculé sera de 6,775.

2°. Cherchons la température de combustion.

PYROTECHNIE CÉRAMIQUE. i85 Un kilogramme de carbone prendra pour o'', 8768 de carbone 10'', 10 d'air,

et formera 3'',2ii d'acide carbonique.

Les 0^,0203 d'hydrogène prendront. . . o'',7i d'air,

io'^,8i ou S-^^jS! d'air,

et formeront o'',i827 d'eau, auxquels il faut ajouter les 0^,0723 d'eau formée par l'oxygène du charbon, en tout 0*^,255 d'eau. Les produits de cette combustion seront donc :

Acide carbonique 3,2110

Eau o,255o

Azote 8,3240

Cendres o,o3o6

La chaleur spécifique de l'acide carbonique étant à o*", 221, la quantité de chaleur nécessaire pour élever 3", 221 de i degré sera 3,221 X 0,221 = 0,712 Oï7iîi

La chaleur spécifique de la vapeur d'eau est 0,847; Ï6

produit par o,255 = 0,216 0,216

Le coeflBicient de l'azote est o , 273 ; le produit par 8 , 324 . 2, 272 « ■

La chaleur spécifique des cendres peut être évaluée approximativement à 0,20; le produit par o,o3 sera 0,006, qui peut être négligé dans ce cas.

En ajoutant les trois nombres qui précèdent, on a 3**', 20, qui représentent la quantité de chaleur nécessaire pour que tous les produits de la combustion de i kilogramme de charbon s'échauffent de I degré. Or, comme la chaleur totale produite est de 6,775, la

température de combustion sera -ir-^ =2,117 degrés. (Dictionnaire des Arts et Manufactures, t. P, f** 82.)

La chaleur développée par la combustion s'utilise de deux manières différentes : l'une est rayonnée par le combustible embrasé ; Tautre est entraînée par les produits de la combustion. Nous verrons qu'on cherche dans les fours à poterie à tirer parti de toute la chaleur rayonnée, mais qu'en raison même de la haute température qu'il faut atteindre, on est obligé, tout au moins dans la pratique actuelle, d'abandonner les produits de la combustion à

i86 DIX-SEPTIÈME LEÇON.

des températures très-élevées qui font perdre une quantité trèsconsidérable de la chaleur produite.

COMBCSTIOBr DAHS LES FOURS.

La combustion s'effectue sous l'influence de l'oxygène. L'oxygène nécessaire à cette transformation du combustible en gaz échauffés est toujours pris dans l'air, qui renferme ai parties d'oxygène pour 79 d'azote ; à ces éléments s'ajoutent des quantités d'acide carbonique et d'eau , variables avec la température et les circonstances atmosphériques. L'air traversant le combustible incandescent forme de l'acide carbonique et de l'eau ; l'azote reste en mélange avec ces deux produits. Pour activer la combustion , l'air doit traverser continuellement le combustible; on satisfait au renouvellement de l'oxygène ou par des machines soufflantes ou par le simple tirage des cheminées. La première méthode ne s'applique que lorsque l'air doit traverser une couche épaisse de combustibles. Dans les arts céramiques, on fait usage de la seconde méthode : on peut déterminer par le calcul la vitesse d'écoulement et l'influence des divers éléments ^e ce problème sur le tirage des fours. [Traite de la Chaleur; par M. Péclet.)

Fis. S84. Supposons que AB [fig. 1%^ ) soit une colonne

d'air qui s'échauffe en B et qui sorte par l'ouverture A. La colonne AB est beaucoup plus chaude, et, par conséquent, beaucoup plus légère que la colonne CD de même hauteur, qu'on suppose à la température ordinaire : il s'établit un courant de B vers A. Si nous ramenons la colonne CD à la même température que la colonne AB, elle prendra une hauteur CE; le mouvement de la colonne d'air sera déterminé par la différence des deux branches du siphon ABCDE ou DE = A. La vitesse d'écou- -" ^ lement peut être donnée en fonction de la hauteur

de la cheminée , de la température de la cheminée et de la température ambiante. Soient H la longueur CD = AB la hauteur verticale de la cheminée, a = o,oo366 la dilatation de l'air pour i degré, t la température ambiante , /' celle de l'air qui remplit la cheminée ; la hauteur que prendrait une colonne d'air remplissant une cheminée

à la température t passant à la température t' étant H ' ^ ? la hauteur motrice sera

i-\-at i-\-at ^

mais at est nécessairement très-faible et peut être négligé; il ne reste plus pour la hauteur motrice que Hfl(f'— ^), ce qui donne pour la vitesse théorique

La vitesse réelle est beaucoup moindre; car l'air chaud entrant dans une cheminée par la partie inférieure perd de sa chaleur, en s'élevant, par Teffet de l'irradiation et du contact des parois; les frottements de l'air à travers la masse du combustible et sur les parois de la cheminée diminuent la vitesse d'écoulement : on a démontré que la résistance est proportionnelle au carré de la vitesse , proportionnelle encore à la longueur des tuyaux , mais en raison inverse des diamètres ; elle varie de même avec la nature des tuyaux : plus grande dans les tuyaux de terre cuite que dans la tôle, plus grande dans celle-ci que dans la fonte. Pour des cheminées de i3 à 14 mètres, la vitesse réelle de sortie n'est que les o,ao ou 0,25 de la vitesse théorique.

Nous supposons dans tout ce qui précède que l'air ne change ni de nature chimique, ni de densité, après l'avoir ramené à o degré; mais pratiquement il n'en est pas ainsi : l'oxygène se change en acide carbonique et vapeur d'eau. Réellement sous le même volume , l'un est plus lourd que l'air, l'autre plus léger ; la densité de la vapeur d'eau =0,621, celle de l'acide carbonique = i,52i, et celle de l'oxygène = i,io56. Cette circonstance peut avoir une influence sur le tirage : elle s'opposerait s,eule à ce que la vitesse pratique coïncidât avec la vitesse théorique; mais le principal obstacle à l'écoulement est le frottement qu'éprouvent les produits de la combustion dans le parcours de la cheminée.

La résistance due au frottement du courant d'air est en raison inverse de la section et proportionnelle à son périmètre ; on doit choisir pour section inférieure celle dont la forme présente le maximum de surface pour un périmètre donné. La meilleure forme est donc la section circulaire.

i88 DIX-SEPTIÈME LEÇON.

Lorsqu'on rétrécit, au moyen d'un diaphragme, la section supérieure d'une cheminée, la dépense d'air et conséquemment le tirage diminuent; la vitesse à l'intérieur le long des parois diminue de même , et la résistance due au frottement est moins considérable. On voit ainsi que l'orifice d'entrée de l'air restant le même , on augmente considérablement la vitesse de l'air admis, en élargissant la cheminée ; on compense par un élargissement un défaut de hauteur. La limite de largeur qu'il faut adopter est celle à laquelle commencent les courants et remous , qui conduisent à des pertes de force vive.

Lorsque le diaphragme est placé dans la partie inférieure , la vitesse augmente avec le rétrécissement. On explique de la sorte l'activité de la combustion dans les poêles quand on ferme la porte, dans les cheminées quand on abaisse les trappes ; on détermine ainsi des courants d'air plus rapides. La diminution de la dépense théorique devient moindre; on sait que la vitesse d'écoulement de l'orifice supérieur ne dépend que de la pression et non du diamètre, et que la dépense augmente avec celui-ci.

Ces indications sont très-importantes pour la pratique des fours à poterie; nous ajouterons ici qu'il ne faut pas que la vitesse de sortie de l'air chaud se trouve abaissée , par l'élargissement de la cheminée , au-dessous de 2 à 3 mètres par seconde , pour que l'influence des vents ne se fasse sentir sur l'écoulement de l'air.

Nous poserons comme conséquences de ces observations quelques résultats pratiques qu'il faudrait ériger en préceptes.

En rétrécissant dans un four les orifices d'entrée de l'air, on augmente le tirage à travers ces orifices ; en rétrécissant les passages dans lesquels circule l'air, comme les intervalles des piles de cazettes, on augmente de même la vitesse de l'air, et conséquemment le frottement et la perte de force vive qu'elle entraîne. Un enfournement à plus larges intervalles détermine une entrée plus abondante et produit, toutes choses égales d'ailleurs, une atmosphère plus oxydante. Dans un enfournement serré, il faudrait rétrécir l'alandier pour éviter une atmosphère trop réductive.

La cheminée restant la même, on rendra l'atmosphère oxydante ou réductive, en rétrécissant ou développant, dans certaines limites, la surface des alandiers.

L'élargissement des intervalles compris entre les files a pour ré-

sultal , toutes choses égales d'ailleurs , d'amener une atmosphère plus oxydante.

L'élargissement de la cheminée produit une atmosphère plus oxydante ; la production des gaz combustibles est proportionnelle à la surface des alandiers ou des grilles, et par conséquent au carré des dimensions; l'appel de l'air est seulement augmenté proportionnellement , puisque la vitesse est réduite dans le rapport inverse.