LA PUISSANCE DES MACHINES A VAPEUR

animaux fut pris pour terme de comparaison, et l’ estimation, faite expérimentalement par Watt de ce travail, ou horse-power , servit à évaluer la puissance des machines livrées. On s’arrêta à un chiffre qui, traduit en mesures métriques, correspondait à 74 ou 76 kilogrammes transportés à 1 mètre. La moyenne, 75 kilogrammètres, a été définitivement adoptée en France, et est aujourd’hui universellement adoptée. Blais qu’on ne s’y trompe point. Le travail de la vapeur est supposé continu, et les machines travaillent des jours et des nuits sans se reposer. Une machine de la puissance d’un cheval fait donc, en un jour, c’est-à-dire en 86 400 secondes, un travail équivalant à 86 400 X 75 ou à 6 480 000 kilogrammètres. Un cheval vivant et réel, au contraire, est dans la nécessité de se reposer ; en le faisant travailler huit heures par jour, il ne développerait qu’un travail trois fois inférieur à celui de la même machine.

En réalité, c’est encore là une évaluation trop forte. Les chiffres de Watt, si l’on juge par les expériences faites depuis, s’appliquaient à des chevaux dont la vigueur dépassait la moyenne, et qui probablement étaient surmenés. 11 résulte, des expériences auxquelles nous venons de faire allusion, qu’un cheval de force ordinaire, attelé à un manège, allant au pas, développe une force égale à 40 kilogrammètres et demi, ce qui, pour une journée de huit heures, donne 1 166 400 kilogrammètres.

On voit donc, par la comparaison des deux chiffres relatifs au travail de la machine et à celui de l’animal, qu’en réalité, pour remplacer une machine dont la puissance est d’un chevalvapeur , il faudrait employer à faire tourner, sans discontinuité, un manège donnant le même travail, un peu plus de cinq chevaux et demi.

Ce qui constitue la puissance d’une chaudière, c’est la quantité ou le poids de vapeur qu’elle est capable de produire en une heure, quand elle est en plein fonctionnement. Or, c’est surtout de la surface de chauffe que dépend cette quantité; de sorte que, toutes choses égales d’ailleurs, c’est le générateur qui offre

au foyer et au gaz de la combustion la plus grande étendue de surface de chauffe, qui est le plus puissant.

Quant à la consommation du charbon, elle est évidemment en rapport avec la surface de chauffe; mais elle varie d’une machine à l’autre, selon le type de la machine, suivant qu’elle est à haute, à liasse ou à moyenne pression, suivant enfin qu’elle fonctionne avec ou sans condenseur, avec ou sans détente. Voici à ce sujet quelques données de l’expérience.

La pratique a fait reconnaître qu’il faut compter, pour chaque cheval-vapeur, une surface de chauffe variant entre 1 mètre carré et 1 mètre carré et demi. Une machine à vapeur de la force de 10 chevaux doit donc avoir un générateur ayant entre 10 et 15 mètres carrés de surface de chauffe. La quantité de vapeur produite par heure est alors en moyenne de 20 kilogrammes par cheval, de sorte que la chaudière d’une machine de 10 chevaux doit pouvoir vaporiser par heure 200 kilogrammes, soit environ 200 litres d’eau.

Quant à la consommation de la houille par heure et par cheval, elle varie, avons-nous dit, avec les machines. Les machines de Watt, à liasse pression, consomment de 5 à 6 kilogrammes de houille; celles de Woolff, 3 kilogrammes ; les machines à haute pression, à détente et sans condenseur, consomment de 4 à 5 kilogrammes par force de cheval et par heure. Ce sont les moins économiques, mais elles rachètent ce défaut par des avantages que nous aurons occasion de signaler plus loin.

Un mot maintenant sur la puissance d’une machine dans son rapport avec les dimensions du cylindre et avec la vitesse du piston, ou, ce qui revient au même, avec le nombre des conps de piston par minute ou par heure.

La pression de la vapeur étant connue par la lecture du manomètre, comment calculera-t-on le travail qu’effectue le piston pendant sa course dans le cylindre? Prenons un exemple qui fera comprendre à la fois la question et la réponse qu’on doit y faire. Supposons une pression de 4 atmosphères dans une

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machine à condensation, ou de 5 atmosphères dans line machine dépourvue de condenseur. L’effort exercé par la vapeur sur le piston sera le même en réalité dans les deux cas, puisque dans le second, la pression atmosphérique s’exerce sur la face du piston opposée à celle où s’exerce la force élastique du fluide. C’est donc, sur chaque centimètre carré de la surface, 1033 kilogrammes multiplié par 4, qui mesurera l’effort de la vapeur. Autant la surface du piston contient de centimètres carrés, autant il faudra répéter de fois ce résultat. Mais ceci ne donne pas le travail mécanique, qui sera d’autant plus grand que la longueur du cylindre ou la course du piston sera plus grande. Pour avoir ce travail en kilogrammètres, il faut encore multiplier le résultat précédent par cette longueur, de sorte qu’on peut donner la règle suivante :

Multipliez la surface du piston par sa course exprimée en mètres, par la pression effective de la vapeur et par 1033, et vous aurez le nombre de kilogrammètres qui mesure le travail effectué par le piston dans sa course. Mais la surface multipliée par la longueur du cylindre, c’est le volume de ce dernier.

Ainsi, le travail est proportionnel et à la pression de la vapeur et au volume du cylindre. Supposons, dans le cas que nous prenons pour exemple, le diamètre du cylindre égal à 40 centimètres, sa longueur égale à 40 centimètres, le travail d’une course du piston sera : 7T.202 x 40 x 1033 x 4, ou 207ksm,40. Un coup de piston se composant de deux courses, ce sera 415 kilogrammètres pour chaque coup.

Ceci ne donne le travail de la machine que pour un va-et-vient du piston, de sorte qu’il faut connaître encore le nombre de ces mouvements par minute ou par heure, pour évaluer définitivement en chevaux-vapeur la puissance de la machine.

Cette vitesse du piston est très-variable. Mais elle ne dépasse guère soixante coups par minute, soit un coup par seconde. S’il s’agissait de cette vitesse maximum, la puissance de la machine serait précisément 415 kilogrammètres par seconde, ou 5,53, un peu plus de 5 chevaux et demi. Supposons quarante-quatre

coups de piston par minute, cela fera en tout 18 278 kilogrammètres, c’est-à-dire 304 kilogrammètres par seconde, ou presque exactement une puissance de 4 chevaux-vapeur.

§ V — Aperçu historique sur la machine a vapeur

Les premières machines à vapeur réellement employées dans l’industrie furent celles de Savery (1696-1698). Le principe

en a été donné par Papin, puisque, comme le dit Arago : « Papin est le premier qui ait songé à combiner, dans une même machine à feu, l’action de la force élastique de la vapeur avec la propriété dont cette vapeur jouit, et qu’il a signalée, de se condenser par refroidissement . »

Le dessin de la machine élévatoire de Savery, que reproduit la figure 289 dans ses dispositions essentielles, montre (pie cet

Fig. 289. — Machine à vapeur de Savery. . , .

ingénieur produisait ta vapeur dans un vase séparé B (c’est la chaudière). Le fluide remplissait d’abord le vase S et le tuyau A, dont il chassait 1 air. Fermant alors le robinet G, et ouvrant le robinet e d’un réser- .voir plein d’eau froide, il produisait la condensation de la vapeur du vase S; le vide se faisait, et l’eau du réservoir lt montait et remplissait en partie le vase et le tuyau. Un jet de vapeur, venant alors de la chaudière et pressant sur la surface du liquide,