X 2/3 de 7.500*** x
Il y a lieu dès lors d'affirmer que la meilleure machine à vapeur imaginable fonctionnant entre 159* et 40* ne saurait dépenser moins de 0^«,462 de houille moyenne par heure et par cheval de 75'" sur les pistons, en laissant de côté la question de l'économie de combustible à réaliser du côté de la chaudière. En conséquence, ce chiffre permettra d'apprécier la valeur de tout appareil marchant entre lesdites températures.
Les machines marines d'aujourd'hui les plus économiques travaillent entre 159'' et 40''. Elles se rencontrent surtout à bord des navires à vapeur de commerce. Ce sont (n"* 21 J des Compound munis de condenseurs à surface, et dont les générateurs satisfont aux con-
ditions précédentes. La vapeur y est d'ailleurs introduite à la pression absolue de 6'^ environ, et se détend de 9 à 12 fois son volume primitif dans la marche à toute puissance. — La dépense en houille de la qualité susmentionnée n y dépasse pas O^^JbO^ du moins aux essais ; car ainsi que nous l'avons déjà dit an n"" 6,, en service courant il faut compter 1/& de plus pour le décrassage des fourneaux et les extractions, si restreintes qu'elles soient du reste avec la condensation par contact.
En raison de ce que nous nous sommes mis dans les mêmes conditions de générateurs et d'espèce de houille pour la machine idéale etdessus que pour les machines réelles dont il s'agit, la consommation que nous venons d'indiquer correspond à un rendement spécifique dé
^, * ^ ^ = 0,616 ou 0,62 en nombre rond. Ce résultat montre le 0**,750
degré d'efficacité des appareils dont il s'agit, entetidu comme il a été explique au n* 6,. — On pourrait croire que l'énorme différence entre la détente réelle 9 à 12 et la détente 51 précitée correspondant au cycle de Camot, doit être une des principales causes du déficit de rendement spécifique 1 — 0,616 = 0,384 constaté ici; mais ce déficit, qui est propre d'ailleurs à la machine elle-même, puisque l'influence du générateur a été éliminée dans la comparaison quf. nous venons de faire ne dépend que très-peu de cette différence ; car à cause de la forme extrêmement aplatie du dingramme représentatif du cycle du côté de la fin de la détente, on peut (n*» 8,) supprimer de ce côté une très-grande longueur du diagramme, sans affecter sensiblement sou aire totale, et par suite le travail que celle-ci représente. Mais les fuites et les refroidissements qui se produisent à Fintérieur du cylindre, jouent dans ce déficit un rôle bien plus important. Nous examinerons au n* 8, l'influence exacte, sur ce déficit, des causes importantes de déperdition que nous venons de signaler, ainsi que les autres circonstances qui contribuent à le produire. Nous verrons ensuite aux n°' 9 et ià^ jusqu'à quel point on a, souime toute, remédié jusqu'ici à ces causes et à ces circonstances; enfin nous montrerons au n° 21^, la voie vers laquelle -on tend pour obtenir de nouvelles améliorations.
Mais on peut voir T immense progrès accompli depuis quelques années, en se reportant à beaucoup d'appareils encore en usage, qui atteignent et dépassent la consommation de l''«,50, regardée à cette époque comme la perfection pour les machines marines.
li"" S, Idées erronées ayami coarn wmT les à fe« cte uéwkérmVj et en parUcnlier mit les à Tapeur d'esn •«■ antres et à Tapeurs mixtes (*\. — Reportons-nous au chiffre 0,!275 obtenu pour le rendement calorifique maximum absolu de la machine à vapeur considérée au n*" 5^. On peut s'étonner à priori du peu d'élévation de ce rendement, qui du . reste serait le même pour n'importe quelle machine thermique parfaite fonctionnant entre i59'* et kO^. — Bien plus, d'après le tableau du n"" 6^9 il n'atteindrait encore que 0,A& si, en conservant la même température minimum, on portait la température maximum h 300*, point qu'on ne saurait dépasser dans une machine à feu» à cause de la limite de résistance à la chaleur des métaux connus jusqu'ici.
Quelques savants, et même des plus éminents, se sont emparés de ces chiffres pour invalider le principe de Camot, en opposant auxdits chiffres le rendement de 0,80 obtenu avec les bonnes machines hydrauliques. — Considérant qu'en fait les macbîues à feu construites jusqu'aujourd'hui ont un rendement calorifique très-res* treint, ils ont déclaré que ces machines étaient de^ appareils extrêmement imparfaits, fournissant une fraction infime du travail apte à être retiré de la chaleur renfermée dans le corps travailleur à sa sortie du générateur, et à fortiori de la chaleur contenue dans le combustible alimentant celui-ci. Ils sont arrivés à poser en principe que les machines à feu et les appareils à vapeur en particulier, demandaient une réforme radicale dans leur conception. Selon eux, tous les efforts des ingénieurs devraient tendre vers la découverte d'une nouvelle manière d'utiliser le calorique. Ces jugements reposent heureusement sur des iq>préciations très-inexactes du rendement en général de tout appareil, quel que soit le principe de son mouvement. Voilà pourquoi nous avons insisté au n* 6,^ s,3et« sur les divers rendements qu'il y a lieu de considérer dans toute machine thermique. L'étude approfondie des machines hydrauliques demande aussi qu'on examine leur rendement sous divers points de vue. On est ainsi conduit à y considérer trois rendements, saroir : le rendement Aydraulique, le rendement spécifique et le rendement organique. A notre point de vue, le rendement hydraulique serait le rapport
(*) Noas confessons sans détour que nous nous sonomes fait l'écho de quelques-unes de ces idées dans noire G* Traité des appareils à vapeur de nifvigution, chapitrez. — Notreexcuseestdansrignorancedespriiicipesdelatherniodyiiaiiiiqueoù prem|uetou(<'sleii personnesadonnéesàrétudepratiquedeMnachiiies se trouvaient alors; car cette scieoceà sondébmsepréaeDtAUMiuoaefonnepeaâocesaHileàreBpritsynUiétiquedesiDécaiiieieDs.
entre le travail dû au poids d'eau débité par unité de temps tombant de la diSérence de hauteur des deux bids de la chute, et le travail brut que produirait le même poids d*eau tombant du bief supérieur au nivtau de la mer. — Ce rendement est analogue au rendement calorifique donné au n"* 6, pour les machines à feu; i) serait en outre assimilable au produit de ce rendement calorifique par l'utilisation du combustible (n"" 5 J, si l'on prenait pour hauteur de chute le ni* veau de la source d'où part le cours d'eau, cette source correspondant alors au foyer desdites machines. Au surplus, son maximum correspond au cas où il n'y aurait aucune perte par éclaboussure on pai* fuite dans le poids de l'eau qui tombe, et où les frottements du liquide pendant la chute seraient nuls; en un mot, ce maximum correspond au cas où le travail net dû à la chute du poids d'eau précité serait égal au travail brui dû à la même chute.
De son côté, le rendement spécifique d'une machine hydraulique doit s'entendre du rapport de son rendement hydraulique réalisé à son rendement hydraulique maximum.
Enfin, le rendement organique consisterait dans le rapport du travail recueilli au frein de Prony sur l'arbre de couche de la machine, au . travail net de la chute entre les deux biefs.
Or le rendement des machines hydrauliques, tel qu'on l'entend d'habitude, est le rapport du travail sur t arbre au travail brut de la chute. Il représente donc, d'après les définitions précédentes, le produit du rendement spécifique par le rendement organique. Dès lors, en supposant ces'deux rendements égaux, le chiffre 0,80 susmentionné indiquerait qu'ils valent l'un et l'autre 0,90, en nombre rond. Gela prouve que les machines hydrauliques ont un meilleur rendement spécifique que les machines à feu, mais voilà tout. — Ces dernières machines ne sont aptes à utiliser sur la chaleur totale développée dans l'intérieur de la chaudière, et à fortiori dans le foyer, qu'une fraction d'autant plus faible que, pour un égal écart des températures extrêmes, la température inférieure du corps travailleur est plus audessus du zéro absolu des températures ; de même, les machines hydrauliques ne sont aptes à utiliser sur la puissance totale de la chute d'eau estimée entre le bief supérieur et le niveau de la mer, et à fortiori entre le niveau de la source et le niveau de la mer, qu'une fraction d'autant plus faible que le bief inférieur est plus au-dessus de ce dernier niveau. Le niveau de la mer joue ainsi un rdie analogue à celui du zéro absolu des températures.
ilO MACHINES A FEU EN GÉNÉRAL. — N' 5,
Les choses ainsi entendues, la divergence apparente sur laquelle on s'étaye pour combattre le principe de Garnot tombe d'elle-même ; et l'exactitude ainsi que l'importance de ce principe n'en demeurent que plus confirmées. — Zeuner est le premier qui ait mis en relief, ei) s' appuyant sur l'ordre d'idées que nous venons de développer, en quoi cbnsiste le paradoxe de la prétendue supériorité écrasante des machines hydrauliques sur les machines à feu. Mais, selon nous, il n'a pas assez insisté sur la question. En particulier, il n*a pas parlé, couime nous Tavons fait, des divers rendements qu'il y a lieu de considérer dans les deux grandes familles de machines dont il s'agit, et qui permettent de porter au dernier degré de clarté leur comparaison au point de vue de l'économie de la puissance motrice.
— A côté de l'objection capitale faite à toutes les machines à feu en général et que nous venons de réfuter, il court en particulier sur le compte des machine^ à vapeur, soit d eau, soit de tout autre liquide, une série d'idées erronées. Ces idées rentrent au fond dans ladite ^objection ; mais leurs promoteurs, qui se rencontrent surtout parmi les inventeurs ne possédant qu'une instruction méca- . nique et physique superficielle, les présentent sous une autre forme. Il importe dès lors de les discuter pour éviter que le lecteur, perdant de vue les théorèmes de la thermodynamique, ne se laisse séduire par ce qu'elles ont de spécieux.
D'abord on a admis longtemps la possibilité de l'emploi successif et indéfini de la vapeur ayant déjà servi dans une machine, cette vapeur devant, à sa sortie du cylindre, se retrouver sans d'autres pertes que celles dues aux refroidissements extérieurs. C'est sur ce point de vue faux que reposaient les machines à vapeur régénérée ou réchauffée. Les expériences entreprises pour établir et déterminer l'équivalence mécanique de la calorie à l'aide d'une machine à vapeur (n** 3 J, ont mis en évidence Tinanité de l'idée en question ; car elles ont permis de constater qu'en dehors desdites pertes, la vapeur, après avoir travaillé, même à pleine pression, possède en moins, à sa sortie du cylindre, que pendant sa formation, une quantité de chaleur équivalente au travail dynamométrique produit pendant le coup de piston considéré, ainsi que cela est expliqué en détail au n'» 7,.
Une fois cette manière de voir imposée, même aux plus réfractaires antagonistes de la machine à vapeur, ceux-ci se sont rejetes sur ridée de tirer parti de la portion de chaleur que, somme toute, la vapeur abandonne au condenseur. Cette quantité, bien que moindi'e
MACHINES A FEU EN GÉNÉRAL. — N" 5, 17i
que le nombre de calories possédées par le fluide à sa sortie de la obaudière, représente néanmoins une fraction considérable de cette quantité. Mais il y a là une illusion pleine de déboires, car le . maximum du rendement caloriGque correspond (n**. 5,) à un cycle de Garnot; et ce cycle exige l'abandon au condenseur de la quantité de chaleur en question, ou au moins de la plus grande partie. Toutefois, ceci n'est qu'une rétc^quation détournée de l'idée fausse dont il s'agit. On peut la combattre par une argumentation plus immédiate. Et, en effet, la chaleur perdue qu'il s'agit d'utiliser correspond, ne l'oublions pas, au degré le plm bas auquel on est à même de maintenir la température du corps travailleur. Dès lors, un travail dynamomélrique quelconque, tiré de cette chaleur, déterminerait un abaissement de ladite température au-dessous du degré en question. Or, pour réaliser un mouvement continu, il y a toujours un moment où il faut diminuer le volume du corps travfiilleur, alin de permettre à l'organe moteur de recommencer une nouvelle phase de mouvement. Il n'existe que deux procédés pour obtenir ce résultat. — Le premier comporte l'expulsion du corps dans un réfrigérant. Mais ce moyen serait impraticable présentement; car la température du réfrigérant devrait être au plus égale à celle possédée actuellement par le corps travailleur, et qui est au-dessous du degré inhérent à la source de froid dont on dispose. — Le second procédé consiste à ramener, par une compression, le corps travaiikur dans l'état où il se trouvait au début du fonctionnement que l'on considère. Mais le travail de compression ne pourrait être annulé ici par un refroidissement concomitant du corps, puisque la température actuelle de celui-ci se trouve au-dessous de celle de ladite source de froid. Dès lors ce travail, qui est négatif, détruirait iniigralement le travail positif \ obtenu dans la première évolution du nouveau cycle partiel qu'on voudrait décrire pour utiliser la chaleur abandonnée au con- N denseur.
^ — Toutefois, les inventeurs, connaissant ou non les arguments cf précédents, ont passé outre ^ et deux systèmes ont surgi pour remédier, soi-disant, aux pertes provenant de cet abandon. Le prenîier système, qui est celui des machines à vapeurs mixtes il ou combinées, consiste à se servir de la chaleur abandonnée pour : vaporiser un liquide très-volatil, tel que l'étherou le chloroforme, e. et à faire travailler la nouvelle vapeur ainsi engendrée dans une tiv seconde machine. A cet eflet, la vapeur d'eau se rend, à l'échappe-
172 MACHINES A f EU EN GÉNÉRAL. — ^• 5,
ment du cylindre, dans un condenseur à Borfwe, où le rrfroidi»ment est obtenu aw te Vtqdiàe en ^juesiieo, et q«i jooe te rdte de générateur vis-à-vis de «e Uquide. Celui-ci se vaporise «loi»; «t «• vapeur s'introduit dawj «n second cylindre, d'où elte s'échappe pw aller se liquéfier dans tin secew! oemaenseor à surfece refroidi avec de Veau. Il en résulte deux «yctes conjugués décrits par deux corps travailleurs différents. Nous avons vu am n» 5, que ibéoriquemeot cette combinaison ne pouvait auconeiBBirt améliorer te reodemeot calorifique maximum propre aux deux températures extrêmes de fonciionnement. - Ce point, qui a été étaMirigoureuseo.eot*iito article peut se démontrer d'une manière plus tangibte pew tes mécaniciens, mais moins précise. En effet, du moment que la limite inférieure de température est la même dans tes deux cas, la vapeur d'eau ne doit plus être ici condensée à 40», mais à 80» et au-desaw, afin de permettre à la vapeur d'étherde prendre une pression capable de produire un effet qui en vaille la peine. Le travail de la contre-pression de la vapeur d'eau sera alors plus considérable que «l'ordinaire, et annutera plus oa moins te bénéfice réaiitant du fowîtionnement de la seconde vapeur. Cette annulation serait complète SI les deux vapeurs travaillatent suivant un eycte de Camot.
Nous ne nous étendrons pas davantage sur te système dont û s'agit; et nous renverrons aux n" 5, et 6, pour tes incoovénients<ïue, par ailleurs, peut présenter la conjugaison des deux cycles inhérents à ce système,' et pour tes quelques avantages qu'à la rigueur on pourrwt tirer de cette conjugaison.
Dans te second des systemes susmentionnés, proposés en vue de restreindre les pertes dues à la chaleur abandonnée par la vapeur d'eau dans le condenseur, on conserve exactement les mêmes réàpients que d'habitude, chaudière, cylindre «t conden-seor, ce dernier fonctionnant par contact; puis l'eau est remplacée par un liquide dont la chaleur latente de liquéfaction est de beaucoup inléricure à la sienne. 11 résulte de là un bien moindre abandon de calorique au condenseur, ce qui, à première vue, lait espérer la réalisation d'une économie plu8t)u moins considérabte, même défalcation faite du prix de revient du liquide. La vapeur choisie ne doit pas d'aûlleurs être lourde ni inflammable, afin d'éviter les dangers d'explosion et d'incendte. Ce sont ces divers ol>jecUrs qne l'on s'est proposé d'atteindre avec la machine à gax ammoniaque dissous dans l'eau, l'une des dernières combinaisons de l'espèce qui ait étf
MACHINES A FfiU EN GÉMÉllÂL. ^ N' S» 173
employée» et que âon prooioleur IL Frot« ingénieur de ia Boarioe, avait inaugurée à l'Exposition universelle de 1867,
Le Suide dont il s'agit possède, lorsque le titre de la dissolution est de 18* à 20* au pèse^alcali volatil, une chaleur latente à fois 1/2 jaoindre que celle de l'eau; d'autre part, la pression est d'environ ë** pour une température de KS"". — U est aisé de voir où git le paradoxe* En e0et, les promoteurs du système perdent de vue que si le calorique abandonné an condenseur est h fois 1/2 plus faible avec le fluide ammoniacal qu'avec la vapeur d'eau, la quantité de chaleur nécessaire à la vaporisation est à peu de chose près ie même nombre de fois plus petite pour la première substance que pour la seconde. Dès lors, si le nombre de calories abandonnées au condenseur est plus petit d'une manière absolue dans un cas que dans l'autre, il est sensiblement le mêuie d'une manière reUuite^ c'est«-àdire par rapport à la quantité de chaleur puisée à la chaudière. En d'autres» termes, dans notre exemple, la diiiérence entre les deux espèces de quantités de chaleur considérées, qui représente en définitive le travail dynamomélrique extérieur produit, se trouve environ à fois 1/2 plus faible avec la dissolution ammoniacale qu'avec l'eau, en même temps que la dépense à la chaudière et la perte au condenseur sont le même nombre de fois moindres. Fiaalemeni:, le rendement calorifique (n*" 5^) serait rigoureusement le même dans les deux cas, entre les mêmes températui*es extrêmes x et x,, si les deux machines décrivaient un cycle de Camot. — Il ne vaut [las du reste la peine de s'occuper du petit bénéfice qui résulterait, avec l'amoioniaque, de la faculté de pouvoir abaisser la limite de la température iaférieure de fonctionnement, en augoïentant ainsi (n*" ^J le rendemeiit industriel.
IkM»cce second système, pas plus que le précédent, ne sauraiv conduiie à des machines supérieures économiquement aux machines à vapeur d'eau, ainsi du reste que l'expérience l'a constaté (n» 6^).
— Dans l'ordre d'idées du remplacement de la vapeur d'eau par celle d'un autre liquide, en vue d'un meilleur rendement calorifique, on a aussi songea choisir un liquide tel que, défalcation faite de son prix de revient, sa vaporisation fût plus économique que celle de la vapeur d'eau par unité de volume considérée à la même pression, ou mieux par unité de volume divisée par la pression. Le travail par coup de piston dû à la poussée de la vapeur serait, dans l'un et l'autre cas, le même à pleine pression. Dès lors le coût calo-
rifique de ce travail se trouverait moindre avec la nouvelle vapeur qu'avec la vapeur d'eau. Mais il y a une contre-partie à cette apparence de bénéfice, c'est que. pour une même température au réfrigérant, la contre-pression qui s'oppose au mouvement du piston serait alors plus considérable. Tout calcul fait, on reconnaît que ce qu'on gngne d'un côté serait perdu de l'autre plus ou moins intégralement. Il y aurait encore compensation exacte si les deux fluides travaillaient suivant le cycle de Carnot. La dernière combinaison que nous venons d'examiner rentre, au fond, dans la précédente; seulement elle se présente sous une forme différente.
— En résumé, toutes les combinaisons les plus séduisantes pour ti'ouver, en dehors des principes de la thermodynamique, des améliorations économiques aux machines à feu et en particulier aux machinés à vapeur, ne résistent pas à une discussion approfondie.
Ces piincipes ont l'immense avantage d'avertir tout de suite qu'on fait fausse route. Une fois prévenu, on s'aperçoit facilement qu'on n'a envisagé la question que sous une de ses faces; et il devient aisé de retrouver la contre-partie qui annule les avantages espérés.
SV« •. — 1. Choix dei température» extrêmes de fonotlonnement de toute oia- Chine à feu. — 3. Condition» d'un corps travaUleur parfait ~ S. Bxameu critique de l'emploi de la vapeur d'eau comme corps travailleur. — 4. Bxamen critique de remploi de la vapeur de liquides autres que l'eau comme corp« travailleur. Macliines à anuuonlaque et machines à vapeurs mixtei. — 5. k<xamen crilique de l'emploi de t*air conune corps travailleur. ^ 4. BKachine à afr chaud de Stir« liog^. — 7. ISachioe à air chaud d'Bricoson : l«r type. - 8. Machine à air chaud d'Brlocaon : 2* type. — t. Machine à air chaud de Belou. — !•. Avenir des luachines à air chaud en général. ~ 11. Examen critique de l'emploi des mélanges explosifs comme corps travailleurs. — 13. Blachloes à yax de Itenoir, de Mncon et de Otto. ~ IS. Conclusions en faveur de l'emploi de la vapeur d'eau comme corps travailleur; et vues générales sur les améliorations de cet emploi.
M* S^ CIioIjl des iempératnrcs cxiréiiie» de ronctionnement de tonte macbiite Et feu. — Étant admis qu'une machine doit en principe (n*» ôj, sous le rapport économique, réaliser le plus possible un cycle de Carnot, il y a lieu de s'occuper des températures extrêmes à adopter en pratique selon les circonstances.
Dans le cycle de Carnot, comme dans tout cycle réversible en général (n* à,), les sources de chaud et de IVoid avec lesquelles le corps travailleur est mis successivement en contact, sont censées indéfinies.
Pour la source de froid, cette conception se trouve suffisamment réalisée en piatique; car le milieu réfrigérant dont on se sert est toujours ou l'air ambiant ou une grande masse d'eau.
Machines a feu en général.. — n- 6, 175
Au point de vue du rendement calorifique maximum, la température de cette source doit être prise la plus basse possible. Mais, dans les applications, tslle est limitée par celle du fluide rerroidissant dont on dispose; car il n'y aurait aucun avantage à abaisser cette dernière température par un procédé artificiel, qui entraînerait une dépense que ne compenserait jamais le bénéfice résultant audit abaissement. Bien plus, quand la source de froid consiste en une masse d*eau, le corps travailleur n'est jamais refroidi jusqu'à la température de cette masse. La réalisation pratique tant de la mise en contact, par mélange ou par surface intermédiaire^ de l'eau avec ledit corps, que de son renouvellement, exige, en effet, un certain travail qui n'est pas prévu dans le cycle de Carnot. Or ce travail croit avec la quao«* tité employée de liquide refroidissant Dès lors, si Ton gagne d'un côté en rendement calorifique (n* 5,) par l'abaissement de la limite ioférieure de température, on perd, de l'autre, en rendement organique (n"^ 5,) par ledit accroissement de travail ; et il arrive un moment où somme toute le rendement industriel (n*" 5,) diminue, sans compter qu'un trop grand refroidissement du corps travailleur entraîne une augmentation de volume du réfrigérant et de ses annexes, préjudiciable à l'encombrement de l'appareil et à son prix de revient. Aussi, dans les applications, la température la plus basse du corps travailleur est-elle maintenue au-dessus de la température de Teau refroidissante. Eu égard aux valeurs habituelles de cette dernière température, la première demeure en général comprise, pour la vapeur d'eau, entre 35'' et ôO*" comptés de la glace fondante. Mais les considérations (n"" 8 J qui mènent à ces chiffres pour la vapeur en question, montrent qu'ils pourraient être abaissés pour un liquide plus volatil que l'eau, en augmentant le rendement industriel.
— Occupons -nous maintenant de la température delà source de chaud. Ici deux cas se présentent (n» 5J : ou le foyer et le générateur forment deux récipients distincts; ou bien le foyer et le générateur ne forment qu'un seul et même récipient.
Avec la première hypothèse, la source de chaud doit être regardée comme résidant dans les parois du foyer qui communiquent l'action du feu au corps travailleur, et dont la face externe, c'est-à-dire en contact avec ce corps, conserve une température constante pour une activité donnée de combustion. Cette température devrait, pour le mieux, être atteinte par le corps travailleur, et cela jusque dans toute sa masse. Mais la température maxiuiun de ce corps n*a jamais le
\7$ MACHINES Â FEU EN GÉNÉRAL. -^ N* 6, t
temps de s'uniformiser rigourensement. Sa valeur moyenne se trouve dès lors toujours un peu inférieure à la température de la face externe des parois du foyer. 11 n'y a pas possibilité du reste d'entretenir autrement le corps travailleur au degré voulu de température avec une rapidité en harmonie avec la vivacité du jeu de la machine. Toutefois, ce sont là des imperfections théoriques tout à fait négligeables en pratique. En revanche, ladite température de la face des parois du foyer en contact avec le corps travailleur, devrait, ponr accrottre (n* 5J le rendement calorifique maximum; différer le moins possible de celle du foyer. Cette dernière, à son tour, devrait être égale au plus haut degré réalisable par la combustion. Mais en par^lles conjonctures, les gaz chauds de la combustion n'auraient pas le temps de se dépouiller suffisamment de leur chaleur sensible, et s'échapperaient dans Tatmosphère à une tempét*atare d'autant plus élevée que l'on s'approcherait davantage de ce degré supérieur. H en résulterait dans Vutilisaiion du combustible (n*" 6^) elle-même, une réduction annulant et au delà le bénéfice provenant de l'élévation de la température du corps travailleur. Du reste, cette utilisation ne saurait jamais être complète avec un générateur distinct du foyer; car l'obligation de laisser échapper à l'air libre les produits de la combustion, fait que V utilisation maximum du eombu$tille correspond au cas où là température d'échappement esc égale à celle de l'intérieur du générateur. — A ce point de vue, il y a lieu de remarquer qu'il existe une température supérieure de la substance motrice donnant la plus haute valeur que puisse atteindre le maximum du rendement calorifique dans le cas d'un générateur distinct du foyer, c est-à-dire donnant le maximum maatimorum de ce rendement. En effet, désignons par :
N Le nombre de calories qu*un kilogramme de combustible est apte à dégager par sa combuarion ;
P Le poiiia des gax de cette combusiion s'échappent de la cheminée à la température i, qiif, d*aprè8 ce que nous venons de dire^ doit être égale â la température supérieure du corps travail leur ;
C La capacité calorifique deadits gaa soua pression constante.
La quantité de chaleur transmise par le combustible au générateur et, par suite, au corps travailleur, sera de la forme (N — PC'l), en supposant, pour simplifier, que Tair et le combustible soient introduits à 0"* dans le foyer. Or le rendement calorifique maximum de toute quantité de chaleur utilisée suivant un cycle de Carnot, est
égal (n" 6 J à .* . Donc la plus haute valeur que puisse prendre
HAGBINES A. riC EM GâNlRAL. - N«> S| «77
le maxiamm da rendemeiit calorifique, aéra doonée, âans nos bypo*
thèses, par le maximum de l'expression (N — PC'O ^^ ~ * . On peut
résoudre cette question élémentairement par la méthode des équations du second d^ré (*). On trouve ainsi :
Pour passer aux valeurs numériques, on supposera par exemple que le combustible employé soit une houille de bonne qualité, dont la combustion développe 7. 500 calories par kilogramme, et demande j3m.eiib. j'j^jp fj.Qjj pesant 1*«,3 environ par mètre cube. On admettra en outre que la capacité calorifique C de la fumée soit sensiblement égale à celle de Tair, soit à 0*'',2375 (III, n" 3 J . On aura ainsi :
PC "" (1 + 1,3x18)0,2375 "" 5,795 "" '
SoÎTant qu'on supposera t^ = àO"* ou lô"", ce qui correspond à des macbiiies ayçc condensation ou avec échappement dans l'atmo^ sphère, ou trouvera :
(*) Il suffit pour cela d'égaler Texpresslon précédente à une indéterminée y, et de chercher les va leurs-II mites «le cette indéterminée quidonneot des valeurs réelles pour les racines de Téquation résolue par rapport à /. On a ainsi ;
(N-PC7)^^^:î=y, soit PC'<«-(NH-PC^I,-yy+273y + N^i = 0.
D'où z
N + PC^t - y ± \/(N 4 P0'/| - y;« - 4PC^(273y + N^j
Voyons ee que doil être y pour que la quantité sous le radical soit poslUve, et par suite pour que ce radical sott réel. Cette quantité peut a'écrire :
y« — 2[(N H- PC'^O + aPC'x273]y + (N + PC'«» - 4PC'N/i.
Or les valeurs de y capables de rendra positive la quantité préoédente, sont comprises entre les deux ra<*ines de l'équation obtenue en égalant celle quantité à 0^ suit entre les deux valeurs renfermées dans Texpresdlon double :
N + PC7i + 2PC' X ?73 ±i V^(N + iV/i + ïPC X ZV4)^ - (N + PC'ri)«+ 4PC'Nfj.
Donc le maximum de y correspond à la plus petite des deux valeurs en question. Cette valeur, introduite df>m l'expression d-Uessiis ée i, donne« en remaxquant que le radical de cette expression s'annule :
4 y 2(N + Pgti -f PC' X 2:3)^?P(y X 273) + 4P(/i>7|
/=c-273+v^(1.294+273)(273+40)=-273+ v/*-567x3i3=-273'+700*=427' OU :
Cette température (, comprise entre àOO et 427, est donc celle que théoriquement il n'y aurait pas lieu de dépasser dans les générateurs formant un récipient distinct du foyer.
Mais, par ailleurs, il importe de remarquer que le rendement calorifique maximum ~ * est loin d'être proportionnel à la limile
supérieure de température / du corps travailleur, et qu'à partir d'un certain point il croît très-lentement. Pour s'en convaincre, il suffit de se reporter au tableau suivant, dressé en donnant à /, la valeur moyenne de hO^ usitée dans les machines à vapeur, et en faisant varier ( de 40 à 700^
TEMPÉRATURE
TEMPÉRATURE
REIC DEMENT
ACCR0I8J>KME!«T
inférienre
supérieure
calorifique inaximnBi
caioriflqne pour des
da eorps tnruUenr
da corps traTaill«iir
t—ti
aQgmoDUtioDsdelOO-
delalimitesupérienn/ des températares.
ii- =0,000
ai3
Id.
IW
id.
Id.
aoo»
iT3='>'*'^
Id.
Id.
Id.
Id.
9lâ=«'«^'»
Ce tableau, nous ne saurions trop le répéter, est tout à fait indépendant de la nature du corps travailleur. Il montre que pour une même augmentation de 100* de la limite supérieure des températures
MACHINES A FEU EN GÉNÉRAL. — N' 6j 179
du corps, le rendement gagne de moins en moins à mesure que cette limite croît.
Les calculs et le tableau qui précèdent indiquent qu'avec les générateurs distincts du foyer, il n'y a pas théoriquement à se préoccuper d'atteindre, pour le corps travailleur, des températures dépassant 400*. D autre part, il y a une limite pour la température que sont aptes à supporter, sans s'altérer ni perdre de leur solidité, les matériaux du foyer et du générateur, aussi bien que le métal dont est composé le récipient où fonctionne ledit corps.
Ainsi à 5U0*. point où commence à apparaître la chaleur rouge, tous les métaux connus jusqu'à ce jour s'altèrent rapidement par oxydation au contact de l'air, et ne présentent plus la consistance voulue pour résister aux efforts qu'ils ont à supporter. Déjà à 400* les phénomènes d'altération des pièces des machines seraient notables. En outre, les matières grasses nécessaires pour adoucir les frottements de ces pièces, seraient volatilisées ou carbonisées. Sans compter qu'à partir de '250", l'huile et le suif entrent en ébuUition, et perdent une partie de leurs propriétés lubrifiantes, ce qui a même lieu en présence de la vapeur d'eau sèche dès 170"*. Dans de pareilles conditions, les portages se feraient à sec, ce qui engendrerait bien vite de profondes grippures. Toutefois, on ne saurait affirmer qu'à ces diverses difficultés on ne trouvera pas de remèdes. Rien ne dit, par exemple, qu'on ne parviendra pas à rendre les métaux actuels plus résistants et moins oxydables, ou à en découvrir d'autres remplissant de pareilles conditions. On peut supposer aussi que l'on arrivera à remplacer les matières grasses par des substances onctueuses résistant à la chaleur, ou par des substances fixes comme la plombagine. Toutefois, après les améliorations supposées, il resterait encore à se demander si les pertes de calorique par rayonnement n'absorberaient pas bientôt l'augmentation due à la surélévation de température. Ces pertes par rayonnement sont en outre à prendre en considération, surtout à bord des navires, au point de vue de la nécessité de ne pas atteindre dans les chambres de chauffe des températures intolérables pour les mécaniciens.
— Examinons maintenant le deuxième cas énoncé ci-dessus, où le foyer et le générateur ne forment qu'un seul et même récipient.
Théoriquement 9 nen ne s'oppose ici àce qu'on réalise la température maximum due à la combustion , et à ce qu'on incorpore dans le corps travailleur toute la chaleur que renferme le combustible. Mais pra-
180 MÂCSINES A fEXÏ EN GÉBOÈRAL. — N^ ^
tiquemmi on esi arrêté par les mêmes erasîdiffalioiie que cl-des6u&
C'est pourquoi l'on est obligé d'introduire dans le réeipîetti en question bea«ieott[> plos. d'air ^*il a'esi. nécessaire à kLeombuation, ainsi que cela se pcéseote avec les machines Belou et atec lea machines à gj»z (n"" Q^^tk). On est même£arcé« avec ces deroLères machines* de. refroidir ce récipient^ qui du reste sert, là en siëme temps de cylindire, par de l'eaa eirculaat à l'extérieur» et aa beaoîu injectée es. trës-pelite quantité à son intériemr.
— En résumé, la théorie méeafiiqiiede la. ckakw moatee clairemeBt ce qu'on aurait; k gagner a¥«e des températures, de plus en plus hautes* Mais il y a des limites qui sfiiit imiposée» pw des poiois de vue particuliers autres» que des ceaditicus thermodynamiques^
Dans la pratique, U fâmt abaisser au-dessous de kfiOf" û limite s«kpérieure de température du eef ps travaill^iir. C'est vers 200° que l'enseuihle des points de vue ei) question e^aduiraii à fiier cette limiter abstraetioo faite du corps que» YoiSk veut employer comme agent moteur; car eelui-ei peut de sa natore exij;er un abaissement spécial de k limite, comime aouâ le verrons au n*" 6, pour la vapeur d'eau en particuliev.
Ajoutons que dans le cas où le générateur est distinci du foyer, la température ile H0O^, qui devient alors ta limite iniérieare de la température des produits delà combustion dans la cheminée, oflre aceessoiremefit l' avantage de permettre a» loyer de fonctionner daas les meilletti*ea eonditioos de tirage»
Le corps travailleur n'a en principe fu* ^^ aucune influeDce sur le reodemefti cabrîûque maximmu. Dès lors, le choix, de ce corps doit être dirigé par la facilité de se le procurer» et d'obtenir son échauffement et son refroidissement successifs daus les conditions les plos écoQomiques, en Lui faisant d'ailleara décrire le plus possible un cyde de Carnot. C'est ajosi que pour travailler au milieu des forêts et kin de toute source d'eau, les oiachioes à air s'offirent naturellement comme les pins avantageuses. Au coatraire« dans les villes t industrie en chambre trouve tout avantage à emploj'er des machiner à gaz pour les petites forces..
Toutes choses égales d'ailleurs, il ressent du n*" 5, coordonné avec le XL'' 6, qu'un corps travailleur pariait devrait satisfaire aux conditions sauvantes.
Connnioii 1. — Pouvcmr prendre la température maximnm de
Machines a feu en général. — x* e, isi
300", sans qa*il en résulte des pressions assez fortes pour augmenter au delà d'une certaine mesure les chances d'accident, compro* mettre Tétancbëité des joints, et forcer à donner trop d'épaisseur aux parois des récipients où le corps doit s* échauffer et fonctionner. Incidemment permettre de rapprocher le plus possible la température du réfrigérant decelle du fluide refroidisssmt dont on dispose, sans qu'il s'ensuive plus de perte que de gain }K)ur le rendement industriel (n"" 6,) .
GoNDiiioN II. — Ne pas brûler ni décomposer à de hautes températures les garnitures et les matières employées au graissage ; contribuer même par sa nature onctueuse à la lubrification des organes mobiles en contact avec lui.
Condition III. — Jouir d'une certaine innocuité pour la santé des hommes appelés à la conduite de l'appareil. Ne pas exposer à des chances d'explosion et d*incendié inhérentes à sa nature même ; enfin être d'un maniement facile et d'un prix de revient peu élevé ou nul.
Condition IV. — Ne pas exiger une machine trop encombrante pour produire par coup de piston un travail donné suivant un cycle de Garnot. Cette condition dépend des volumes afférents tant au générateur, y compris ses organes d'alimentation, qu'au cylindre et au réfrigérant avec ses annexes. Tous ces éléments varient non-seulement avec la nature de la substance motrice, mais encore avec la masse qu'on en emploie (n» 4,,) pour décrire le cycle de Carnot entre deux valeurs données pour les températures extrêmes de fonctionnement. — Dans tous les cas, la diminuticm de l'encombrement est très 'importante d'une manière générale comme coût et comme facilité d'emplacement de l'appareil. De plus, en ce qui concerne le cylindre en particulier, cette diminution améliore le rendenient organique (n* 5,j; cai*, toutes choses égales d'ailleurs, le piston moteur ayant alors un diamètre et une course moindres, le travail engendré par le frottement de cet organe décroit d'autant. D'ailleurs, bien que, théoriquement parlant, ce travail n'affecte point le rendement in* dustriel (n* 3,), c'est de lui que dépendent l'usure et les grippements des parois du cylindre. D'un autre côté, si une partie de la diminution particulière dont il s'agit provient d'iine moindre étendue de la détente correspondant au cycle de Garnot, il s'ensuit des écarts plus restreints entre les variations de la force motrice relatives à chaque cou p de piston , circonstance favorable à la régularité de la rotation et à l'utilisation des organes de transmission de mouvement (n"" 19 J.
Condition V. — Donner peu ou point lieu à des fuites par les joints
du générateur et ceux du cylindre, d'une part, et par les garnitures de l'organe moteur et les portages des pièces de distribution, d'auti'e part. Ces fuites dépendent naturellement tant de la subtilité du corps que des différences entre les pressions au générateur et au cylindre, et entre les tensions de l'extérieur et du réfrigérant.
Condition VI. — Restreindre au minimum les diverses sortes de refroidissements intérieurs du cylindre dus à la non-imperméabilité de ses parois à la chaleur (n* 8 J , et d'où résulte toujours la perte sèche d'une portion plus ou moins notable de la chaleur fournie par le générateur. — De plus, se prêter au parcours du cycle de Gamot, sans que d'ailleurs la perte en question devienne telle, quand elle existe, que le bénéfice dû à la perfection proprement dite {n'* Aj,) du cycle soit annulé b'en avant qu'on ait atteint le degré de détente relatif audit cycfe.
Condition VII. — Permettre la réduction au minimum de toutes les causes de déperdition, pour la plupart secondaires, provenant du mode de retour du corps travailleur au générateur, des chutes de pression du générateur au cylindre, et du cylindre au réfrigérant, des espaces neutres, de la régulation des organes de distribution, etc.
Condition VIII. — Offrir la possibilité d'obtenir une pression régulière au générateur, aussi bien pendant la marche qu'au moment des arrêts et des manœuvres.
Il n'existe pas, ou du moins on ne connatt pas encore de corps satisfaisant complètement à l'ensemble des conditions ci-dessus. La découverte qu'on en ferait constituerait assurément le plus (frand perfeetionnevient dont les machines thermiques soient susceptibles.
Nous allons examiner les diverses substances employées jusqu'ici dans ces machines; et nous montrerons comment aucune d'elles ne remplit à la fois toutes les conditions voulue-s. Dès lors il faudra, en l'état, conclure en faveur de la substance avec laquelle il y a possibilité de satisfaire au plus grand nombre de ces conditions, en se rapprochant d'ailleurs convenablement des autres.
IV* e, Bxaiiieii critique de remploi de la Tapeur d'eaa eoMiine corps traTaillenr. — La vapeur d'eau saturée satisfait aux conditions III, VII et VIII d'un corps travailleur parfait (n* (?,). Mais, tout en remplissant convenablement la -deuxième partie de la condition I, elle ne se prête pas à la réalisation de la première partie de cette condition. On voit, en effet, dans les tables de tensions de cette vapeur, que dès 195* la pression atteint ià atmosphères, nombrequinesaurait être dépassé sansentrainer les premiers
inconvénients signalés à propos de la condition qui nous occupe. -^ En ce qui conoerne la condition II, dès que la vapeur atteint Idô* à IJO"", soit 7 à 8*' absolues, les graisses, sous l'action de sa chaleur sèche^ cessent d'être efficaces (n'* 6J. Les locomotives ne parviennent à fonctionner à 9""^ qu'en employant de la vapeur extrêmement aqueuse, au très-grand détriment de l'économie du combustible (n*" 8 J .
De même, la vapeur d'eau ne remplit qu'imparfaitement la condition IV, sous les trois points de vue du générateur, du réfrigérant et du cylindre. En ce qui concerne ce dernier, il devrait être monstrueux pour la réalisation du cycle de Carnot, puisque la détente relative à ce cycle peut valoir 51 fois le volume d'introduction, ainsi que cela se présente dans Texemple du n"" 5,. Mais, comuie il a été dit à propos de cet exemple, eu égard à la forme de Yadiabatique d'expansion, le diagramme est si aplati du côté de la fin de course du piston qu'on peut (n* 8,) en retrancher de ce côté une trèsgrande longueur, en diminuant d'autant la détente, sans qu'il en résulte une diminution notable de l'aire et par suite du travail relatif à ce diagramme. Ce retranchement, opéré dans une mesure convenable, est même nécessaire pour améliorer (n** 9,) le rendement industriel ; car il arrive un moment où la plus grande partie du travail moteur est absorbée par les résistances passives.
La vapeur d'eau ne satisfait qu'imparfaitement à la condition V. Bien que, sauf le cas d*une forte surchauiTe, elle ne soit pas très* subtile, la grande différence de tension qui existe entre la source dç chaud et celle de froid avec l'emploi des hautes pressions, a une influence considérable sur les fuites au condenseur par les pistons et les tiroirs. — Quant à la condition VI, la vapeur d'eau ne s'y prête que très-incomplétement, à caube des pei tes par refroidissement intérieur des cylindres signalées dans cette condition, et auxquelles elle peut donner lieu (n* 8 J dans une importante mesure avec une détente étendue et un certain degré d'humidité. — L'emploi des chemises de vapeur (n* 9J ainsi que du système Woolf (n** 14,) a justement pour but d'atténuer ces pertes, ainsi, du reste, au moins pour le système Woolf, que les fuites de seconde espèce indiquées dans la condition V. Toutefois l'atténuation desdites pertes, obtenue de la sorte, n'est que partielle; et l'expérience semble prouver que pour chaque limite supérieure de température employée, il existe un degré de détente croissant avec cette limite, mais dans tous les cas bien au-dessous de celui correspondant au cycle de Carnot, qu'où ne peut franchii* sans
184 MâCHII^ËS a feu EN GÉNÉRAL. -^ N* 6»
dimintier le rendement spécifique (n" 5J. En outre, au-dessous de ce degré jusqu'à une diminution plus ou moins notable de sa Yaleur, il ne se produit qu'une modification insensible dudit rendement.
Eu égard à la restriction de la détente et nu mode d'alimentation du générateur, qui difl^re totalement de celui inhérent au cycle de Garnot, et eu égard aussi à l'ensemble des autres circonstances secondaires de la condition YII, étudiées en détail au n* 8, pour la vapeur d'eau, le cycle, du reste fictif (n'' A, J des machines à vapeur s'écarte en plusieurs points du cycle de Carnot (n^* 8, et 128,1,), et se ti*ouve figuré en fait par une sorte de pentagone curviligne, tel que ftc/JTp, fig. 13, ayant d'ailleurs ses angles arrondis. Au surplus, les écarts dus aux dernières causes en question ont peu ou point de portée. Il n'y a en définitive de saillant que : l*" la déformation provenant du remplacement de la deuxième adiabatique, c'est-à-dire de l'adiabattque de la période d'alimentation , par une ligne de volume eonstani, représentant le saut dans le cylindre de la pression d'évacuation à la pression d'introduction-, 2* la dérormation due à la restriciion de la détente, et qui consiste dans le remplacement de presque toute la partie basse de la première adiabaîique du cycle par une droite parallèle aux axes des y représentant une ligne de volume eonstanty sans toutefois, d'après ce qui a été dit ci-dessus, qu'il s'ensuive une réduction importante du travail produit, au moins avec les expansions actuelle, ment adoptées. Par ailleurs, la portion conservée de ladite adiabati* que est remplacée par une courbe de détente pratique (III, n* 4,). Ce remplacement ne produit, en ce qui le concerne, qu'une déformation modérée du diagramme du cycle, due surtout aux phénomènes qui résultent de l'intervention calorifique inévitable (n* 8J des parois de cylindre ; îl constitue du reste la principale déformation que ces phénomènes produisent. D'autre part, ce diagramme n'est que peu ou point affecté par les fuites de toutes sortes au cylindre ainsi que par les refroidissements extérieurs de ces récipients , à moins que ces circonstances ne prennent des proportions excessives. Enfin, il ne diffère (n* â„) de la courbe d'indicateur que par la partie de surface correspondant à l'alimentation, et qui est du reste négligeable. — Toutefois les développements précédents ne fournissent de i-enseigr^ements que sur la valeur apparente du cycle (n« 4^,). Pour être fixé sur sa valeur réelle, il faut considéi-er, en outre de ladite valet r apparente, le rendement calorifique, ou bien encore le rendement spécifique tout seul, comme nous allons le faire dans un instant.
MACHINES EL f £0 EN <ÏËNtiRAL. — N* €, <«5
Dans les machines à sapeur «ctnelles 1e$ fim férfôetiatmées, la presskm atteint 6*' albsolms ai» chanNliërea, ce qm ccn^resfMNiâ à one température de 1&9*^ la détente effecthpe Tsait 9 i 1^ fois le volame d'întroductâoii ; eofin la omdensaitîM s'opènç par sarâwce à la teiBpérature de iO* À M*. De sm oôlé, la «oasemmatîoii de charbon par heure et par che^ iniifmi de 76^, neéépasse pas 9\7M (n*" ôj mr (€s ptf f ofM et l'v sur 4'^r6r«. 11 importe de noter que ce dernier chiffre est justement cékn qoe réalisent éepuis Ipi^ues années les machines de Gomouaiïles ; nais cette réalisation est due ici surtout à TexceU lent mode de comb<Q9tion et & la «qnalité des charbons employés.
Ai^ec le chiffre ^JbQ^ on trouTC (n" ê^^^) un rendtment csieirffiquefttl de 0,17, et un rendement êpédfique de 0,62, abstraction bâte de î influence du ^ërateur. — La fraction 0,02 permet d'apprécier le degré d'efficacité des machines en question, c^est-à-dire le degré de perfection réélit de leur cycle.
Le rendemetii tahfrifiqne metximnm "vant ici (n» 6,) 0,28. Dès lors la peHeimlabk de chaleur (n* 6,) est égale i 0,28— 0,17 = 0,H. La perte fortèe^e chaleur atteint de son côté 1 — 0,28 = 0,72; elle provient du caloriqtre que la vapeur est nb^Uument t»bligée d'abandonner au condenseur pour ijuil y ait cjcfe. Nous examinerons en <létaîl au n* 8,^e d'où proTîent la perte évitable de chaleur dans les machines dont il s'agit. Nouspau\"ons dire d^i présent que la cause principale gtt dans l'intervention calorifique précitée des parois du cylindre, et que Timperfection apparente ou proprement diie (n* 4^,) du cyde ne joue qu' un rôle secondaire, grâce aux bonnes conditions de détente de ces machines. — Nous ajouterons que leur rendement organique ne vaut guère pkis tle 0,75 , à cause de la multiplicité des organes inhérents à la condensation par sur&ce. De son cdté, l'encombre-* ment total ne dépasse pas 0^**-,4 par cheval de 75** snr les pistons.
Il importe de rappeler (n^ 5,.i,) que, dans les machines à vapeur médiocres sous le rapport économique, le rendement calorifique réel tombe à 0,00, et le rendement spécifique à 0,80, pour un rendement calorifique maximum de 0,20. Ici l'imperfection proprement dite du cycle a une influence non moins grande que les fuites et reProidissements aux cylindres; et la somme de ces effets, c'est-à-dire la perte Mîabie^ y atteint la proportion de 0,20—0,06=0,14 de la d&aleur dépensée, proportion qui est considérable par rapport au quantum 0^10 de cette chaleur, qu'un fonctionnement parfait permettrait de transformer en travail.
iK6 MACHINES A FEU EN GENERAL. -* N« 6^
— La voptur surchauffée parait, au premier abord, offrir les mêmes qualités que la vapeur saturée, et en outre posséder la propriété de restreindre les infériorités d'avantages que cette dernière vapeur présente en ce qui concerne l'élévation de températui*e exigée par la condition I du n"* 6,. Mais en allant au fond des choses, on se rend compte (n"" 9,) que le rendement spécifique est fort peu augmenté par le surchauffage. D'abord, si les parois du cylindre ne sont pas réchauffées extérieurement, et se trouvent dès lors notablement refroidies (n** 8^) au moment de chaque bout de course, la surchauffe, à moins qu elle ne ^t extrêmement élevée, disparait aussitôt que la vapeur pénètre dans le cylindre; et Ton est ramené à un fonctionnement avec de la vapeur saturée. En second lieu, dans l'hyijothëse du maintien de la surchauffe à l'intérieur du cylindre, le cycle de (^arnot se trouve sensiblement affecté (n'^A,,) pendant la première évolution du corps travailleur; car, d'après la manière dont il est possible de produire le surchauffage, la ligne de transformation de volume et de pression correspondant à la période d'introduction, n'est pas ici, comme l'exige ledit cycle, une isolhermique. D'ailleurs, si d'une manière ou d'une autr^, on parvient à fonctionner avec une surchauffe élevée, on s'expose à l'inconvénient de s'écarter des conditions II et V, en ce sens que le fonctionnement avec une vapeur très-sèche rend, d* une paît, les froMements plus durs, et compromet le graissage ainsi que le bon état des garnitures; et que, d'autre part, il augmente les fuites, à cause de l'accroissement de subtilité du fluide. C'est pour ces motifs qu on se borne aujourd'hui à un simple réchauffage, qui vient s'associer aux autres mesures prises pour se rapprocher de la condition VI, en diminuant la quantité d'eau qui tend à se déposer dans les cylindres, à chaque période d'introduction.
m* o^ K!iLaineii critique de l'emploi de la Tapeur de liquides autres que l'eau comme corps iravaillear. Maciiines à ammoniaque et maeiiines A wapeurs mi&tes. — Les vapeurs des liquides autres que teau^ sont soumises aux mêmes n strictions que la vapeur d'eau. Elles ont, en outre, contre elles le grave inconvénient de s'écarter plus ou moins complètement de la condition 111 du n*' 6,. De son côté, la première partie de la condition I y est plus mal reuiplie qu'avec la vapeur d'eau, si le liquide est irès-volatil, taudis qu'au contraire la deuxième partie peut être mieux satisfaite. D'autre part, la condition IV est susceptible d'une meilleure réalisation, au moins en ce qui concerne
le volume du cylindre (n* à,,) , si le liquide joint à une grande volatilité la propriété d'avoir une vapeur très-dense. Enfin la condition VI se prête aussi à une meilleure réalisation, si la vapeur employée est de celles qui ne se condensent pas en se détendant (n'» 7 J.
Dans le genre qui nous occupe, il n'y a eu d'essayées jusqu'ici que Us machines à gaz ammoniaque diss(ms dans feau^ dont nous avons parlé au n* 5^. Le cycle de ces machines est de même espèce que celui des machines à vapeur d'eau ordinaire. — Les expériences comparatives faites sur la même machine alimentée successivement avec de la vapeur d'eau ou avec du gaz en question, ont donné 50 p. 100 d'économie en faveur de ce gaz. Mais la consommation considérable de combustible (A^ par cheval indiqué et par heure) trouvée dans les essais avec la vapeur d'eau, prouve que la machine essayée fonctionnait dans des conditions déplorables, dont les inconvénients étdent plus sensibles pour ladite vapeur que pour l'ammoniaque. Et en effet, cette dernière substance, employée depuis dans des machines bien réglées, n'a pas exigé moins de 2''s,85 ou de 3^<,11 de charbon par cheval de 75'", sur les pistons ou sur l'arbre. — Comme ces machines fonctionnaient entre 118° et AO*, leur rendement calorifique 118— AO 273 + 118' ment calorifique réel, avec la consommation de 2^^,85, était égal (n"" 5,)
75^*" X 3 600*^* ^ A26-X2/3 de 7:5oo«..x2>«.85 = ^'"^^'^^P"^"'^^-("'^«^'^""''
rendement spécifique atteignait * = 0,22, chiffre qui est loin d'être
brillant. — Quant à leur rendement organique^ il est le même que celui des machines à vapeur ordinaires avec condenseur à surface.
En somme, l'usage des machines à ammoniaque ne s'est pas répandu depuis 1867, époque de l'inauguration du système et de la construction de quelques locomobiles du genre pour le compte de la marine militaire. — Outre leur manque de supériorité économique sur les machines à vapeur d'eau, les locomobiles en question ont révélé que le système offre certains inconvénients à cause de l'influence des matières provenant du graissage sur le liquide de la chaudière, et conséquemment sur les ébullitioos tumultueuses et les projections. Ces inconvénients se manifestent dans tous les appareils fonctionnant avec des condenseurs à surface. Seulement ils sont ici beaucoup plus irrémédiables; car on ne peut, tant au point de vue du coût de l'ammonia-
maximum valait (n°6g) ^^^ ^^^^ = 0,20. D'ailleurs, leur rende-
que que des dangers de son maniement, aToîr recours à des extractions assez fréquentes pour renouveler suffisamment le liquide de la chaudière.— D'ailleurs l'ammoniaque est l'ennemi du cuivre et du bronze. Il s'ensuit que le système qui nous occupe exige que tous les organes appelés à se trouver en contact avec le liquide ammoniacal ou avec sa vapeur, soient confectionnés en fer ou en fonte, ce qui ne laisse pas que de présenter des difficultés de fabrication. — En revanche, on a constaté sur toutes les machines construites que l'ammoniaque assure la conservation indéfinie du fer. Ainsi les parois intérieures des chaudières demeurent tout à fait intactes; et le portage des surfaces frottantes dans le cylindre moteur et aux tiroirs, s'améliore de plus en plus avec la durée du fonctionnement. Ces précieux avantages sont si marqués qu'il y aurait certainement lieu d'étudier la question de savoir si la présence 4*une faible quantité d'ammoniaque dans l'eau des chaudières des machines à vapeur ordinaires, ne suffirait pas pour produire les remarquables effets dont il s'agit. En pareil cas, il ne faudrait pas hésiter à remplacer dans lesdites machines le bronze par la fonte et le fer, partout où il serait nécessaire.
— Le système des vapeurs mixtes ou combinées (n"" 5^ «t 9 ) est sujet aux critiques qui précèdent immédiatement en ce qui concerne les vapeurs étrangères qu'on substitue à la vapeur d'eau. Toutefois, il offre aussi l'avantage de pouvoir mieux satisfaire à la deuxième partie de la condition I et àla condition IV, par un choix convenable du liquide auxiliaire. Malheureusement, l'économie d'encombrement ainsi obtenue ^t plus que compensée par l'obligation d'introduire un deuxième condenseur à surface avec les organes subsidiaires qu'il comporte.
Le liquide auxiliaire qui a été le plus emploj^é jusqu'ici est l'élher sulfurique. Ce liquide bout à 38° sous la pression atmosphérique. En d'autres termes, à cette température, la pression de sa vapeur vaut !■'. Son calorique latent de vaporisation est de 133 cal. par kilogramme.
M. Dutrembley a été le plus actif préconiseur de l'application de l'éther aux machines à vapeurs mixtes. Il a étudié tout ce qui touche à la question avec le plus grand soin, et a résumé ses recherches dans le Manuel du conducteur des machines à vapeurs combinées, publié à Lyon en 1850. Les appareils construits d'après ses indications, et qu'on appelait, à cause de lui, les machines du système Dutrembley, ont eu une très-grande vogue pour la navigation il y a une dizaine d'années. Outre leur application sur plusieurs porteurs desservant les rives de la Seine, ces machines avaient été adoptées, vers 1858,
par une grande compagnie de navigation de Marseille, la compagnie Arnaud et Touache, pour huit de ses navires, parmi lesquels nous citerons île Dutrembley^ de 70 chevaux; la France (incendiée en Amérique) et le BrésiU de 300 chevaux; la Ville de Lyon et tAmérique, de AOO chevaux.
Les appareils dont il s'agit fonctionnaient dans les conditions
suivantes :
I Pression absolue aux chaudières. . . . 2"S0O
Température id 120"
Pression absolue au condenseur. . . . 0-S80
Température id 70"
I Pression absolue an vaporisateur. . . • 1"*J5
Température id 62-
Pression absolue au condenseur. . . . 0*S57
Température id 20«
La détente à chaque cylindre était d'environ 1 fois 1/2 le volume d'introduction ; en sorte que chaque vapeur décrivait un cycle très-imparfait de Camot. Enfin, la consommation par heure et par cheval de Tô""" s'élevait à 2^« sur les pistons et à 2''«,7 sur Yarbre^ en comptant 0''«,25 pour représenter en charbon le coût des déperditions d'éther. Il nous reste à ajouter que le cycle propre à chaque cylindre était analogue au cycle habituel des machines à vapeur ordinaires. D'après les données précédentes, le rendement calorifique maxi-
mum de la vapeur d'eau serait ici égal (n* ô^j à = 0,13 ;
et celui de la vapeur d'éther à ^^ = 0,10. Le rendement
calorifique maxbnum de tout l'appareil vaudrait = 0,25.
Ce nombre est supérieur à la somme 0,13 + 0,10 = 0,23 des deux rendements précédents, tandis qu'il devrait lui être un peu inférieur, s'il n'y avait pas eu de chute de température entre les deux cycles partiels. -^ Quant au rendement calorifique réelj il est
75^*" y^ 3 600***" égal (n- 5.) à ^^5.., ^2/3 de 7.600- x2^« = ^'^^* ' '' '^^""^ divisépar le nombre 0,25 ci-dessus, donne tout de suite, pour le
rendement spécifique (n" 5,), J ,^, = 0,26.
Ce dernier rendement est extrêmement médiocre vis-à-vis de celui des machines à vapeur d^es^u actuelles les plus économiques. Il indique l'inaperfection proprement dite(n* 4^,) des cycles employés, en accusant en même temps des pertes de chaleur dues aux fuites et aux re-
190 Machines a fëu en général. -- n« 6^
froidissements à Tintérieur des cylindres. Mais comparativement aux machines à vapeur ordinaires de l'époque, il dénotait un léger avantage en faveur du système. On aurait donc pu, en lui appliquant les mêmes améliorations que celles qui ont été réalisées sur lesdites naachines depuis quinze ans, maintenir cet avantage. Nous allons voir pourquoi on ne Ta pas tenté. Disons auparavant que, eu égard à la multiplicité des organes due à remploi de la condensation par surface, les machines à vapeur mixtes ne sauraient avoir un rendement organique {n"* 6,) dépassant 0,75 dans les meilleures conditions de mécanisme. Au bout de quelques années d'expérience, la compagnie Arnaud et Touache a renoncé complètement au système à étber, et en est revenue à l'usage exclusif de la vapeur d'eau. A quoi attribuer cet échec, après une tentative poussée si loin et que de premiers succès auraient dû encourager? Nos propres informations auprès de l'ingénieur de la compagnie nous ont fait connaître les raisons suivantes : 1* Le prix d'achat des machines à éther est relativement élevé, particulièrement à cause des perfections de détail exigées pour l'emploi de cette substance. — 2* Le bénéfice définitif est presque nul à cause des incessantes réparations des condenseurs, qui absorbent à peu près les économies résultant de la supériorité du rendement calorifique réalisable. — S"" n y a impossibilité presque absolue de condenser l'éther et par suite de fonctionner dans les pays chauds, à cause de la haule température de l'eau prise à la mer pour opérer cette condensation. — De son côté, la marine de l'État s est préoccupée d'étudier pour son propre usage les machines à vapeurs mixtes. L'aviso le Galilée a été affecté à des expériences destinées à ces études.
On a tout de suite, dans ces expériences, rejeté l'usage de l'éther. Ce liquide étant très-subtil donne lieu à des fuites continuelles et inspire des craintes d'incendie, dont les conséquences sont toujours de la plus grande gravité sur les bâtiments de guerre, à cause des soutes aux poudres. — M. Lafond, officier de marine, avait alors proposé de substituer à l'éther soit le chloroforme, soit l'esprit de bois (alcool méthylique). — Le chloroforme a l'avantage de se condenser et de se vaporiser avec la plus grande rapidité ; mais il agit activement sur l'économie animale, et pourrait, en cas de fuite, asphyxier les mécaniciens sans révéler sa présence par une odeur assez forte. — L'esprit de bois réduit en vapeur n'influe pas sur la santé des chauffeurs; seulement, quand il y en a beaucoup de répandu, ils éprouvent de petits picotements sur les bords des pan-
pières. Au surplus, il est très-bon marché et d'une grande solubilité dans Teau, ce qui est un avantage majeur en cas d'incendie.
Les résultats économiques obtenus avec les substances précédentes n'ont pas été assez tranchés, surtout eu égard aux inconvénients divers qu'entraîne l'emploi de ces substances, pour faire prendre en considération sérieuse l'application du système à vapeurs mixtes; et les essais du Galilée en sont restés là.
IV'' Hg. Kxamen critique de l'emploi de l'air comme corpc travailleiir. — L'air atmosphérique remplit les conditions I et IIF (n* 6,) d'un corps travailleur parfait. Il remplit aussi la condition importante VI, ce qui lui donne de ce chef un grand avantage sur la vapeur d'eau.
Mais employé à la température-limite de SOC", il satisfait très-mal à la condition II, eu égard à ce qui a été dit au n"* 6^ pour les matières lubrifiantes actuellement connues soumises à des températures élevées. — Il ne se prête pas non plus à la condition IV. Le générateur peut n'exiger, il e^t vrai, qu'un volume trés-restreint, et être plus petit qu'avec tout autre corps travailleur, en faisant du foyer et du générateur un seul et même récipient, et en employant pour substance motriceles produits de la combustion, comme dans les machines Belou (n* 6,). De son côté, le réfrigérant ne comporte aucun récipient, puisqu'il ne peut être formé que de l'atmosphère. Mais, d*une part, le système d'alimentation nécessité par un cycle de Carnot est ici très-volumineux; et, d'autre part, le cylindre moteur doit alors avoir (les proportions considérables, à cause de la forme (n*" A,,) du diagramme relatif audit cycle, lorsque le corps travailleur est un gaz, surtout si la pression du fluide d'alimentation à son entrée dans le générateur n'est pas portée jusqu'à à et 5'^ Dans cette dernière hypothèse, l'encombrement total d'une machine à air parfaite, pourrait être comparable à celui d'une machine à vapeur également parfaite fonctionnant à 6*^ de pression < absolue aux chaudières. Mais la forme essentiellement différente des adiaba-tiques (II, n"" &,) des gaz par rapport aux adiabatiques de la vapeur d'eau, ne laisse plus ici la latitude de supprimer du côté de la fin de course, comme on le fait pour ladite vapeur (n^" 6,) au grand avantage de la diminution de l'encombrement, une trèsgrande longueur du diagramme représentatif du cycle, sans qu'il en résulte une diminution notable du travail produit. D'ailleurs, la nécessité que les pressions maximum du coi*ps travailleur ne dépas-
sent pas de certaines limites, eu égard à la force de résistance dont sont susceptibles les parois des récepteurs, ne permet guère d'aller au delà des tensions susmentionnées pour Tair froid à refouler au générateur, et de regagner quelque chose de ce côté au point de vue de Tencombrement. — Avec une réalisation suffisamment approchée du cycle de Gamot, jointe à de bonnes conditions de températures extrêmes dans l'intérêt du rendement calorifique, et à l'emploi de pressions acceptables, les machines à air demeurent, tout compte fait, plus encombrantes que les machines à vapeur. Elles ne pourraient êti-e améliorées de ce chef que par l'usage de foyers et de générateurs formant un récipient unique, et par l'emploi de cycles de rendement maximum autres que celui de Gamot (n* ôj. Mais nous verrons au n** 6^ les difficultés de l'application de la première de ces deux combinaisons. De leur côté, lesdits cycles comportent des rigénérateurs de chaleur; et nous avons dit (n* 5^) qu'en pratique de pareils dispositifs ne remplissent pas intégralement leur rôle.
La condition V se trouve mal remplie par l'air; car c'est un gaz très-subtil, et fuyant à travers des joints qui seraient étanches pour la vapeur. Toutefois, le degré de perfection dans l'ajustage des pièces fixes et les garnitures des organes mobiles auquel on est arrivé aujourd'hui, amoindrit notablement ce désavantage. — Quant à la condition VII, l'air s'y prête ni plus ni moins que les autres substances motrices. — Enfin, la condition VIII offi'e les plus grandes difficultés à être réalisée d'une manière suffisante pour assurer le fonctionnement de la machine après les arrêts et dans les manœuvres.
— Plusieurs dispositions très-diverses ont été imaginées à l'eiBel d'utiliser l'air atmosphérique comme corps travailleur.
Pour donner au lecteur une idée de la question, nous étudierons sommairement les systèmes qui ont eu le plus de vogue ou qui ont donné les meilleurs résultats, savoir : la machine de Stirling^ les deux types de machines Ericcson et la machine Belou. — Nous ne parlerons pas des machines Lemoine» Franchot, Girard, Laubereau, etc., dont le fonctionnement a été tout à fait éphémère, et qui d'ailleurs n'ont eu que peu ou point de retentissement.
* IV'' m^ Maehf ne à air ehaud de Siirllnff. — La première machine à air chaud qui a été imaginée, remonte à 1816. Elle est due à Robert Stirling. Bien que cette machine n'ait pas été acceptée par l'industrie, il importe d'en donner une description sommaire ; car elle constitue une machine à cylindre fermé (n» AJ, et où par suite la
masse de substance motrice demeure toujours la même, ce qui est absolument exceptionnel, et ne se présente dans aucune des autres machines thermiques usitées ou l'ayant été. D'ailleurs, tous les auteurs de thermodynamique la citent, et discutent son fonctionnement. La machine de Stirling comprend : i'* un cylindre moteur C, fig.iS, pjg ,8 et son piston P; 2*» un second cylindre C
Machine à air chaud de Stirling. commuuiquant saus çcssc avcc lo premier par un conduit A. Ce dernier récipient sert à la fois de générateur par la partie basse, dont le fond est soumis à Faction d'un foyer, et de réfrigérant par sa partie supérieure, dont le couvercle est constamment refroidi. Ces deux parties sont d'ailleurs séparées et isolées Tune de l'autre à l'aide d'un piston mobile P', extrêmement épais et rempli de matières mauvaises conductrices de la chaleur. Elles peuvent au contraire communiquer entre- elles à travers un régénérateur de chaleur ab
Ainsi, si l'on vient à soulever le piston P', l'air de dessus viendra se réchauffer en dessous en traversant le régénérateur, où il prendra déjà de la chaleur. La pression qui s'égalise constamment dans tout l'appareil, eu égard à la communication incessante des diverses parties de celui-ci, s'élèvera alors dans toutes ces parties, sans qu'il y ait changement de volume du corps travailleur, jusqu'à ce qu'elle soit assez forte pour vaincre la résistance opposée par le piston P. A ce moment Je piston F devra être arrivé à son haut de course, où on le maintiendra quelque temps. De son côté, le piston P montera sous l'action de la masse d'air se dilatant à une température constante, intermédiaire entre celle du dessus et celle du dessous du piston F, mais très-voisine de cette dernière. Une fois le piston P arrivé au haut de sa course, on l'y maintiendra un instant. Puis on fera descendre le piston P', de façon à contraindre l'air en contact avec le foyer à passer au-dessus de ce dernier piston à travers le régénérateur ab : cela aura lieu sans changement de volume de toute la masse gazeuse, grâce à l'immobilité momentanée de P. L'air abandonnera alors une partie de sa chaleur au régénérateur, et viendra achever de se refroidir par son contact avec le couvercle du cylindre G. A partir de ce moment la pression baissera
jusqu'à 1*' dans tout le système, et en particulier dans le cylindre G, dont on obligera le piston P à descendre, dès que P' sera arrivé à bas de course. Dès lors, l'air situé au-dessous de P se comprimera à une température constante, encore intermédiaire entre celle du dessous et celle du dessus de C\ mais très-voisine cette fois de cette dernière température. — En recommençant la série d'opérations que nous venons de décrire, on entretiendra ainsi de suite le mouvement alteraatif du piston moteur P.
Le cycle décrit par le corps travailleur se trouve ici un cycle réel (n"" A^,). — Il est évidemment formé : 1"* de deux lignes de volume constant e6, cd^ fig. 19, c'est-à-dire de deux droites perpendiculaires à
Fig. i^.-Diagrammereprésenu- ^'^^^ ^^^ ^» V^^ Correspondent à la montée tif *«te* da cycle (!• la machine et à la desceute du piston P'; 2° de deux
ik air cbaad de StirlÎDg. ,. . , . , , i
^ lignes tsothermtques fcc, df , la pression cor-
respondant au point d valant !•'. Le dia- \ gramme représentatif du cycle a donc la
\ forme d'un trapèze curviligne bcde avec ses
\. ^^« bases parallèles à l'axe des y. Il se confond du
^^ reste (n* A , j) avec la courbe qu'on relèverait
tf.,. au moyen d'un indicateur. Le régénérateur
c X n'a d'ailleurs aucune action sui* la forme de ce diagramme, son effet ne se traduisant que par une diminution de la quantité de chaleur empruntée au foyer. Il va de soi, enfin, que la longueur OB représente, sur la figure, le volume constant que toute la masse gazeuse occupe dans l'appareil, pendant le temps d'arrêt qui a lieu entre le bas de course du piston moteur et le commencement de sa montée; ce n'est autre que le volume du corps travailleur au début du cycle.
Gomme il n'existe pas de résultats d'expérience concernant la machine de Stirling, nous ne pouvons donner aucune indication sur les divers rendements qui la concernent.
IV"" e^ Machine à air chawd d*Kri«esou : i" type. — Avec ces machines, l'air moteur est échauffé dans un récipient distinct du foyer; puis il est employé à pousser un piston ; et après avoir accompli ce travail, il s'échappe dans l'atmosphère. Il en existe deux types.
Dans le premier, fig. 20, ledit échappement s'opère à travers un compartiment C rempli d'un système de toiles métalliques, qui n'est autre qu'un régénérateur (n"" 6 J; et l'air froid appelé dans la machine pour y être chauffé passe aussi par ce compartiment, en s'y introduisant
pendant les intervalles des périodes d'évacuation. De la sorte, Tair chaud en s' échappant abandonne au régénérateur une partie de la chaleur qu'il emporte indûment avec lui, et qu'on a été obligé de lui incorporer pour avoir une pression suffisante. L'air froid d'alimentation s'empare alors plus ou moins complètement de cette chaleur, à mesure qu'il s'introduit dans le cylindre; et Ton n'a besoin que de compléter son calorique, au lieu d'avoir à lui fournir toute la quantité de chaleur nécessaire à la production de travail qu'il doit effectuer. Mais l'emploi du régénérateur crée des résistances à l'échappement, d'où il résulte contre le piston moteur une augmentation de la contre-pression, que les avantages d'une réduction des pertes de chaleur sont loin de compenser.
La première machine Ericcson fit une très-grande sensation lors de son apparition en France en 1862. C'est la machine qui fut alors exhibée au Havre; mais après que cette machine eut été perdue, avec le navire sur lequel on l'avait montée, lors de ses essais aux États-Unis, ce type est tombé dans l'oubli, même sur le continent américain.
Néanmoins comme il est devenu classique par les citations détaillées qui en sont faites dans nombre d'ouvrages, et comme d'ailleurs, avec quelques modifications, il pourrait devenir un bon spécimen de machine à air, nous croyons utile de l'étudier à fond.
Le piston moteur P se meut dans un cylindre A, dépourvu de couvercle à sa partie supérieure, et dont le fond a une forme convexe. Le dessous du piston a lui-même une forme exactement semblable. Il est formé d'une enveloppe métallique remplie de plâtre pour éviter les refroidissements. — Ce piston P commande, au moyen de deux tiges ^ I, un second piston P', dont la surface n'est que les 2/3 de celle du piston P, et qui se meut dans un corps de pompe B. Ce corps de pompe est soutenu en l'air par deux colonnettes (', i\ et son extrémité inférieure est dépourvue de couvercle, tandis que son haut possède un fond muni de deux soupapes K et L. La soupape K communique avec l'atmosphère, et ouvre de dehors en dedans du corps de pompe. La soupape L donne dans un tuyau de conduite M', et ouvre de dedans en dehors dudit corps. Il est facile de comprendre que l'ensemble du récipient B et du piston P' n'est autre chose qu'une pompe aspirante et foulante, qui puise de l'air dans l'atmosphère et le refoule dans le tuyau M'.
Ce tuyau descend verticalement jusqu'à la base de la machine par un embranchement M qui prend en Q ; il communique ainsi
Fig. 20. — Premier type de machine à air chaud d*£ricc8oa. Force = 3 ch^ de 75*^ sur l'arbre ; Échelle = 1/50».
«mi;^:s^^^^^t«^^^^:^^
avec une caisse fermée R placée sous le fourneau. Le prolongement propre de M' met la caisse R en communication avec le compartiment en fonte G susmentionné qui renferme le régénérateur. Ce compartiment est muni à la partie supérieure de deux soupapes 8,8*. La soupape S est placée à l'orifice du prolongement de M' ; elle ouvre de dehors en dedans par rapport au compartiment C. La soupape S' communique avec l'atmosphère par le bout du tuyau U ; elle ouvre de dedans en dehors par rapport à ce même compartiment. Le régénérateur est formé de paquets de toiles métalliques super-
posées par couches horizontales. Ces toiles sont confectionnées avec des fils de fer de 1 millimètre de diamètre entrelacés en carrés. Il y a 400 mailles au décimètre carré, ce qui correspond à 5 millimètres d'écartement de fil en fil. 120 toiles superposées font une épaisseur de 0^,20 environ ; et le poids du paquet de toiles est de 52 kilog. Ses dimensions en plan sont de 0'",60 sur 0",â0.
Au-dessous du paquet de toiles, la botte G communique par uî> orifice latéral avec le fond du cylindre A. Par conséquent, Tair ne peut pas arriver sous le piton P sans traverser le régénérateur. — Le cylindre A repose sur un foyer F, où l'on entretient le feu avec de la houille. Des ouvertures placées dans la paroi cylindrique du foyer, conduisent la flamme dans un carneau 6 concentrique au cylindre, et finalement dans une cheminée H. Le fond du cylindre A est donc constamment chauffé. — L'arbre de couche et un volant K' sont mis en mouvement par la bielle I articulée au piston moteur P. A cet effet, ladite bielle commande la première manivelle d'un mouvement de sonnette m monté sur un arbre spécial et dont la seconde manivelle communique un mouvement de va-et -vient au pied d'une bielle horizontale 6, attelée par sa tête au vilebrequin m' de l'arbre de couche, — Les soupapes K, L, S. S', sont actionnées parla machine elle-même au moyen d'arbres auxiliaires à cames.
La description précédente étant comprise, étudions le fonctionneraent de la machine. Le piston P est au bas de sa course, et se dispose à monter. En ce moment, les soupape K et S' se ferment, tandis que les soupapes L et S s'ouvrent. L'air enfermé dans la capacité formée des tuyaux M et M' et de la caisse R, capacité que nous appellerons désormais, pour abréger, le réservoir, est à une pression d'environ !•* 3/4. Ajoutons que le régénérateur se trouve à une température élevée, par suite de la chaleur que lui a abandonnée l'air chassé par la dernière course descendante du piston P. Au moment où les soupapes L et S s'ouvrent, l'air comprimé du réservoir se met en équilibre de pression dans le corps de pompe B et dans le cylindre A. Il vient agir sous le piston P, le soulève; et à mesure que ce mouvement s'opère, Tair s'échauffe par son passage à travers les toiles du régénérateur, et surtout par son contact avec le înétal du cylindre, dont le fond est placé au-dessus du foyer, et dont la surface latérale est entourée par les carneaux remplis de flamme. La pression de l'air se maintient constante, le mouvement s'accélère, et le piston P va arriver au haut de sa course. Mais avant cela, la soupape S est fer-
i9S MACHINES A FEU EN GÉNÉRAL. — N« 6,
mée ; et l'air contenu dans le compartiment G et dans le fond du cylindre A, se trouve isolé du réservoir. Il se détend dès lors isothenniquement, en continuant à absorber la chaleur du foyer. Pendant les deux périodes que nous venons de décrire, Tair du corps de pompe B est refoulé par le piston P\ d'abord à pression constante dans le cylindre A et le réservoir M'MR, puis à pression croissante et exclusivement dans ce réservoir, à partir de la fermeture de la soupape S. — Quand le piston P est arrivé au haut de sa course, le piston F est également au haut de la sienne ; et la pression du réservoir M'MR se trouve, comme au début, d'environ !■' 3/à, A ce moment, les soupapes K et S' s'ouvrent, la soupape L se ferme, et le piston P commence à redescendre. Il est facile de voir que dans la course descendante, le piston F aspire de l'air atmosphérique qui vient remplir le corps de pompe B, tandis que le piston P chasse l'air chaud qui occupait le fond du cylindre A, et le rend à l'atmosphère par le tuyau U. Cet air, en passant à travers le paquet des toiles métalliques, restitue la plus grande partie de sa chaleur aux toiles. — Une fois le piston arrivé au bas de sa course, les choses recommencent comme précédemment.
Fig.îi.-Dlagrainmer«présenUtlf*.rf.* " ^e Cyclc fictif {U^ 4,J s'adaptaUt
<iu cycle du premier type de machine à le micux au fonctionnement réel de la
air chand d'SriccRon. , . « i , .
machine que nous venons.de décnre, ^' correspond à un volume OB, fig. 21,
à, f pour le corps travailleur au début de
\ l'évolution ; et il comprend, abstraction
^ -^d faite de quelques déformations de détail :
[i"^' 1** deux lignes 6c, de, d* égale pression,
-" ï" soit deux droites parallèles à l'axe des
X, concernant les périodes d'introduction et d'évacuation, et le long desquelles le régénérateur remplit ses fonctions; 2'' une isothermiqiie cd^ relative à la période de détente; S"" enfin une adiabatique e(, correspondant au refoulement de la pompe alimentaire B, si Ton suppose cette pompe mise à l'abri des refroidissements extérieurs; sinon la courbe eb est une ligne intermédiaire entre une isothermique et une adiabatique. — Somme toute, le diagramme correspondrait sensiblement à un cycle de rendement maximum autre que le cycle de Carnot (n"" ôj, si le régénérateur pouvait posséder une parfaite efficacité, ce qui est loin d'avoir lieu, comme le montre la valeur donnée ci-après du rendement spécifique.
MACHINES A FEU EN GÉNÉRAL. — N* 6, ig9
Dans tous les cas, il diffère de la courbe d'indicateur par la portion de surface ebV représentant le travail de la pompe alimentaire, et qui, s'opéran t à part, doit être défalquée de cette courbe (n*» A, ,) . En d'autres termes, la courbe d'indicateur aurait grosso modo la forme bedb'b. Sa surface représenterait le travail dû exclusivement à la pression qui s'exerce sur la face inférieure du piston P pendant toute la durée d'un tour. — Nous ajouterons, en passant, que le travail, pendant le même temps, concernant la pression supportée par la face supérieure dudit piston P, donne, comme dans toutes les machines à simple effet, une somme nulle, puisque cette face est constamment en contact avec l'atmosphère.
— Après avoir examiné le cycle du premier type de machine à air chaud d'Ericcson, étudions sa consommation en bonne houille ordinaire, soit en houille possédant un pouvoir caloriflqùe de 7.500 calories. Dans les expériences bien connues entreprises au Havre par M. Lissignol, cette consommation s'est élevée, en moyenne, par heure et par cheval, de 75'" à 1^«,5 surlept^fon (défalcation faite du travail consommé par ralimentation) , et à 2*«,5 sur Y arbre. De son côté, Yutilisation du combustible^ obtenue toutefois théoriquement (n"" 5J, y atteignait à peine AO p. 100. Son rendement calorifique réel valait
donc (n* 5j ,,->. ,, . , — c.v/a.,i jïtt = ^Aà. — D autre
^ ** 425'"» X 0,â de 7.500»»* x l'»,5
part, la machine fonctionnant entre la température de 280* au générateur et la température de t5* au réfrigérant formé par l'atmosphère,
son rendement calorifique maximum était égal (n*» SJ à
= 0,48. Ce dernier chiffre, dans l'hypothèse ci-dessus d'une utilisation de 0,4 du combustible, correspond (n'» 5,) à une consomma-
75*"" X 3 600"^ tion de bonne houille moyenne égale à a25'.n^o,4de7!500-'xO,48
=0'«,4â. Le rendement spécifique u atteignait donc que pj-^ = 0,29,
ce qui dénote (n" 5,) une grande imperfection réelle (n** 4i3) du cycle, — En d'autres termes, la perte forcée de chaleur, c'est-à-dire (n' 5,) celle qui est indispensable pour quil y ait cycle j se monte ici à 1 -.0,48 = 52 centièmes; et la perte évitable, à 0,48 — 0,14 = 34 centièmes. En dehors de fuites de fluide plus ou moins impoi*tantes, cette dernière perte provient surtout de ce qu'on laisse échapper l'air à une température trop élevée, à cause de la nature même de la
détente qui est isolherniique^ et de la très-incoinplète efficacité du régénérateur (n*» 5J. Toutefois, l'échappement en question est en lui-même bien proportionné; car il correspond, dans la machine idéale qui donne le cycle fictif, à une période de contraction ne durant que jusqu'au moment voulu pour assurer le retour, dans de bonnes conditions, du corps travailleur à son volume et à sa température de début (n^'ôj.
Joignons aux résultats ci-dessus que l'encombrement du type dont il s'agit atteignait 4"° •"*'• par cheval de 75'" sur le piston, et enfin que son rendement organique (n^ b^) ne dépassait pas 0,60, défalcation faiie sur la courbe d'indicateur du travail consommé par l'alimenta* tion, soit 0,30 sans cette défalcation. On voit dès lors, même en tenant compte de la faible puissance de l'appareil considéré, combien le premier type d'Ericcson était inférieur aux machines à vapeur d'eau. On n'y aperçoit d'améliorations capables de le relever de cette infériorité que dans le perfectionnement du régénérateur et Taccroissement de la pression durant l'introduction, sans rien changer aux températures extrêmes. En un mot, il faudrait se rapprocher du
Fig. 22. — Denxième type de machine i air chaud d'Ericcson. Force = 3 ch* de 75^°» sur l'arbr* ; Echelle = i/i2*.
fonctionnement correspondant au diagramme fig. 14, expliqué et commenté au n° â^j «i 13 .
IV^" e, Maehine à air cliaiid d*Bricc0on : %* type. — Modifiée radicalement dans ses dispositions, la machine Ericcson est devenue un nouveau type tout à fait distinct du premier, et qui est très-répandu à New- York pour les faibles puissances (au plus 50 chevaux). La seule industrie de cette grande ville possède, dit-on, un grand nombre de petites machines de ce genre. Le dernier type de machine Ericcson, qui est le seul, en résumé, à avoir donné des résultats suivis, peut se décrire comme il suit :
Imaginons un cylindre A, fig. 22, alésé sur la moitié environ de sa longueur. Dans la partie non alésée est logée une cuve en foute B, fixée sur les brides du cylindre A. Cette cuve B contient une grille, et leur ensemble forme le foyer. La flamme, après avoir circulé dans des carneaux d, d, qui enveloppent la partie non alésée du cylindre A, sort par une cheminée. — Dans la partie alésée de ce cylindre se meuvent deux pistons P, R. Le piston R est rempli de plâtre, et sa face gauche s'applique exactement sur le fond de la cuve B; de plus, il est muni de deux soupapes en tôle a, a, qui ouvrent du côté de B. Ces soupapes établissent une communication entre le pourtour extérieur du foyer et l'intérieur du cylindre A, le long de la circonférence de la partie gauche du piston R. — Le piston P est également muni de quatre soupapes 6, 6, qui ouvrent de dehors en dedans par rapport au cylindre, et dont deux seulement sont visibles sur le dessin, les deux autres se trouvant dans le plan horizontal passant par la tige T. Le piston P est le piston moteur proprement dit ; le piston R ne constitue qu'un organe de déplacefnent^ qui reçoit son mouvement de l'ai'bre de couche, au lieu de contribuer à sa rotation.
Les deux pistons P et R ne sont pas fixés à la même tige T. Cette tige n'est solidaire qu'avec le piston R. Elle traverse à frottement doux le piston P. Ce dernier actionne l'arbre de la machine au moyen de deux tiges spéciales situées dans le plan horizontal de la tige T, et qui, pour ce motif, ne sont pas représentées sur le dessin. — Les transmissions de mouvement de la machine consistent dans la combinaison géométrique que montre la fig. 23. Les tiges t, t du piston P, reliées entre elles par un té, commandent, au moyen d'une bielle très-courte cd^ un levier fk oscillant autour d'un axe fixe k. Le point f entraîne, au moyen d'une bielle fg^ la manivelle Og de l'arbre du volant de la machine. Le point 9, qui décrit un mouvement circulaire continu,
Fig. 23. ~ Renrois de monvement des denx putons à l'arbre de conehe, dans le deuxième tjpe de machine à air chand d'Ericeson.
mène à son lour, par Tintermédiaire de la bielle gh, le bout h d'un levier coudé ALt oscillant autour d'un nouvel axe fixe L. Enfin, ce dernier levier est attaché en t à une bielle t7, qui donne à la tige T du piston R, fig. 22, son mouvement alternatif.
Cet agencement assez compliqué produit, en définitive, grâce au jeu particulier du piston R, fig. 22, une aspiration de l'air atmosphérique dans les premiers moments où le piston P s'enfonce dans le cylindre;
Fig. 14. — Gonrbes des rolonies décrits par les deaz pistons da deDxième type de machine à air chaud d*£riccson.
Éloignement des pistons.
Rapprochement des pistons.
Éloignement des pistons.
c*est-à-dire dans la première partie de ce que nous nommerons sa course descendante. Aux environs du milieu de cette course descendante, les soupapes 6, 6 se ferment, les soupapes a, a s'ouvrent, et l'air aspiré s'introduit derrière le piston R, Il s'échauffe au contact des parois du foyer, sa pression augmente ; et lorsque le piston P commence sa course montante, cette pression est arrivée à un degré suffisant pour produire un travail utile. C'est dans la course montante que le travail moteur est accompli.
Nous ne pouvons mieux faire, pour rendre compte du mouvement relatif des deux pistons, que de dessiner les courbes, fig. 2A, obtenues en prenant pour ordonnées, comptées horizontalement, les espaces que parcourent ces organes, et par suite les volumes qu'ils engendrent, et pour abscisses les angles décrits par l'arbre de couche. Le point 0"" correspond au moment où le piston P est à haut de^course. Ce piston, dont la courbe est marquée P, accomplit sa course descendante de 0* à 180* environ, et sa course montante de 180* à 360'. — Le piston R, dont la courbe est marquée R, accomplit sa course descendante de 3âO« à (360« + 120«), soit en 140»; et sa course montante de 120« à 340*», c'est-à-dire en 220*».
La courbe pointilléeM indique le mouvement relatif des deux pistons : c'est elle qui montre comment fonctionnent les soupapes. — Vers 310'', les deux pistons se touchent, à l'espace neutre jprès nécessaire pour éviter tout choc; la couche d'air très-minime qui les sépare, est à une pression peu différente de la pression maximum de fonctionnnement. A partir de ce moment, en marchant vers 360'', les deux pistons P et R, fig. 22, s'écartent l'un de l'autre. Ladite couche d'air se détend, et bientôt sa pression tombe a !■*. A cet instant, qui correspond au haut de course du piston P, les soupapes bb s'ouvrent, et l'air atmosphérique pénètre dans l'intervalle des deux pistons. Dès lors, le piston P descendant, l'intervalle en question va toujours eu croissant; et il se produit une aspiration d'air atmosphérique. Cela dure jusqu'à 70" de la rotation. A cet instant, l'intervalle des deux pistons est à son maximum, et il va diminuer. Les soupapes 66 se ferment, et les soupapes a, a s'ouvrent; l'air remplit le pourtour extérieur du foyer, il s'échauffe, se dilate, et sa pression augmente. Cependant le piston P continue sa course descendante en refoulant, en définitive, entre lui et la cuve B l'air précédemment aspiré. Enfin à 180* le piston P commence sa course montante, et reçoit l'action motrice de la pression de l'air échauffé. Cette action se poursuit jusque vers 310*' de la rotation. A ce moment l'intervalle
des pistons est réduit à l'espace neutre, et les choses sont ramenées à leur point de départ. — Il nous reste à ajouter que les soupapes a, a demeurent ouvertes pendant toute la période de refoulement, soit de 70'' à 310*", puisque les pistons ne cessent pas alors de se rapprocher. D'autre part, pendant la partie de la rotation qui s'étend de 31 0'' à liy, Tair du compartiment chauffé s'échappe dans l'atmosphère par une soupape S, que manœuvre la machine elle-même.
Si Ton a bien compris tout ce qui précède, on voit que le piston R est pressé sur ses deux faces avec une égale tension pendant tout le tour considéré, sauf depuis envhron 310* jusqu'à 360*. On peut donc de 0' à 310* faire abstraction de cet organe, et ramener ce qui a lieu à l'hypothèse où le piston P existerait seal, et jouerait, avec son mouvement absolu, dans un cylindre ordinaire dont le fond serait le dos de la cuve B. De 310* à 360*, ce qui correspond du reste à une fraction très-minime de la course de P, les choses ont lieu à très-peu près comme si ce dernier piston existant encore seul, était poussé pendant la période qui nous occupe avec une pression constante égale à celle du commencement de cette période ; car le piston R produit de son c6té pendant cette période un travail moteur qu'on peut attribuer fictivement au piston P.
Il paraît à peu près impossible de savoir exactement ce qui se passe pour la température de la substance motrice, dans la machine que nous venons de décrire; nous devons donc nous borner à donner quelques indications. — L'air n'est pas échauffé à température constante; sa température va en augmentant à partir de l'instant où il est mis en contact avec la cuve en fonte. Cette température ne cesse même de crottre, malgré la dilatation, jusqu'au moment où s'opère l'échappement.
— D'après les explications précédentes , le cycle, du reste fictif
(n* â^ J , du second type d'Ericcson correspond à un volume OB, fig. 25,
,.,,,, ^ , pour le corps travailleur au dé-
Fig.î&.~Diagramme représentatif fteof^ da cycle * j i> i •
et Gonrbe <f indicatear bcfieb du deuxième type but dC 1 éVOlutlOU ; et il Comprend : 1* une ligne 6c'c, sensiblement à* égale pression, concernant toute la portion de la course ascendante du piston P, laqueUe s'étend de 180* à 360* de la rotation; 2* une ligne cd d'égal volume^ se rapportant au moment où l'intervalle des deux pistons
de machine à air chaud d'Ericcson.
est mis en cômmumcatîon avec l'atmoftphëre; 3* une ligne de f égale pression relative à la période d'aspiration de Tair extériear ; &* une ligne eb se rapprochant d'une adiaèesUquey et correspondant an re-roulement que Fair aspiré éprouve depuis 70* jusqu'à 180*.
Le diagramme représentatif du cycle se confond en partie avec la courbe relevée par un indicateur, mis en communication avec Tintervalle des deux pistons au moyen d'un tube en caoutchouc fixé au piston P, fig. 22, à la tige duquel on attache d'ailleurs le fil du cylindre à papier de l'indicateur*. Il n'y a de différence que dans le remplacement de la ligne brisée tfed du cycle par la ligne unique c'd. L'aire de la courbe dont il s'agit représente bien le travail dû à la pression qui s'exerce sur la face intérieure du piston P pendant un tour entier. Mais pour tenir compte du travail provenant de la circonstance signalée ci-dessus qui se présente de SIO*" à 360'' de la rotation, il faut ajouter à cette aire la surface c'cd.
— Le second type de machine à air d'Ericcson donne, au point de vue calorifique, des résultats encore inférieurs à ceux du premier type.
D'après les expériences faites au conservatoire des Arts et Métiers, la consommation par heure et par cheval de 75*" y atteint 2*»,63 sur le piston, et 5*» sur Y arbre. Ces chiffres élevés s'expliquent par la mauvaise utilistxtion du eambmtible (n° 5J qui ne dépassait pas 30 p. 100, mais plus encore par la très-grande imperfection du cycle du système dont il s'agit. — Cette imperfection provient surtout de ce que l'air moteur emporte dans l'atmosphère un calorique sensible considérable, en s' échappant à une tempéra* ture beaucoup plus élevée que celle de cette atmosphère, qui fait ici fonction de source de froid.
Le rendement calorifique réel correspondant à ladite utilisation, 75k» -^ 3 600*^"
^^"* ("• ^«^ A26^-x0.>0de7'.500"'x2M63 = "'^^- " ^" "^
peut se rendre compte exactement du rendement spécifique (n"" 5,) , à
cause de la difficulté d'apprécier la température supérieure que peut
prendre l'air moteur. En adoptant le même rendement calorifique
maximum 0,48 que pour le premier type, on trouve pour rende-
0 11 ment spécifique -—^ = 0,23. — Enfin le rendement organique a été
trouvé égal à 0,63.
— En résumé, les secondes machines d'Ericcson, en tant que ma« chines à air, sont d'une conception bien moins rationuelle que le
premier type. Elles n'ont comme avantage 8ur*celui-ci que de présenter un encombrement beaucoup plus restreint, environ 0°**^-,7 par cheval de Ib^"" sur les pistons, au lieu de i"*»^-.
m" 63 Machine à «Ir ehaiid 4e Beloa. — Le principe de cette machine consiste en ceci :
- !*• Comprimer, à l'aide d'une pompe B, fig. 26, de l'air à 2, 3 ou
Fig. Î6. — Machine i air chaad de Belon. Force = 30 ch« de 75""» sur l'arbre ; Échelle = 1/100'.
4»». — 2*» Le déverser dans cet état de compression par les conduits C et D, tant au-dessus qu'au-dessous du combustible incandescent qui se trouve sur la grille F d'un foyer clos, et augmenter ainsi notablement son volume sans changer sa pression. — 3* Envoyer les gaz du foyer dans un compartiment G, où ils déposent les particules charbonneuses et autres entrahiées avec la masse fluide à sa sortie du fourneau. — à!" Enfin, admettre les gaz ainsi dépouillés dans un cylindre ordinaire A, pour y faire fonctionner le piston moteur, et s'évacuer ensuite dans l'atmosphère.
Le foyer est extérieurement en fonte et intérieurement en briques. Il se trouve proportionné dans ses diverses parties, eu égard à la quantité d'air nécessaire pour la puissance à développer, de façon que le mélange d'air brûlé et d'air resté intact ne s'échappe pas à une trop haute température. — Le combustible se charge à travers une trémie KL, qui communique avec le foyer par l'intermédiaire d'une
chambre d'équilibre E, fermée par deux tiroirs T et T'. En ouvrant T, la houille mise en K tombe dans le compartiment E. Puis, par l'ouverture deT',aprës la fermeture de T, elle tombe sur la grille, en s' étendant également sur toute sa surface, -^ D'autre part, les tiges du piston et du tiroir sont creuses, afin de faciliter leur refroidissement; et le lubriGage du cylindre consiste en des flots d'eau de savon distribuée à l'aide d'un énorme godet à double robinet. Cette abondance de liquide lubrifiant sert à délayer les particules charbonneuses que les gaz n'ont pas eu le temps d'abandonner avant leur entrée dans le cylindre, et à empêcher ainsi la formation d'un épais cambouis. Ce délayage permet au piston de chasser, au moins en grande partie, lesdites particules en dehors du cylindre, à travers des espèces de tiroirs de purge établis aux extrémités de ce récipient.
Il importe de corroborer la description précédente par quelques remarques : le travail de la pompe employée à refouler l'air dans le foyer se trouve emmagasiné dans ce gaz sous forme de calorique ; et, théoriquement parlant, ce travail n'influe pas (n* â„) sur la dépense de chaleur afférente au cycle décrit. D'un autre côté, le refoulement de l'air dans le foyer y maintient, paralt-il, le combustible presque en suspension an-dessus des grilles. Or il résulte de là une combustion excellente et presque une volatilisation de tous les éléments du charbon, comme l'indiquent la netteté des grilles après le fonctionnement, et les résidus du cendrier, qui sont extrêmement restreints et ne contiennent que quelques matières pierreuses et ferrugineuses.— Enfin, de son côté, le corps travailleur est ici formé des gaz s' échappant du foyer; c'est un mélange d'air brûlé et d'air simplement échauffé.
11 a été construit trois ou quatre machines Belou depuis 1861, date de leur apparition. La plus remarquable est celle qui a été établie dans une papeterie àCusset (Allier). Cette machine, de la force de 30 chevaux de 75^"* sur l'arbre, ne comportait qu'un cylindre moteur. D'après les expériences que M. Tresca a faites sur cette machine avec son habileté bien connue, la pression d'introduction y valait 1*%6, tandis que la pression de refoulement de la pompe alimentaire dans le foyer atteignait 1*%9. La différence de ces deux pressions indique une chute de tension du foyer au cylindre moteur, provenant des étranglements éprouvés par les gaz de la combustion entre ces deux récipients. — Par ailleurs, la rotation était d'environ 27 tours 1/2 à la minute.
— La machine Belou se rapproche beaucoup dans son fonctionne-
ft&8 MACHINES A FEU EN GÉNÉRAL. — N* 6,
meDt des machines à vapeur ordinaires. Sa coui'be dlndicaleur bcdfbj fiff. 27, ressemble à celle deces machines. Mais il n'euest plus de même
Fig. 27. — Diagramme représentatif MtPefeb an cycls et courbe d'indicateur Mfh d'one machine Belon.
du diagramme représentatif de son cycle,qui est du reste fictif (n"* A, ,), et au début duquel le corps travailleur a poar volume OB.
Ce diagramme bcdéCefeb s'établit, conformément anx indications du n* 4,,, en retranchant de ladite courbe d'indicateur, celle êe'ife relevée sur la pompe alimentaire, et ramenée d'ailleursà l'hypothèse où le piston de cette pompe aurait même surface que le piston moteur, — Il comprend ainsi : l'aune ligne presque Ségtde pftnion be^ correspondant à la période d'introduction ; S"" une ligne de détente cdL, qui est à peu près une adiabatique ; S® une deuxième ligne sens&lemeut d^ égale pression dd'j relative à la période d'évacuation; &* une ligne d'e'e correspondant à la période d'alimentation, et formée d'uue portion de courbe d'e' se rapprochant d'une adiabatique et d'un bout de ligne e'e d'égale pression; ô"" une ligne de volume constant e6, représentant la chute de pression du foyer au cylindre, laquelle figure un refroidissement qu'éprouverait la substance motrice au début de chaque course dans la machine à cylindre fermée dont le^ycle réel est le cycle fictif de notre machine à cylindre ouvert.
— La consommation par heure et par cheval de 76'"" n'a pas dépassé 1*»,4 sur Y arbre, et 1'» sur le piston^ déduction faite (n* 5,) sur la courbe d'indicateur ftcd/lb, fig. 27, du travail e^d'/e correspondant au refoulement de la pompe alimentaire, et qui absorbe les 2/3 de ce diagramme.
Avec le chiffre 1^, on calcule que le rendement calorifique réel
vaut ici a26^-x3/^de'7.500'"xl^ = ^♦"' ^° '°"P'^* ^* pour l'utilisation du combustible,- ainsi qu'on est en droit de le supposer en raison de ce qui a été dit ci-dessus pour Texcellence de la combustion. — D'un autre côté, on peut estimer la température supérieure de fonctionnement à environ 280*, eu égard à l'introduction susmentionnée dans le foyer d'une quantité d'air sujQTisante pour qu'il en sent ainsi, conformément à la condition I du n* 6,. De son côté, la température du réfrigérant n'est autre que celle de l'air extérieur, soit en moyenne 16^ Dès lors, le rendement calorifique
maximum est représenté (n* 6J par 97^0 1 oQAt = ^»^^' ^® chiffre correspond à une consommation de a25'-->^3/ade7,600-'xO,A8 = = 0*«,2â, et par suite à un rendement spècifiqw de ' = 0.24.
Le rendement spécifique 0,2A que nous venons de trouver indique (n* 6^) que le cycle décrit laisse ici beaucoup à désirer ; de sorte que, somme toute, la consommation relativement restreinte du combustible était due en entier h, la bonne utilisation de celui«ci par le foyer.
Quant au rendement organique^ calculé avec la défalcation susmentionnée sur la courbe d'indicateur du cylindre, il n'est pas tombé au-dessous de 0,75.
— Avec la faible pression précitée, employée au cylindre moteur, l'encombrement des machines Belou dépasse celui des appareils à vapeur. Néanmoins, ce système représente le type de machine à air chaud qui ait le mieux réussi, et le seul qui, au point de vue économique, puisse être mis en parallèle avec lesdits appareils. Mais, outre l'inconvénient de compromettre le lubrifiage par leur haute température, les gaz provenant du foyer entraînent ici des cendi-es et des produits empyreumatiques, que des toiles métalliques ou autres expédients n'arrêtent qu'incomplètement. Il s'ensuit, d'une part, des obstructions incessantes du cylindre, et, d'autre part, des usures rapides et profondes des parois de ce récipient, à la moindre négligence dans le lubrifiage exubérant dont nous, avons parlé plus haut. Ces inconvénients sont assez prononcés pour avoir rendu jusqu'ici le système Belou inapplicable à un long fonctionnement.
M. Pascal, en France, et M. Warsop, en Angleterre, ont essayé de réduire les inconvénients que nous venons de râgnaler, en saturant de vapeur d'eau les produits gazeux de la combustion, afin d'adoucu:
les frottements. Mais les résultats obtenus n'ont pas atteint le but désiré*
IV** e^Q Avenir des maeliiDes à air eliaiid en ^éMéral.
— Les machines à air chaud, au dire de leurs promoteurs, pourraient arriver à un encombrement ne dépassant pas celui des machines à vapeur, et à une consommation de charbon descendant à 0^»,25 par heure et par cheval de yS*^" sur les pistons.
D'après tout ce qui précède, il ne saurait en être ainsi pour rencombrement qu'avec l'emploi de cycles de rendement maximum autres que celui de Carnot, associés à des régénérateurs de chaleur (n* 6,) , ou avec l'usage de foyers et de générateurs ne formant qu'un même récipient. Mais, nous ne saurions trop le répéter, cette dernière combinaison, aussi bien que la première, n'a pu jusqu'à présent réussir dans les applications.
Au surplus, la prévision susdite de consommation est basée sur des calculs problématiques à cause de leur point de départ exclusivement théorique, et qui en particulier conduisent à un rendement calorifique de 0,50 que rien ne nous semble justifier. — De son côté, le rendement organique des machines à air, calculé du reste suivant les indications du n"* 5,, sera toujours beaucoup moindre que celui des machines à vapeur, à cause des frottements énormes des divers pistons de l'appareil dus aux difficultés du graissage avec de hautes températures (n*" 6J. n est vrai que si ces frottements n'atteignent pas de trop hautes valeurs pour qu'on soit obligé d'annuler, par le refroidissement externe des cylindres, le calorique qu'ils dégagent, la consommation de combustible sur l'arbre ne s'en trouve pas sensiblement affectée (n* ôj. Mais la diminution du rendement organique a l'inconvénient d'exiger un surcroît de capacité du cylindre moteur pour réaliser une force donnée sur l'arbre. Au surplus, il faut compter avec les grippements provenant desdits frottements, et, à un autre point de vue, avec les difficultés à vaincre pour avoir des pressions régulières, tant pendant le fonctionnement normal que pendant les manœuvres.
Il importe de noter avec soin qu'il n'y a pas à invoquer, comme inconvénient capital des machines à air, la question de la pompe alimentaire, dont le travail résistant est toujours considérable. Car, théoriquement parlant (n" A,,), dans toute machine thermique, ce travail détermine incidemment réchauffement que le corps travailleur doit subir pour qu'il revienne à son état initial et qu'il y ait ainsi accomplissement du cycle; et, sous le rapport pratique, il n'en résulte que la déperdition de travail due aux frottements des pièces
conductriœs de la pompe alimentaire, et qui ne prend uie certaine valeur que quand cette pompe atteint de grandes dimensions. Cette déperdition ne ferait plus qu'une avec celle de même espèce concernant le piston moteur, et par suite ne serait plus une cause spéciale d'inférioiité, si ce piston servait à ramener le fluide dans son état primitif, comme dans la machine de Stirling et le 2* type d'Ericcson (n* 6e et a)* Toutefois, c'est là un cas essentiellement particulier, qui n'est généralement pas compatible avec les autres conditions de bon fonctionnement d'une machine à air chaud.
En résumé, les machines à air chaud ne sauraient, pas plus dans t avenir que dans le passée lutter avec les machines à vapeur. — Leur emploi se trouve dès lors circonscrit au cas où il existerait des difficultés particulières pour se procurer de Teau, et où d'ailleurs le combustible à portée se trouverait à bon compte. — Ce cas est précisément celui qui se rencontre dans l'exploitation des forêts ; c'est donc en vue de cette exploitation que les machines à air chaud doivent être étudiées et perfectionnées.
IV" e^^ B&amen erliiqiie de l'emploi des mélaByes esplofllfs eonuiie eorps travailleorii. — L'oxygène, et par suite aussi l'air atmosphérique , mis en présence de certains gaz, comme l'hydrogène pur ou carboné, l'oxyde de carbone, etc. , donnent lieu à des mélanges explosifs. On entend par là des mélanges susceptibles de s'enflammer sous l'action d'une flamme ou d'une étincelle électrique « et de former ainsi de nouveaux gaz, avec augmentation subite et considérable de température et conséquemment de pression, résultant de la quantité de chaleur développée par la combustion. — Il est tout naturel qu'on ait essayé de produire du travail et de faire marcher des machines à l'aide de mélanges explosifs. Cette idée a dû d'autant plus se populariser qu'on est à même aujourd'hui, dans toutes les villes, de se procurer avec facilité un gaz propre à former avec l'air un mélange explosif : nous voulons parler du gaz d'éclairage. Ce gaz se compose en moyenne de :
0m.eitb^59 d'hydrogène protocarboné.
0a>.eob^09 d'hydrogène bicarboné.
Om.e«b,o7 d'oiyde de carbone.
Oni.eub^21 d'hydrogène.
0"n«»*,04 d'aiote.
loa.eub^OQ
La chaleur dégagée par la combustion de ce mètre cube de gaz d'éclairage, se calcule à l'aide des pouvoirs calorifiques des différents
Si2 MACHINES A FEU EN GÉNÉRAL. ~ N* 6|,
gaz qui le composent, s^rès avoir remplacé les volumes proportionnels de ces gaz par les poids correspondants. On trouve ainsi d.OOO calories grosêo modo.
Pour effectuer complètement la combustion, il faut employer l*" *^^6 d'oxygène, et par suite 7""''"^ë d'air, ce qui donne un mélange de 7«e«b ô^4«.c«i>8"»^*"^6, qui renferme en nomtee rond 12 p. 100 de gaz d'éclairage et 88 p. 100 d'air. On trouve alors, en s'appuyant sur les proportions en voluoie des divers gaz en présence avant et après leurs combinaisons, qu'à la fin de la combustion, ce mélange, ramené fiaivemeiU à la même pressicm et à la même température qu'au début, devient, en prenant les dixièmes ronds :
6m.eab^0 d*azote.
iK»K8 d'acide carbonique.
]m.eub,e de vapeur d'eaiL
gn.oab 4
— Afin de ne laisser aucun doute dans l'esprit du lecteur sur le sujet qui nous occupe, il importe de rappeler les lois chimiques suivantes, où l'on considère toujours les fluides à la même température et sous la même pression :
1* Quand deux gaz se combinent, le rapport de leurs volumes respectifs est toujours simple, tel que 1, 2/3, 1/2, 1/S.
2* Le volume du gaz résultant est pareillement en rapport simple avec la somme des volumes composants. — Quand le rapport n'est pas égal àl, il est toujours plus petit que 1; et il y a par conséquent contraction,
3* Eq général, il y a ou il n'y a pas contraction, suivant que les gaz composants se combinent à volumes inégaux ou à volumes égaux.
Exemples :
1 Tol. d'oxygèiM+ t vol. d'axote donnent S vol» de bioxyded'azoit (sans contraction).
i Tol. de chlore + 3 toI. d'oxygène d* 3 vol. d'acide cbloreox (avec contraction).
1 Tol. d'oxygbit + ST»!. d'axote d"" i ToKdeprolQ8yded'tioto(aTeeooatncl.)<
I vol. d'oxygène + 2 toi. d*hydrogèue d» 2 vol. de vapeur d*eaa (avec contraction).
1 TOl. d'hydrogène protocarboné + 3 vol. d*oxygènc. d" i vol. d*aeide carbonique + 2 vol. de va*
penr d*eaii (exceptionnellement sans contraction).
Les relations ci-dessus n'offrent aucune difficulté pour être comprises, quand les fluides composants et résultants sont des gaz permanents. Lorsqu'il survient des vapeurs, comme dans le dernier exemple, il faut entendre que la relation considérée n'est réalisable pratiquement que pour des températures et des pressions telles, que la vapeur soit à son point de saturation ou au^-dessus, liais rien
n'empêche d'étendre thioriquemeni ladite relation au-desious de ce point, en convenant de traiter (ictivmunt la vapeur comme un gaz.
Il convint encore^ à propos des vapeurs, d'aller au-devant d'une objection. On sait que la densité des vapeurs à l'état de saturation est très-difficilement déterminable par l'expérience, et que le calcul était impuissant à la donner avant la découverte de certaine formule (n* 7,) de la thermodynamique. Or, d'aprëç ce qui précède, il semble qu'on pourrait obtenir cette densité poitf les vapeurs cornpoêieêj quand on connaîtrait la densité des gaz permanents d'où elles proviennent, ainsi que la loi des volumes composants et du volume composé ; car il suffirait d'appliquer cette loi dans la supposition d'une température et d'une pression égales à celles correspondant au point de saturation qu'on voudrait considérer. Mais les i^elationsde volume dont il s'agit ne conviennent rigoureusement, ainsi du reste que le'i lois de Mariette et de Gay-Lussac, dont on aurait besoin aussi de se sei*vir ici, qu'aux cas de gaz parfaits (if 3^) . Dès lors, si ces relations peuvent être utilement employées pour des calculs approximatifs, comme ceux du tableau précédent, elles ne sauraient servir pour déterminer des éléments qui ont besoin d'être connus rigoureusement.
— Revenant à ce tableau, cm voit que, dans Thypothèse de noncondensation de la vapeur d'eau, le volume des gaz après l'explosion est senâblement le même que celui du mélange initbl considéré dans les mêmes conditions de température et de pression. 11 s'ensuit que si l'on veut savoir le -volume que prennent réellement les piwluits de la con^ustion, il suffit de calculer le volume dudit mélange à la température qui se produit au moment du phénomène, et qui est considérable. Après le refroidissement, la vapeur d'eau se condense au moins en grande partie, car la pression reste bien supérieure à la pression de saturation de cette vapeur relative à la température que possède alors le mélange. 11 s'ensuit que le volume final du résidu tombe aux environs de Ô^-^^S.
De son côté, la température considérable dont nous venons de parler, est susceptible d'atteindre le chiffre de 2.900" environ, qu'on obtient en suivant la même marche que celle indiquée ci-après. Ce chiffre montre que les mélanges explosifs outre-passent la condiûon I du n'^O, d'un corps travailleur parfait Aussi est-il nécessaire d'augmenter la proportion d'air autant que le permet la nécessité d'assurer l'inflammation du mélange. On arrive ainsi à ne se servir que de mélanges renfermant en volume 7 p. 100 de gaz dans lesmadiines Lenoir et Hugon, et seulement à p. 100 dans les machines
214 MACHINES A FEU EN GÉNÉRAL. — N* 6a
Otto. Il en résulte alors une température qui tend à atteindre 1.800» en nombre rond dans le premier cas, et ItlOO"" dans le second.
Exposons la manière de trouver ces températures, la première, par exemple. A cet effet, il faut d'abord se rappeler que, à O"" et sous la pression atmosphérique, le mètre cube d'atrpèse l'«,293 et celui de gaz à* éclairage 1^,270; avec la proportion dont il s'agit, le mètre cube du mélange pèsera 1^«,270 x0,07 + l'«,293x0,93 =1'»,291. — Après la détonation, la vapeur d'eau produite, ramenée fictivement à la température de 0* et à la pression de 76*"", aura pour volume, d'après le petit tableau ci-dessus, l'"•«"^6x0,07 =0'"»°^,112. Or à 0*» la vapeur d'eau saturée pèse 0*'»,0054 le mètre cube, et sa pi-ession vaut 0*",50. Donc cette vapeur, traitée comme un gaz, ainsi qu'il a été dit ci-dessus, et ramenée fictivement à la pression de
76'"», pèse — ^—TTTK = 0'^«,821 par mètre cube. On trouve ainsi
U,oO
0^,821 xO,H 2 = 0^,092 pour le poids de la quantité de vapeur en question dans notre exemple. Conséquemment, le poids des produits gazeux proprement dits sera de 1^,291 — 0^,092 = l"^»,i99. En raison de l'instantanéité de l'explosion, nous admettrons que réchauffement du mélange a lieu $ou$ volume constant. Nous adopterons d'ailleurs pour la capacité calorifique sous volume constant des gaz de la combustion celle de l'air (III, n*» SJ, soit 0~^,168â, et pour celle de la vapeur d'eau surchauffée 0"',34 (lY, n* 7,). Cela posé, rappelons-nous que la combustion d'un mètre cube de gaz d'éclairage dégage 6.000 calories, après l'inflammation. Par conséquent, la température x du mélange explosif au-dessus du point 0°, considéré, pour simplifier, comme la température avant l'inflammation, sera donnée par Téquation suivante :
X X (i*«,199 X O'-SieSi + 0*S092 X O'^pSi) = 6.000«* X 0,07. D'où l'on tire :
X = 1.802*,6, soit i.800* en nombre rond.
Notons que, dans le calcul précédent, nous n'avons pas eu à nous préoccuper du calorique latent de la vapeur d'eau ; car cette vapeur doit y être considérée comme toute formée, et traitée comme un gaz, ainsi que nous l'avons répété il y a un instant. Au surplus, il demeure entendu que le résultat que nous venons d'obtenir n'est qu'approximatif, eu égard aux diverses hypothèses plus ou moins exactes que nous avons été conduit à faire dans le cours des calculs précédents.
MACHINES A FEU EN GÉNÉRAL.— N* 6h 2io
En tout état de cause, cette température élevée oblige à i-efroidir le métal du cylindre où se produit l'explosion, de façon à prévenir la prompte détérioration de ses parois. D'une manière absolue, ce refroidissement n a pas besoin d'être très-énergique, à cause du peu de densité de la masse gazeuse; mais d'une manière relative, il est réglé en pratique de façon à absorber jusqu'à 0,A5 et 0,65 de la chaleur totale dégagée par la combustion. Malgré cette précaution, la condition II du n*" 6, ne se trouve que médiocrement remplie; car (n° 6„) les gaz de la combustion s'échappent du cylindre à une tem- . pérature qui n'est pas au-dessous de 2i0*' dans le système Xenotr, et de IQÛ"" dans le système Hugon, Toutefois, dans le système Olto, avec un refroidissement bien moindre, et qui n'atteint que les 0,06 de ladite chaleur dégagée par la combustion , la température d'échappement tombe à environ 50*. Nous donnerons l'explication de ce fait audit n° 6^,.
Par ailleurs, la condition III n'est pas ici plus satisfaite qu'il ne faut, d'abord à cause de la nature inflammable et explosive du gaz qu'on mélange avec Tair. Puis, en ce qui concerne le prix de revient, si l'on assimile le gaz consommé à un poids équivalent de combustible, on trouve que son emploi est, tout compte fait, plus coûteux que celui de la vapeur d'eau ou de l'air chaud, ainsi qu'on le verra à l'article suivant. — Pour la condition IV, il y a économie du générateur, quand on est à la portée d'une usine à gaz. Mais ce bénéfice disparaîtrait pour des machines , comme celles de navigation, où il deviendrait nécessaire de fabriquer le gaz soi-même, ce qui exigerait l'adjonction au système d'un appareil spécial. — La condition V est suiTisamment satisfaite. — Mais la réalisation de la condition VI, en ce qui concerne sa seconde partie, y est eniièrenient compromise. Et en efl'et, le cycle réel n'est pas réversible à cause du phénomène de l'explosion ; et le cycle fictif réversible auquel on peut ramener les choses (n° 4,,) s'éloigne considérablement du cycle de Carnot : 1** à cause de la variation considérable de la température pendant la période représentant la période d'admission de ce cycle ; 2° à cause du refroidissement susmentionné, qu'on est obligé de produire aussitôt après l'explosion pour sauvegarder les parois du cylindre, et qui empêche la détente de se faire adiabatiquement ; 3"" à cause de l'échappement du gaz travailleur à une température beaucoup plus élevée que celle de la source de froid, qui est ici représentée par l'atmosphère. On peut ajouter que, eu égard à l'eau qui se forme dans la combinaison de l'air et du gaz,
les refroidîsseinents mentionnés dans la première partie de ladite condition VI, deviennent aptes à se produireayec antantd'énergieqaedans les mauvaises machines à vapeur d'eau. Mais ce point est ici sans importance devant la nécessité de refroidir les parois des cylindres.
Enfin, avec les mélanges explosifs, la réalisation des conditions VII et VIII laisse aussi à désirer.
IV* •,, MaclitAes à sas 4e Lemair, 4e Htai^eM et de Otte. — La première idée des machines à mélange exploâf remonte à l'ingénieur français Lebon, inventeur du ga2 d'éclairage, et qui la proposa dès 1799. Cette idée a été reprise, puis abandonoée par divers ingénieurs, et enfin a été réalisée avec succès par M. Lenoir. Jusqu'à ce dernier, les essais sur le système étaient restés sans aucune solution pratique. C'est grâce aux perfectionnements apportée par cet homme ingénieux et à l'énergie qu'il a déployée pomr les faire prévaloir^ que les machines à gaz ont pu prendre place dans l'industrie.
A côté du système Lenoir, il existe une seconde espèce de machine à gaz due à M. Hugon, qui n'en diffère qu'en quelques points.
Fig. 28. — Machine à gaz de Lenoir.
Force = 1 cheval dé 75»"» nir Parbre ; Échelle = l/ft'.
La disposition géométrique de la roacbine Lenoir est absolument la même que celle des machines à vapeur ordinaires, et peut sous ce rapport présenter les mêmes variétés. Cependant le type généralement adopté est celui d'une machines horizontale à bielle directe, et bien entendu sans condenseur; il est représenté en fig. 28.
II existe au cylindre deux tiroirs, un pour l'évacuation et un autre pour l'introduction. Le tiroir d'évacuation ne comporte que deux simples barrettes, — Celui de l'introduction est plus complexe. Il est formé de deux plaques frottantes réunies entre elles. Chaque plaque dessert un orifice du cylindre : elle glisse entre la glace de ce récipient et une paroi fixe percée d'un orifice juste en regard du précédent, et a ses bords transversaux à découvert. Elle présente deux séries de trous, enchevêtrés les uns dans les antres, destinés au passage du gaz et à celui de l'air. Les trous pour le passage du gaz traversent la plaque de part en part; ceux pour le passage de l'air communiquent avec l'atmosphère par l'épaisseur même de la plaque frottante, et débouchent du côté de la glace du cylindre. Il résulte de cet agencement que le gaz et l'air n'arrivent dans les orifices du cylindre que quand les trous en question passent vis-à-vis de ces orifices. De plus, comme les deux fluides y pénètrent par filets parallèles, ils se mélangent régulièrement. Chaque paroi fixe précitée est attenante à une petite caisse cylindrique où vient déboucher le gaz, qui arrive lui-même à travers un tuyau allant aboutir à un conduit général. Sur le parcours de ce tuyau, il existe un réservoir en caoutchouc vulcanisé qui joue comme un poumon, et prévient les irrégularités de l'entrée du gaz dans le cylindre, que tendent à produire les intermittences d'admission. — 11 correspond aussi à chaque orifice d'évacuation une petite caisse cylindrique, dans laquelle, à sa sortie du cylindre, le gaz brûlé s'échappe avant de rejoindre le tuyau d'évacuation. La pression à la fin de course du piston n'étant pas ici, comme dans la machine Otto, au-dessous de 1*S cette disposition permet audit gaz de ne pas être étranglé, ce qui atténue la contre-pression. — Tout autour du cylindre il existe une chemise, où cii'cule continuellement de l'eau destinée à refroidir les parois, et à les empêcher d'atteindre une température compromettante. Cette eau commence d'ailleurs par parcourir, à travers des enveloppes, les contours des deux caisses cylindriques de l'évacuation, où elle refroidit les gaz à l'échappement, et par suite contribue de son côté à faire tomber la contre-pression. La quantité nécessaire pour ne pas dépasser 2i0* pour la température des gaz à leur
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échappement du cylindre, s'élève à 75 litres par heure et par cheval de 75'" sur l'arbre, et détermine l'absorption des 0,65 de la chaleur développée par la combustion. — Reste à expliquer le système inflammatoire. 11 se compose d'une bobine d'induction, mise en action par une pile de Bunsen. La bobine communique par un de ses pôles au métal du cylindre, et par l'autre pôle avec un conducteur isolé. Ce conducteur isolé est continuellement parcouru par une languette de cuivre, qui fait fonction de commutateur et qui est fixée avec isolation à la traverse du piston de la machine, ou plus souvent aujourd'hui à Tarbre de couche comme le montre notre figure. Cette languette à de certains instants de son mouvement de va-et-vient ou de rotation, suivant la disposition adoptée, vient toucher alternativement deux bandes de cuivre, qui communiquent chacune avec Tune des extrémités du cylindre par un fil de cuivre. Ce fil pénètre à Tiutérieur du récipient à travers une cheville de porcelaine logée dans un boulon creux vissé dans le fond ou le couvercle du cylindre, et se trouve ainsi parfaitement isolé du métal de ce dernier. A petite distance de l'extrémité libre du fil se présente un crochet formé au bout d'un second fil, qui est aussi logé dans le boulon précité, mais en en touchant les parois. Ce second fil se trouve ainsi en communication constante avec le métal du cylindre, et par suite avec le premier pôle de la pile. D'après cela, chaque fois que la languette de cuivre touche une des deux bandes de cuivre précitées, le courant électrique pénètre dans le cylindre à l'une de ses extrémités. Alors l'étincelle jaillit entre les deux bouts de fil de cuivre en regard situés à cette extrémité.
La description précédente étant bien comprise, voici en quoi consiste le jeu de la machine Lenoir :
Pendant la première moitié environ de sa course, le piston aspire du côté de sa face postérieure le mélange de gaz et d'air, dans la proportion indiquée au n° 6^^. A ce moment, l'admission est fermée, la circulation du courant est établie, puis l'étincelle électrique part; le gaz s'enflamme, s'échauffe, se dilate et pousse le piston avec une pression de début de 5 atmosphères absolues en moyenne. Cet organe éprouve du reste sur sa face antérieure, pendant tout le temps de sa course, la contre-pression due aux gaz brûlés du coup précédent actuellement en train de s'évacuer sous la pression atmosphérique, et qui ne dépasse guère !•' même au début de l'évacuation. — 11 importe d'observer que, d'après des diagrammes relevés avec l'indicateur de pression, le moment de l'inflammation complète ne suit pas
instantanément celui de rétablissement de la circulation du courant par la languette mobile qui fait fonction de commutateur. Il y a toujours un retard, plus ou moins notable et plus ou moins régulier, qui dépend de la vitesse de rotation de l'appareil. L'expérience prouve qu'au point de vue de la célérité et de la régularité de Vinflammation, la vitesse de rotation ne doit pas dépasser 100 tours à la minute. D'autre part, il résulte de ce qui précède que pendant une grande partie de sa course, le piston est entraîné par le volant de la machine, ou par le second cylindre s'il y a deux machines accouplées. — Enfin, pour diminuer la vitesse de la machine, il suffit de restreindre, en fermant plus ou moins le robinet d'arrivée du gaz, la proportion de ce dernier dans son mélange avec l'air atmosphérique.
— La disposition des machines Bugon est presque identique à celle des machines Lenoir. Elle ne comporte que les différences suivantes : l"" l'alimentation du cylindre moteur s'effectue par un soufflet cylindrique mû par la machine, et dans lequel le mélange d'air et de gaz s'effectue à l'avance; 2* le refroidissement extérieur des machines Lenoir est ici complété par une injection d'eau froide arrivant à l'intérieur même du cylindre aussitôt après l'explosion; 3* des inflammateurs à gaz sont substitués aux fils électriques, pour déterminer la combinaison du mélange explosif.
Cette dernière disposition procure une certitude absolue contre les ratés, qui se produisent assez fréquemment dans les machines Lenoir. D'ailleurs l'introduction d'eau dans le cylindre de la machine Hugon aide à la lubrification. Elle permet en outre aux gaz de ne pas dépasser la température de 190* lors de leur échappepement, et de baisser de 0,65 à 0,&5 le quantum de la chaleur totale de combinaison du mélange explosif qu'enlève le refroidissement, ce qui compense le surplus de dépense occasionné par les inflammateurs à gaz. Pour ces motifs, le système Hugon se prête à des puissances moins restreintes que le système Lenoir.
—Le cycle du reste fictif (n* 4^,), de l'un et de l'autre de ces systèmes est d'une imperfection radicale. Parmi les cycles de toutes les machines thermiques, c'est sans contredit celui qui s'écarte le plus du cycle de Carnot.
Sur la fig. 29 est tracé le diagramme représentatif du cycle d'une machine Lenoir. en même temps que la courbe d'indicateur. Le volume du corps travailleur au début du cycle est ici OC. Il représente le volume de mélange explosif aspiré au commencement de chaque
tl") • MACHINES A FEU EN GÉNÉRAL. — N- 6„
Fig. 29. — Ditgnunme répréseoUtif eéeépfc du cycle et conrbe d'iDdicatenr hcdee'pfh d'une machine Leooir.
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coup de piston. De son côté, le contour du diagramme ne comprend que la partie cdee'f'fc du contour de la courbe d'indicateur; ce deruier contour comportant en plus la droite bc prise dans les deux sens, Y un bc correspondant à l'aspiration du mélange gazeux, l'autre cb correspondant à l'expulsion des produits de la combustion. Mais les aires du diagramme et de la courbe 3e confondent rigoureusement. Revenant au contour du diagramme représentatif du cycle, nous voyons que ce contour comprend : l** une ligne d'égale pression bc, se décrivant pendant ladite période d'aspiration du mélange explosif: 2° une courbe cd formant presque une ligne de volume constant, ei
Kig 30. — Diagramme représcutalif (cdfe'/"f — fr'^"c^'» du cycle et corn lie d'Uidicalenr A*'*'f^^r^
d'une machiae Uugon.
ccN*respondant au saut de pression produit aux premiers instants de rin&ammation du mélange explosif; S** une ligne de détente dd!ee*f'fy dont la première partie dd' descend bien plus rapidement que Tadiabatique dD et à fortiori que tisothermique dD\ menées à partir du point d, et dont les autres parties d^eefff forment une ondulation dont nous discutons ci-après l'origine; â* une ligne d'égale pression fcb concernant la période d'évacuation.
On attribue généralement les sinuosités d'ee'ff à des ondes de pression qui se manifesteraient au sein de la masse gazeuse. En pareille hypothèse, il faudrait, pour le diagramme du cycle, conserver telle quelle la partie ondulée de la courbe d'indicateur. Mais divers ingénieurs ne veulent voir dans ces ondulations que l'effet des vibrations du ressort de l'indicateur dues à la chute rapide de pression. Si l'on adopte cette supposition, la partie ondulée d'ee'ff doit être remplacée, suivant la méthode bien connue des praticiens, par un bout de ligne d'fde courbure régulière et tracée de façon à conserver la même étendue à l'aire représentant le travail produit. — Il nous reste à dire que dans les conditions de refroidissement signalées au n^ 6,p la pression maximum au cylindre ne dépasse pas ô^* 1/2 absolues, et ne tombe pas au-dessous de &*^ 1/2. Ce maximum ne correspond pas toujours au même point de la course du piston, à cause de l'impossibilité de produire l'explosion à une même période déterminée de cette course.
Tout ce qui précède est presque entièrement applicable à la courbe d*indicateur et au diagramme représentatif du cycle des machines flugorj tracés fig, 30, et où l'on a eu soin de légender par les mêmes lettres que sur la fig. 29 les lignes de même espèce que sur cette figure. On ne remarque que les différences suivantes : — 1* Le creux b*b"cy fig. 30, qui n'existe que dans les machines Hugon, indique un petit vide produit par l'aspiration du piston au dernier moment de la période d'aspiration du mélange explosif à l'intérieur du cylindre. Il s'ensuit que l'identité comme aire entre le diagramme du cycle et la courbe d'indicateur n'est pas complète, comme dansla machine Lenoir. Présentement, cette courbe doit, pour donner l'aire du diagramme, avoir sa portion desurface cddW/" diminuée de raire6'6"c6'; — 2* L'ondulation d!ee'f due aux ondes de pression, ou aux vibrations du ressort de l'indicateur, est ici bien moins marquée que dans les machines Lenoir. Ce fait doit s'attribuer au filet d'eau injecté à Tintérieur du cylindre, et dont la vapeur, en se mêlant aux produits de la combustion, em-
pêche la chute de pression d'être ou aussi fluctuante ou aussi brusque.
Les courbes d'indicateur que nous venons de donner ont été relevées par M. Tresca dans des expériences très-consciencieuses.
Il est important d'ajouter que, dans l'un et l'autre système, la pression au moment de l'échappement étant supérieure à 1*', il ne se produit point de vide par la contraction que tendent à éprouver les produits de la combustion , ainsi qu'il est expliqué ci-après pour la machine Otto, où ce vide est au contraire très-accen tué. On ne peut dès lors tirer actuellement parti du vide en question, comme dans cette machine, où l'on retarde exprès l'évacuation par le tiroir jusqu'au moment oùle refoulement du piston a ramené à 1*^ la tension des produits de la combustioo.
La consommation des gaz, dans les machines Lenoir et Hugon, est presque exactement la même; elle s'y élève en moyenne à l^-^^e sur le piston et à 2" '^j? sur l'arbre. Considérant que chaque mètre cube de gaz développe par la combustion 6.000 calories, on voit que cette consommation correspond à une dépense de bonne houiUe ^^ (i-^« ou 2-'^7)X 6.000»- ^ ^^ .^3 ^^ 2^^^^ ^^^^^ ^^p^^^
relativement peu élevée, et qui du reste n'a pas varié depuis quinze ans, doit surtout s'attribuer à ce que toute la chaleur développée par la combustion se dégage ici dans le cylindre même, et que, malgré le refroidissement extérieur de ce récipient, une partie notable de cette chaleur est utilisée.
En admettant que la combustion du gaz à l'intérieur du cylindre ne soit pas parfaite, et en prenant dès lors 3/& pour Y utilisation du combtistible équivalant au gaz consommé, on trouve, avec le chiffre précité 1^«,28, que le rendement calorifique (n* 6,) est égal
^ 425^- X 3/A de 7.500- x 1^.28 = ^'^^' "^'^"^ très-faible. -
De son côté, le rendement spécifique (n* 5,) n'ejst pas d'une moindre
médiocrité. Et en effet, en calculant le rendement calorifique m4ixi-
mum pour les températures extrêmes de 1.800* et 15*» nous trou-
vous (n* 5g) : ' = 0,86. Ce nombre représente une dé-
pense en charbon de tk£t=: .> .. , - -^^„, — x-sr; = 0^«,1S par
^ 425^" X 3/4 de 7.600'" x 0,86 ' ^
heure et par cheval de 75^°' sur le piston. Dès lors le rendement spécifique vaut ^^\ = 0,10.
La faiblesse des deux rendements précédents doit s'attribuer aux imperfections du cycle obtenu avec un mélange explosif. Ces imperfections ont été expliquées au n"" 6^^. Elles permettent de se rendre compte en détail de ce que devient tout le calorique développé, La perle forcée de chaleur {n? 5,) , qui représente la quantité de chaleur minimum que les gaz de l'intérieur du cylindre doivent nécessairement céder à la source de froid pour qu'il y ait cycle, est ici égale à 1 — 0,86 = 0,1 4. De son côté, la chaleur véritablement disponible est égale à 0,86, dont 0,09 seulement sont convertis en travail. Donc la perte ivilable de chaleur (n° 6,) se monte au chiffre énorme de 0,86 — 0,09 = 0,77. Cette perte provient des circonstances suivantes: V imperfection radicale du mode de retour du corps travailleur à son volume et à sa température de début du cycle (n* 5 J , imperfection se traduisant par Tentraînement dans l'atmosphère d'une quantité de calorique de beaucoup supérieure à la perte forcée^ et qui est la conséquence de l'échappement à une trop haute température des produits de la combustion, dans lesquels produits on trouve du calorique sensible correspondant à leur température, et du calorique latent emprisonné dans la vapeur d'eau qui fait partie de leur masse; — 2*' refroidissements extérieurs du cylindre avec de l'eau, lesquels emportent les &ô ou les 65 centièmes cités ci-dessus de la chaleur dégagée par la combustion ; — S** radiations et fuites diverses.
En tout état de cause, sous le rapport du coût relatif du charbon et du gaz d'éclairage, les poids de houille susmentionnés devraient être multipliés au minimum par 2, en se plaçant dans l'hypothèse du plus petit prix de revient du gaz d'éclairage ; car sans cela le multiplicateur peut s'élever jusqu'à 6, comme dans les grandes villes, à cause des frais occasionnés par l'entretien des conduites de gaz.
Il est une autre espèce de gaz dont il serait possible de tirer un parti très-avantageux pour l'objet qui nous occupe : c'est le mélange d'hydrogène et d'oxyde de carbone, qu'on obtient en faisant agir de l'eau sur le charbon vers 900*. Ce gaz, peu propre à l'éclairage, trouverait un excellent emploi pour des machines où il ne s'agit que de dégager de la chaleur. — Toutes choses égales d'ailleurs, il réduirait la dépense afférente à la consommation du gaz d'éclairage dans la proportion presque de 1 à 3.
11 reste à dire que, eu égard à la restriction du nombre des organes auxiliaires, le rendement organique devrait être très-élevé dans les machines Lenoir et Hugon. 11 ne dépasse cependant pas 0,60. Ce
fait ne peut s'expliquer que par les pertes de force vive provenant de la variation brusque de la pression à Tintérieur du cylindre au moment de l'explosion, et se traduisant par des vibrations des organes de transmission de mouvement, lesquels se trouvent ici reliés avec le piston, au lieu d'en être indépendants durant sa montée, comme dans la machine Otto.
— Pour terminer ce qui concerne les machines à gaz adoptées par l'industrie» nous décrirons la machine due à MM. Otto et Langen, de Cologne, dont l'invention ne remonte qu'à 1867. Cette machine est aujourd'hui en grande vogue aussi bien en France qu'à l'étranger, à cause de sa supériorité économique. Plus de 2.500 spécimens en sont actuellement répandus en Europe.
La machine Otto est atmosphérique, et par ^uite à simple effet, c'est-à-dire que la face supérieure du piston est toujours en communication avec l'atmosphère, et que c'est seulement par la variation de pression s' exerçant sur sa face inférieure que cet organe travaille. Une colonne en fonte forme la masse principale du système. Cette colonne n'est autre chose qu'un cylindre ayant une grande longueur, et parcouru par le piston moteur, dont le diamètre ne dépasse pas le 1/5 de cette longueur. Le chapiteau de la colonne sert de plaque de fondation au mécanisme de transformation du mouvement rectiligue de la tige du piston en un mouvement circulaire. Cette tige porte une crémaillère, que termine un té muni de douilles glissant le long de deux tringles verticales placées en face l'une de l'autre aux bords diamétralement opposés du chapiteau. Ces tringles montent très-haut, et ont leurs parties supérieures reliées par une traverse. La crémaillère engrène avec une couronne dentée montée sur un manchon en fonte clavetéavec l'arbre du volant. — Cette couronne est munie intérieurement d'un système à rochet, qui la laisse folle lorsque la crémaillère monte, et la fixe lorsqu'elle descend. Le système à rochet consiste en une série de galets en acier reposant sur le pourtour du manchon. Ces galets viennent se loger dans des encoches pratiquées dans la périphérie interne de la couronne dentée ; et la forme des encoches est telle que, pour la rotation correspondant à l'ascension de la crémaillère, les galets jouent dans les encoches, tandis que pour la rotation contraire ils s'y coincent, en rendant la couronne dentée solidaire du manchon fixé à l'arbre. Deux plateaux, foroiant joues, maintiennent, dans le sens de la longueur de Farbre, la couronne dentée et le système à rochet. L'ensemble qui résulte
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(lu groapement de ces pièces porte le nom de boite à frein ou boite d'embrayage. — Enfin, il existe un levier dit de rekvage^ mû par Tarbi-e du tiroir mentionné ci-^près; ce levier a pour but de soulever* pendant un instant, le piston quand il est arrivé à bas de course, et qu'il est nécessaire de lui faire aspirer le mélange explosif. — Quant au système de distribution et d'inflammation du mélange explosif, il est combiné ainsi qu'il suit : Un tiroir unique dessert deux orifices, percés à même hauteur à travers la partie inférieure du cylindre, et destinés l'un à l'introduction, l'autre à l'évacuation. Ce tiroir est formé d'une plaque de fonte massive et partout d'égale épaisseur, renfermant trois coquilles, dont deux correspondent chacune à un des orifices en question, tandis que la troisième sert pour l'inflammation. La coquille d'introduction est destinée à venir se mettre en regard de deux petits trous percés dans l'épaisseur de la paroi du cylindre, et à travers lesquels arrivent, en proportion convenable, de l'air et du gaz d'éclairage, pour delà pénétrer dans le cylindre au-dessous du piston, et y former le mélange explosif. La coquille d'évacuation, de son côté, sert à faire correspondre l'orifice de même nom du cylindre avec un large trou donnant en plein air à travers la paroi de celui-ci. Quant à la coquille d'inflammation, elle se trouve située dans le même plan vertical que la coquille d'introduction, et au-dessous d'elle. Elle porte dans son dos une ouverture appelée à venir se mettre en regard d'une fenêtre per<:ée dans l'espèce de couvercle plat qui sert à appliquer le tiroir contre la bande du cylindre; elle peut de la sorte communiquer avec un bec de gaz toujours allumé, situé à l'ouverture extérieure de ladite fenêtre. Avant chacune de ces communications, la coquille d'inflammation se remplit de gaz d'éclairage par un petit conduit spécial pratiqué encore dans l'épaisseur de la paroi du cylindre; tandis qu'aussitôt après elle se met en regard de l'orifice d'introduction de ce récipient, et y détermine l'inflammation du mélange explosif. Les dispositions précédentes entraînent la présence de trois petits tuyaux à gaz aboutissant aux environs du tiroir, l'un pour subvenir au mélange explosif, un second pour remplir en temps utile la coquille d'inflammation, le troisième pour alimenter le bec de gaz inflammateur. C'est, du reste, ce que montre la/!g. 31, qui, bien que représentant un nouveau type de machine Otto, oflre, sous le rapport qui nous occupe, le même agencement que le premier type présentement décrit. — Il convient
d'ajouter que les déplacements concernant les fonctions du tiroir sont déterminés par un arbre spécial» mis en relation par un engrenage avec Tarbre du volant, et que d'ailleurs ces déplacements sont intermittents. Enfin, la régularisation de la rotation s'opère par un modérateur à force centrifuge, actionnant un robinet qui étrangle plus ou moins le conduit d'échappement des gaz de la combustion.
Le mélange de fluide, dans la proportion en moyenne de h parties de gaz et de 96 parties d'air, est introduit par le tiroir depuis la position inférieure du piston jusque vers le l/7« de sa course ascendante, grâce à l'aspiration que produit le piston en étant soulevé au début de cette course par son levier de relevage. Dès que ledit mélange est entré en quantité suffisante, la coquille d'inflammation du tiroir se remplit rapidement de gaz. Aussitôt après, le trou percé dans le dos de cette coquille se met en regard de la fenêtre pratiquée dans la plaque d'applique du tiroir, et par suite se trouve vis-à-vis du bec extérieur toujours prêt à enflammer le gaz existant dans ladite coquille. Celle-ci communiquant presque incontinent par l'orifice d'admission du cylindre avec le fluide déjà introduit dans ce récipient, l'inflammation du mélange explosif se produit, en développant une pression maximum de 5'',6 à 6'%5. — La grande dilatation qui s'ensuit repousse avec une extrême rapidité le piston, qui, grâce à son indépendance d'avec l'arbre de couche pendant la montée, se trouve lancé pour ainsi dire comme un projectile jusque dans la partie supérieure de la colonne. La hauteur à laquelle monte ainsi cet organe varie un peu à chaque coup de piston ; elle est limitée par la pres- ^on atmosphérique, le poids du piston et la poussée qui s'exerce au-dessous de ce dernier. Dans tous les cas, le travail positif ainsi engendré se communique en fait à l'arbre de couche pendant la période descendante, sous la forme d'un travail moteur produit par le poids du piston et de sa crémaillère.
Le cylindre est protégé contre un échaufiement exagéré par une enveloppe d'eau, comme dans les machines Lenoir et Hugon. Le refroidissement qui en résulte contribue à faire tomber la température du mélange explosif. Mais cet abaissement de température est surtout accéléré par le fait qu'une bonne partie de la chaleur que développe la combustion est presque immédiatement absorbée par sa transformation en force vive de translation, grâce à la rapidité avec laquelle le piston moteur acquiert son mouvement. D'ailleurs, ladite chaleur dégagée est ici beaucoup moindre, attendu que le gaz d'éclairage n'entre
qu'à raison de 4 p. 100, au lieu de 7 p. 100, dans le mélange détonant. Il résulte de tout cela que la dépense d'eau refroidissante peut être réduite à 8 litres par heure et par cheval de 75'" sur l'arbre, au lieu de 75 litres comme dans lesdites machines, et cela avec une température des gaz à l'échappement d'environ 50% au lieu de 240* et 190°. L'effet qui nous occupe détermine une chute rapide de pression, laquelle chute correspond à une contraction, sous tension constante, des résidus de la combustion, eu égard d'ailleurs à la condensation partielle de la vapeur qui forme une partie importante de ces résidus. — Quelques auteurs attribuent cette contraction au fait rappelé au n*" 6^^ , que la combinaison de deux volumes d'hydrogène avec un volume d'oxygène donne lieu à deux volumes de vapeur d'eau, soit à une condensation de 1/3 du volume primitif du mélange, les fluides considérés étant ramenés à une même pression et une même température. Mais ici il n'y a pas au début que de l'hydrogène et de l'oxygène en présence; et en prenant tous les gaz qui constituent le mélange explosif dans les machines à gaz, nous avons vu au n° 6„ qu'il n'existe sensiblement aucune condensation ni dilatation du fait même des combinaisons chimiques effectuées à la suite de l'inflammation du mélange. — En tout état de cause, dès que la chute de pression susmentionnée est assez forte pour que la poussée sur la face inférieure du piston soit notablement diminuée, et que cet organe ne possède plus de vitesse ascensionnelle, il redescend aussitôt, alors, du reste, que la pression est déjà tombée audessous del'S ou, pour parler le langage usuel, qu'un ceitain vide s'est déjà produit. Ce vide anticipé détermine un effet analogue à celui de l'avance à l'évacuation dans les machines à vapeur. 11 est donc trèsavantageux, loin d'être nuisible, comme l'avancent quelques ingénieurs, selon lesquels le vide dans la machine Otto ne devrait commencer à se produire qu'à partir de la descente du piston. Ils prétendent que, sans cela, il y a naissance d'un travail négatif, entièrement préjudiciable au travail moteur définitif qu'il s'agit d'engendrer. Cette idée fausse repose sur ce que la pression atmosphérique, qui s'oppose à la montée du piston, est plus grande que la poussée correspondant audit vide ; mais il faut réfléchir que, dans les machines où une des faces du piston est continuellement en contact avec l'air extérieur, tout travail positif ou négatif produit par la pression de cet air pour une fraction de course quelconque du piston, est toujours égal et de signe contraire au travail de cette même pression pendant la
fraction de course diamétralement opposée à la précédente. — Quoi qu'il en soit, grâce désormais au refroidissement extérieur du cylindre, la pression sur la face inférieure du piston reste à peu près constante pendant la descente de cet organe, bien que les gaz de la combustion demeurent enfermés dans le cylindre, et soient refoulés dans ce récipient, qu'on ne laisse communiquer que plus tard avec l'atmosphère. La descente en question s'effectue sous l'action de la pression atmosphérique et du poids du piston et de sa crémaillère. Cette dernière pièce fait alors tourner la roue dentée engrenée avec elle, et qui, grâce à la boite d'emfrraj/afye, entraîne dans cette périodeFarbre de couche et son volant. Une fois le piston parvenu, en descendant, aux 2/9 environ de la hauteur du cylindre à partir du fond, il y a équilibre entre la pression de l'atmosphère et celle des gaz renfermés dans ce récipient. A cet instant, le tiroir ouvre à l'évacuation ; cependant le piston continue à s'abaisser par suite de sa vitesse acquise de descente, en comprimant lesdits gaz au-dessus de la pression atmosphérique. Cette compression limite sa course avant qu'il ait eu le temps de toucher le fbnd du cylindre, et le fait même remonter à une petite hauteur de ce fond. — A partir de ce moment, ime nouvelle introduction du mélange explosif a lieu; et la série des phénomènes que nous venons de décrire se reproduit dans le même ordre. On peut du reste suivre ceux-ci pas à pas sur le diagramme fig. 33 — Il reste à ajouter que pour faire varier la vitesse de la machine, il suffit d'ouvrir ou de fermer le robinet d'arrivée du gaz, de façon à réduire la proportion de celui-ci qui entre dans le mélange détonant
Dans la machine que nous venons de décrire, l'arbre moteur transmet par engrenages la rotation à l'arbre qui commande le tiroir, ei sur lequel se trouve fixé un système d'excentriques encombrants; les frottements sont considérables, et partant atténuent la supériorité de rendement organique inhérente au système lui-même, comme il es^ expliqué ci-après. D'autre part, la régularisation de la rotation s'opère par l'échappement plus ou moins rapide des gaz brûlés, ce qui présente plusieurs inconvénients. Enfin, Teau refroidissante n'est pas encore aussi bien utilisée qu'elle pourrait l'être.
Les inventeurs ont cherché tout récemment à remédier à ces défauts, en faisant subir à leur machine de notables modifications qui peuvent se résumer ainsi : simplification du mécanisme et diminution des frottements; — régularisation agissant directement sur les pièces de commande du tiroir, et par suite sur V introduction du mélange expia-
^iff — surface d'eau de refroidissement considérablement augmentée.
Le nouveau type est vu en perspective fig. 31, et en coupe verticale fig. 32. L'ensemble de la machine offre un aspect solide, équilibré, qui plaît à l'œil du mécanicien, — Nous allons entrer, du reste, dans quelques développements.
Le cylindre est entouré sur toute sa surface d'une nappe d'eau, mise en communication, au moyen de deux tuyaux, avec un réservoir placé à côté de lui; le liquide arrivant par le tuyau inférieur s'échauffe par son contact avec le cylindre, et retourne par le tuyau supérieur au réservoir, où il se rafraîchit. — Le piston et la crémaillère restent tels qu'ils étaient; mais la dernière de ces pièces est guidée autrement. Sa partie non dentée est engagée en queue d'aronde dans une pièce conductrice en fonte, appelée en même temps à lui donner plus de rigidité. — Comme dans l'ancienne machine, un bâti destiné à porter l'arbre moteur se boulonne sur le sommet du cylindre. Seulement, le deuxième arbre pour mouvoir le tiroir n'existe plus dans le nouveau système. Par ailleurs, on a eu soin de laisser un écartement suffisamment grand entre le sommet du cylindre et l'arbre pour faciliter la visite du piston : précédemment cette opération obligeait à un démontage et à un remontage assez considérable de pièces du mécanisme. — Sur l'arbre moteur est calé le volant; ensuite* en face de la crémaillère, vient la boite d'embrayage, dont l'agencement intérieur n'a guère varié, mais qui présente dans sa fabrication un degré de solidité beaucoup plus grand, et dont l'accès, pour l'inspection de l'intérieur, est devenu très-facite* A côté de la boite d'embrayage, se cale la roue motrice du régulateur à force centrifuge. — Restait à communiquer au iiroir, d'une manière plus simple que dans l'ancien type, les mouvements nécessaires à son fonctionnement. Voici ce qui a été imaginé : Sur le côté de l'arbre moteur opposé au volant, on a capelé à frottement doux une pièce ayant forme de manivefle. Cette pièce commande la tige actionnant le tiroir. Elle porte d'ailleurs un cliquet. A l'état de repos de la manivelle, le cliquet butte contre un levier; mais la crémaillère, en un certain point de sa descente, écarte ce levier; le cliquet, pressé par un ressort, s'engage à ce moment dans la couronne diilée qui forme roueà rochet,' et suit cette dernière dans son iDouvemem de rotation, en entraînant la manivelle et parlMt la tige du tiroir. Ce dernier exécute alors les mouvements ascendants et descendants nécessaires pour donner accès au mélange d'air et de gaz, et laisser s'échapper les produits
de la combustion. Aussitôt après, la crémaillère fait déclancher le cliquet susmentionné d'avec la roue à rochet; et la manivelle du tiroir revient au repos. — Gomme dans l'ancienne machine, un levier de relevage soulève à temps le piston ; la charge est aspirée et l'explosion se produit.
Ainsi que nous l'avons dit plus haut, la nouvelle régularisation du mouvement agit directement sur les pièces de commande du tiroir, et l'on ne pouvait mieux faire que de l'appliquer au cliquet qui fait partie de ce mécanisme ; c'est ce qui a eu lieu. — Le régulateur centrifuge à boules est actionné, comme d'habitude, par l'arbre moteur. Un petit balancier horizontal, pivotant en son milieu, a une de ses extrémités engagée dans la douille du régulateur ; l'autre extrémité butte contre une
Fig. 31. — Perspective dn nouveau type de la machine à gaz de Otto.
Fig. 32. ~ NouTean type de machine h gax de Otto. Coape verticale menée perpendiculairement à l'arbre moteur, par Taxe dn cylindre.
Cylindre.
Piston et crémaillère.
Roue dentée montée folie sur Tarbrei^, qu'elle laisse libre pendant les montées, mais qu'elle entraine, par un système à rochet, pendant les des* centes.
Arbre moteur.
Volant.
Capacité annulaire contenant l*eau de refroidissement.
Guide dirigeant la crémaillère.
Pierre de fondation.
Melk au YlS Force = i/2 cheval de 75*™ sur l'arbre.
petite saillie latérale du cliquet. Supposons que subitement la machine marche à vide ; l'arbre accélère son mouvement, la douille du régulateur monte, et l'extrémité du balancier située du côté de la saillie du cliquet descend : cette extrémité empêche alors le cliquet de s'échapper pour devenir solidaire de la roue à rocbet. Que la machine reprenne sa marche normale, la douille du régulateur redescendra, l'extrémité susdite du balancier s'élèvera, et permettra au cliquet de s'engager dans la roue à rochet. — Dans l'ancien type, la régularisation du mouvement se faisait aussi automatiquement ; mais le moyen employé, donné ci-dessus, était tout différent. La simplicité et la précision extrêmes du nouveau mode de régularisation, nous semblent une des innovations les plus heureuses apportées au moteur.
Avec l'un et l'autre type de la machine Otto, on obtient, comme cela résulte des explications suivantes, d'abord une excellente utilisation de la force vive produite par l'explosion; en second lieu, on profite du vide dû à la contraction des produits de la combustion. Par cette double combinaison, la consommation est réduite à 1"'"^,3 par cheval de 75'" sur l'arbre dans l'ancien type, et à l""^ avec le nouveau type, y compris la dépense du bec de gaz inflammateur. — Le rendement organique (n*» 6,) , c'est-à-dire le rapport de la force sur Tarbre à la force sur le piston, est souvent îci très-peu différent de l'unité, et ne tombe guère en moyemse au-dessous de 0,80. Le système Otto bénéficie donc pour ce rendement, à rencontre des machines Lenoir et Hugon, de la simplicité du mécanisme propre aux machines à gaz. Cet avantage tient à l'indépendance du piston, pendant sa montée, d*avec les organes de transmission de mouvement. Le travail total dû à l'explosion est de la sorte mis à même d*être transformé intégralement en force vive de translation d! ensemble (n» IJ ; tandis que dans lesdites machines, il ne sert ainsi qu'en partie, et une portion de sa valeur est consommée par des vibrations des organes en question, lesquels n'ont pas le temps de prendre une vitesse de translation ou de rotation suffisamment rapide pour absorber, sous forme de force vive de mouvement d* ensemble ^ tout le travail qui nous occupe. — En raison des valeurs ci-dessus du rendement organique et des consommations de gaz estimées sur l'arbre, ces consommalions, évaluées sur le piston, valent 1° •'^\3 x 0,80 = l^-^^^jOA , et l'"*»^X 0,80 = 0" «^,80. Le chiffre de 1»^^ représente seulement les 2/5 en nombre rond de la consommation sur l'arbre afférente aux machines Lenoir et Hugon, et le chiffre de 0" •"^'jSO ne correspond qu'à
la moitié de ladite consommation évaluée sur le piston ; sans compter que la dépense de graissage par heure et par cheval est de huit à dix fois plus élevée avec ces dernières machines qu'avec le système Otto. — La supériorité économique de ce système est due, en dehors de la part afférente à l'élévation susexpliquée du rendement organique, au fait précité de l'absoi-ption très-rapide par la force vive du piston de la chaleur que dégage la combinaison du mélange explosif; et d'op il résulte : 1*» que Teau refroidissant le cylindre n'a le temps et le besoin d'emporter que les 6 centièmes de cette chaleur, et même moins avec le nouveau type, au lieu des 65 et des A5 centièmes, comme dans lesdites machines; 2"" que les gaz de la combustion subissent une conti*action se manifestant par la production d'un vide notable qui n'existe pas dans les machines Lenoir et Hugon, et qui détermine use diminution de la contre-pression pendant la descente du piston. Ces motifs de la supériorité économique dont il s'agit, n'ont pas été assez mis en évidence par les divers auteurs qui ont parlé du système Otto. Par ailleurs, ce système possède encore sur les autres machines à gaz un avantage d'espèce analogue sur lequel il importe d'insister : c'est que, pour une même vitesse de rotation, la dépense de gaz demeure proportionnelle au travail produit, quand on modifie celui-ci en faisant varier l'intensité de la résistance. Toutefois, les divers résultats remarquables dont nous venons de parler, ne peuvent s'obtenir que pour des forces n'allant pas au delà de trois chevaux, avec un piston moteur ne dépassant pas 0"',32 de diamètre, ce qui exige une hauteur totale de cylindre d'environ 1",60. — Il importe d'ajouter que la consommation de gaz d'éclairage évaluée par cheval augmente dès que la proportion de ce fluide tombe sensiblement au-dessous de. A à 3 p. 100 du mélange détonant. La vitesse de rotation a aussi de l'influence sur cette consommation, et ne doit pas dépasser 80 à 110 tours à la minute, pour mettre la machine dans de bonnes conditions économiques.
L'action discontinue des organes, l'emploi d'encliquetages intermédiaires, le défaut de solidarité qui en résulte entre les principales pièces de la machine, sont certainement des défauts importants. Hais il faut bien s'imaginer qu'on ne saurait faire disparaître totalement ces défauts sans enlever au système la supériorité dont nous venons de parler, qui, en définitive résulte surtout de la possibilité de faire lancer le piston comme un projectile par l'explosion du mélange gazeux.
D'après la consommation précitée de gaz, les rendements calorifique et spécifique (5,ets) à\x dernier type du système Otto, sont deux fois plus élevés que ceux des machines Lenoir et Hugon. En d'autres termes, ils ne descendent pas au-dessous de 0,18 et 0,20. — De son côté, la consommation évaluée en Kg de charbon par heure et par cheval de 76^", est, toujours dans le nouveau type, de 0*«,6â, sur le piston, et de 0''«,80 sur l'arbre.
Il nous reste à parler du diagramme représentatif du cycle et de la courbe d'indicateur du système Olto, fig. 33. Us ressemblent à ceux des machines Lenoir et Hugon. La longueur OC y figure le
Fig. 33. — Diagramme roprésentatif {C(f'éUPd^'fet!ef'e''hVce''h) du cycle et conrbe d'indicateur hVeé'i^H'ftét'^b d'une machine à gaz de Otto.
volume du corps travailleur au début du cycle. Nous y remarquons en outre : — IMa ligne d'aspiration bh'c du mélange gazeux par le piston; — 2*» la courbe ce"d, qui est presque une Mgnede volume constant, et qui figure le saut de pression dû à l'inflammation ; — 3' une ligne de détente dtf d'Y fortement ondulée, sous l'influence des vibrations du ressort de l'indicateur, ou des ondes de pression susceptibles de se produire au sein du mélange gazeux après l'explosion ; la partie d"fde cette courbe située au-dessous de la ligne atmosphérique, indique bien, comme nous en avons prévenu plus haut, qu'il se produit un vide du côté de la face inférieure du piston avant l'arrivée de cet organe au haut de sa course; — 4" une ligne /e, sensiblement d'égale pression^ due à ce que les produits de la combustion se trouvent refroidis
par Teau de circulation autour du cylindre, à mesure qu'ils sont comprimés par le piston avant que le tiroir soit ouvert à TévacuatioD ; — 5** une ligne f eV'6 qui correspond au refoulement en plein air desdits produits par le piston, à partir de cette ouverture.
Plus encore que dans la machine Hugon, il n'y a pas ici identité complète, comme aire^ entre le diagramme représentatif du cycle et la courbe d'indicateur. Ce diagramme correspond à la portion de surface ce"dd'd"fee'e"c de la courbe d'indicateur, diminuée de Taire bb'c^'b qui figure le travail tiégaft/ résultant, tout compte fait, de l'aspiration du mélange gazeux et du refoulement des produits de la combustion par le piston moteur lui-même.
— En résumant ce qui concerne les machines à gaz, on peut éta-* blir en principe que, sous peine de produire des explosions trop considérables, et par suite dangereuses, du mélange gazeux, ces machines, quel que soit leur système, ne sont applicables qu'à de très-petites forces variant de 1/4 de cheval à 3 chevaux au plus.
Elles ont leur rôle tout tracé dans l'industrie. Elles servent d'intermédiaire entre l'homme et la machine à vapeur. Jusqu'à i cheval avec les systèmes Lenoir et Hugon, et jusqu'à 2*'''',5 avec le système Otto, elles sont, somme toute, moins dépensières que celle-ci, eu égard à ce qu'elles se prêtent à l'économie d'un mécanicien. Mais au delà des limites ci-dessus, l'avantage fmancier de leur emploi ne subsiste qu'avec les travaux intermittents, comme pour les montecharge, les pétrins, l'élévation de l'eau dans les appartements, etc.
li"" S^, Conelasions en favciir de l'emploi de la Tapeur d*eaii eemme eerps travai llenr ; et wuem géwkérmMe» ttmr les amélleratlons de cet emploi. — Si l'on a bien compris les développements précédents pour les diverses substances motrices essayées jusqu'ici dans les machines thermiques, on conclura que la vapeur d'eau demeure jusqu'à nouvel ordre le corps travailleiu: par excellence, en dehors des considérations particulières et essentiellement locales qui peuvent lui faire préférer une autre subtance motrice. C'est donc vers le perfectionnement incessant de la machine à vapeur d'eau que tous les inventeurs, visant exclusivement à l'économie du combustible, doivent porter leurs efforts. Us n'oublieront pas, dans leurs recherches, d'avoir toujours présent à l'esprit l'ensemble des considérations que renferment les divers articles de l'important numéro que nous venons de traiter, et en dehors desquelles toute innovation ne serait qu'un leurre plein de déboires et
de mécomptes. — Dans Tétai actuel des choses, les perfectionnements peuvent porter sur trois points principaux :
l"" Améliorer les générateurs, de façon à tirer un meilleur parti de la chaleur renfermée dans le combustible, en d'autres termes de façon à augmenter l'utilisation du combustible (n'^ôj. Mais il ne faudra pas perdre de vue, ainsi qu'il a été dit en définissant ce rendement, que la combustion exige toujours un certain travail pour Tap* port de l'air nécessaire à l'accomplissement du phénomène, travail qui correspond aux pertes dues au tirage, quel que soit son mode. D'un autre côté, les produits de la combustion ne sauraient être abaissés (n"^ 6J au-dessous de la température supérieure que doit posséder la vapeur. Dès lors, il serait chimérique de prétendre utiliser en entier ladite chaleur; d'après les considérations émises au n* 5^, on peut estimer le chiffre 0,80 comme un maximum difficile à dépasser. — Au surplus, l'amélioration du générateur devra être menée de front avec la diminution de son poids et de son encombrement.
2^ Accroître le travail produit par kilogramme de vapeur dépensé, c'est-à-dire à la fois le rendement calorifique et le rendement spécifique (n*" 5, M 3), et obtenir ce résultat avec la moindre augmentation possible du poids et du volume de la machine proprement dite« — C'est' au raffinement des améliorations susceptibles d'être appliquées au régime de fonctionnement et aux dispositions mécaniques des appareils, que l'on doit le très-grand progrès économique accompli depuis dix ans, et qui consiste en définitive dans une réalisation de plus en plus approchée du cycle de Carnot, le type par excellence de tous les cycles (n" 63). L'accroissement de travail en question se manifeste du reste par une diminution de la consommation de combustible par cheval et par heure, mêlant ainsi son influence à celle de l'amélioration du générateur. Toutefois, cette diminution a une limite qu*il est possible de fixer. Et en effet, tant qu'on n'aura pas trouvé de matières lubrifiantes plus résistantes à la chaleur sèche de la vapeur que celles actuellement en usage, on ne saurait dépasser 8*' de pression, ce qui correspond à une température de ITO"* et à un rendement calorifique maximum égal (n** 5,) à
^"â" 4-1 70*» ^ ^'^^' ''^'**^^^^^^» ^^ ^^^^ ^® ^^^^ pression, on n'obtiendrait plus, d'après le tableau du n"" 6^, qu'un avantage théorique croissant si lentement qu'il deviendrait insignifiant, et se trouverait plus qu'annihilé par les difficultés pratiques qu'il entj-al-
Qerait. D'autre part, oo doit considérer 0,75 comme une limite supérieure du rendement spécifique. Si nous joignons à ces chiffres la plus haute valeur 0,80 donnée ci-dessus comme convenant à l'utilisation du combustible, on trouve, en se reportant au n"* 5,, que la consommation minimum de houille moyenne qu'il y a moyen d'atteindre, sans espérance de pouvoir jamais la restreindre, est égale à
A25^-X 0.80 de 7.500"' X 0.29 >< °'^^ = ^''•^^^ ?" ^^"^ «' P" cheval de 75'™ sur les pistons. — Avec une pression de 15", qui correspond à une température de 200®, la consommation en question serait 0'»,2â4. On voit combien peu on gagnerait, et cela au prix de difficultés pratiques insurmontables. .
3** Bonifier le rendement organique (n** 63), sinon du côté des frottements ainsi que de la régularisation et de la douceur des mouvements, qui ne laissent aujourd'hui que peu ou point à désirer, du moins du côté de Tappareil réfrigérant, de façon que pour la production d'un vide donné ses organes absorbent le moins possible du travail moteur produit sur le grand piston.
— Les indications précédentes tracent la voie rationnelle et sûre dont les mécaniciens devront bien se garder de s'écarter, au lieu de se laisser séduire par des inventions basées sur des idées paradoxales, dont l'inanité, parfois difficile à mettre en évidence à priori^ se révèle infailliblement au jour de l'expérimentation. — Il importe à ce sujet d'insister sur l'annonce qui accompagne invai'iablement chaque nouvelle invention, d'une économie de 15 p. 100, 25 p. 100 et souvent au delà, par rapport au système que l'inventeur se propose de supplanter. Ces économies, fussent-elles même Vérifiées par 'expérience, ont presque toujours leur origine dans ce fait que l'on compare un appareil neuf, en parfait état, surveillé avec un soin spécial pendant les essais, avec un appareil qui est en marche courante, quelquefois en état médiocre ou mauvais d'entretien, le plus souvent même qui n'est qu'un spécimen incomplet et imparfait du système auquel il se rapporte.
Il peut se faire qu'on ait à se préoccuper d'autres points de vue que celui de la consommation de combustible. Ces points de vue peuvent avoir leur importance propre et devenir prépondérants dans certains cas. On sera alors très-légitimement conduit à s'écarter des conditions les plus favorables à l'effet utile, et que nous venons d'indiquer sommairement. Mais il serait chimérique
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d'espérer qu'on ne payera pas cet écart au prix d'un certain accroissement de la consommation de combustible. Aussi est-il indispensable, quand une de ces déviations est reconnue nécessaire, de bien se rendre compte des conséquences qu'elle entraînera dans l'utilisation du calorique dépensé.
CHAP. 1, § 2. — Étude, d'après la thermodynamique, des vapeurs
ET SPÉCIALEMENT DE LA VAPEUR d'eAU ; ET ÉTUDE DES MACHINES A VAPEUR ORDINAIRES OU A DÉTENTE SIMPLE.
W«> 7. — 1. Propriétés générales des vapeurs. — 2. Pression, ohalear de transformation, diverses chaleurs latentes et chaleur totale des vapeurs saturées, et ea particulier de la vapeur d*eau. — S. Fonction métamorphique et densité des vapeurs saturées. — H. Condensation, et surchauffe ou vaporisation, dans la détente adiabatique des vapeurs saturées. Phénomène de l'inversion avec les vapeurs saturées séchçs et avec les vapeurs humides. -~ S. Considérations sur le travail de la vapeur d'eau pendant sa détente dans les machines. — t. Détermination du travail des vapeurs ef en particulier de la vapeur d'eau pendant la détente. — 7. Itois propres à la vapeur d'eau surchauffée. ~ 8. De la condensation des vapeurs au point de vue de la thermodynamique. ~ 9. Écoulement des fluides en général d'après la thermodynamique; et cas des liquides et des gaz. — 10. Écoulement des vapeurs saturées, des liquides chauds et des vapeurs surchauffées. Phénomène de la surchauffe spontanée. — il. Dépresion des vapeurs dans leur passage d'un récipient à un autre. — 13. Théorie des injecteurs à vapeur, d*aprés la thermodynamique. — IS. Rendement des injecteurs à vapeur et des pompes alimentaires ordinaires, d'après la thermodynamique.
IV* 9^ Propriétés générales des vapears. — Les propriétés des vapeurs, telles qu'elles ont été établies par les recherches de Gay-Lussac, Dulong, Arago, Regnault, etc. , sont les suivantes : i"" Si un liquide est placé dans une atmosphère indéfinie à la pression p, ce liquide émet des vapeurs à toute température où on le porte. Mais il existe une température à laquelle il se transforme tumultueusement en vapeur : ce phénomène se nomme Yébulliiion.
2» Si l'on enferme le liquide dans un vase de manière que la communication avec l'atmosphère extérieure n'ait lieu que par l'intermédiaire d'un robinet R, fig. 3â, plus ou moins ouvert, et qu'on Fig. 34, reiatireàu entretienne ainsi au-dessus du liquide une atmoformation des vapeurs, ^^j^^^^ j^ ^^^^^^ ^ ^ pressiou coustanto, la température du liquide demeure invariable pendant toute la durée de l'ébullition.
S"" Si, dans les mêmes conditions, on augmente la pression de l'atmosphère de vapeur A par la fermeture partielle du robinet- R, on constate que la température de l'ébullition s'élève avec la
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des Tapeurs saturées.
pression, et qu'elle est toujours la même à la même pression. Fig. 35, 4" Tant qu'il reste une parcelle de liquide, la
"t^rJoêuîsSlM ' température de l'ébullition demeure la même pour la même pression.
5® Supposons qu'on place au-dessus du vase un cylindre C garni d'un piston P, fig. 35, et muni d'un robinet R' à la partie inférieure. Le piston P étant au bas de sa course, on ferme le robinet R', le robinet R étant toujours ouvert. En ce moment, le liquide est recouvert d'une atmosphère de vapeur A. Élevons lentement le piston C. De nouvelles quantités de vapeur viendront remplir le vide laissé au-dessous du piston. Si la température de la masse liquide est entretenue constante pendant le mouvement du piston, les nouvelles quantités de vapeur formées auront pour pression p, celle qui correspond à la température d'ébullition t. Seulement ces quantités de vapeur ne représentant qu'une faible partie de toute la masse de fluide chauffée, la transformation de ce fluide en vapeur ne s'eilectue plus tumultueusement; et, au lieu d'une ébullition, c'est uniquement une vaporisation qui se produit. — Cette vaporisation devient même une simple évaporation^ quand le phénomène s'accomplit avec une extrême lenteur, ce qui a lieu, entre autres, dans le cas d'un liquide exposé à l'air libre à une température inférieure k sa température d'ébullition sous la pression atmosphérique.
ô** Si maintenant on abaisse lentement le piston P, en entretenant encore la masse liquide à la température (, la vapeur retourne à Tétat liquide, c'est-à-dire se condense; et sa pressiop se trouve à chaque instant égale à celle qui correspond, pendant l'ébullition, à la température t.
7"* Si le piston P, étant maintenu immobile, on refroidit l'ensemble du système, aussi peu que l'on voudra du reste, il y a condensation d'une partie de la vapeur. La pression de la vapeur qui subsiste, diminue en même temps que la température; cette pression devient à chaque instant égale à celle qui correspondrait à Tébullition se produisant à la valeur considérée de la température.
8* Si le piston P étant au haut de sa course, on ferme le robinet R, fig. 36, et que l'on ouvre le robinet R' communiquant avec un téci-
Fig. 36, rcUtiTe aax propriétés des rapears saturées.
pient plein d'eau froide, on voit immédiatement la vapeur se condenser et le vide se faire au-dessous du piston P. La condensation est presque instantanée. Après cette condensation, Ja tension de la vapeur devient celle qui correspond à la température de la masse liquide froide, bien que la température à l'intérieur du cylindre ait peu baissé.
— Il résulte de 1* à 6* que tant qu'une vapeur est en contact avec son liquide générateur, ou sinon se trouve dans les mêmes conditions que si ce contact existait, sa tension ne peut pas dépasser une certaine limite.
Cette limite est fonction de la température du liquide et de cette température seule. D'ailleurs, d'après 7*, la vapeur est alors saturée, conformément à la définition du n*3j. — Enfin, en vertu de 8*, si la vapeur est mise en contact avec une masse liquide plus froide, elle se condense instantanément, et prend la tension qui convient à la température du liquide froid.
Les propriétés précédentes conviennent évidemment à de la vapeur humide, avec cette extension qu'elles subsistent alors sans que la vapeur soit en présence de son liquide, tant que son degré d'humidité, c'est-à-dire le rapport de la quantité d'eau en suspension au poids de toute la masse fluide, n'est pas devenu nul.
En revanche, lesdites propriétés cessent d'exister quand on continue à chauffer une vapeur après la disparition de son Uquide générateur. — La vapeur est alors surchauffée ou désaturée^ conformément à la définition du n* 8,, et jouit de propriétés spéciales (n* 7.}, qui, du reste, n'ont jusqu'ici été étudiées que pour la vapeur d'eau. N* 9, PreMioii, ehaleur de transformation, dlTersct ehalcurs latentes et ehalenr totale des vapeurs aatarées, et en partienlier de la vapeur d^eau. — Il résulte de l'article précédent que les vapeurs saturées ont leur pression déterminée, dès que l'on connaît la température. Il en est de même de leur densité, si elles sont sèches. — En d'autres termes, comme nous l'avons annoncé au n"* à^^ seules parmi tous les corps de la nature, les vapeurs saturées sèches jouissent de la propriété d'avoir
MACHINES A FEU EN GÉF^ÉRAL. - N* 7,
leur état déterminé par un des trois éléments de cet état. Autrement dit, lorsqu'on connaît l'un de ces éléments, les deux autres sont connus. — Les relations qui servent à cet effet n'ont pu être établies qu'empiriquement d'après de nombreuses expériences, où l'on a pris la température pour élément indépendant Les expériences les plus exactes entreprises à ce sujet sont dues à H. Regnault. Elles ne concernent que les tensions. — La détermination expérimentale des densités n'a pas encore été entreprise à grande échelle, à cause des difficultés de toutes sortes qu'elle entraîne. Nous verrons au n"" 7, comment la thermodynamique permet de les déduire de la relation qui lie les pressions aux températures ainsi qu'à la chaleur latente de vaporisation X donnée ci-après.
Les résultats de M. Regnault sont unanimement adoptés parles ingénieurs de tous les pays. Ils ont été résumés dans des tables. Ces tables montrent que la loi des tensions est représentée avec une grande exactitude par la formule suivante due à Biot :
(18) 10gF=A-B6',
où A, B, e sont trois constantes, t la température en degrés centigrades au-dessus du 0"* de la glace fondante, et F la tension de la vapeur en millimètres de mercure.
On transforme F en kilogrammes par mètre carrée en posant :
Voici les valeurs des constantes a, b, e, pour ceux des liquides étudiés par H. Regnault qui sont les plus susceptibles d'être rencontrés en mécanique industrielle :
NATORE DO LIQUIDE.
