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a5,8ï5" 30,990 36,i55 il, 5ao 46,485 5i,65o

m LA VAPEUR, 3S Dans la table qui précède, les températures correspondantes aux tensions do plus de 24 atmosphères, ont été calculées par la for-

mule (=^oùe, exprime l'élasticité en

atmosphères, et i, la température à partir de 100 degrés, en prenant l'intervalle de îoo" pour unité. On a de fortes raisons pour croire que l'erreur ne serait pas de 1° a 5o atmosphères.

Les auteurs des expériences dont nous venons de donner les résultats, éprouvèrent beaucoup de difficultés à faire -monter la pression au-dessus de ao atmosphères, et ils ne purent, avec leur appareil, dépasser celle de 24 atmosphères.

Deux inductions paraissent devoir en être tirées : i s qu'il y a plus de garanties contre les explosions avec les chaudières des machines à haute pression; 2* que ces appareils consomment une quantité plus grande de combustible que les machines à basse pression, et je m'explique.

En général, les chaudières des machines à vapeur sont éprouvées à une pression triple de celle qu'elles sont appelées à supporter dans leurs fonctions habituelles. Une cliau-

dière destinée a produire de la vapeur à 8 atmosphères , doit résister ù une pression d'épreuve de 2ij, tandis que celle a basse pression, qui ne doit fournir qu'une vapeur tendue à plus d'un cinquième d'atmosphère, n'est éprouvée qu'aux ~ d'une pression atmosphérique. Or, nous avons vu plus haut combien, à mesure que la pression s'élevait, il était difficile de l'augmenter davantage, puisque à une certaine époque, tous les efforts devenaient inutiles pour la faire monter ; donc il sera bien plus facile de dépasser les limites de résistance dans une chaudière à basse pression , que dans celle où l'on agit avec une pression plus élevée. Toutefois , hâtons-nous de le dire, les unes et les autres rentrent dans les conditions csmmunes d'explosion, qui sont la suite de la déssaturation de la vapeur, et dont nous aurons plus tard à nous occuper d'une manière toute particulière.

Mais, si dans les cas cites plus haut, les chaudières à vapeur à haute pression offrent une garantie de plus contre les explosions , les mêmes expériences qui nous ont conduit à le prouver, nous fourniront aussi des argnmens pour démontrer combien l'emploi de

DE LA VAPEUR. 3 7 la vapeur à haute pression est désavantageuse sous le rapport de l'économie du combustible. En effet , dans l'appareil dont nous avons parlé plus haut , et qui a servi à obtenir les pressions élevées de vapeur, on n'en dépensait pas, aucune machine n'était mise en mouvement avec elle , et ses fonctions se bornaient à appuyer sur le mercure des manomètres : or, si a mesure que la pression et la température s'élevaient , l'appareil finissait par perdre en rayonnement tout le calorique ajouté, il eût été, à fortiori, de toute impossibilité de faire mouvoir la machine la plus faible avec de la vapeur à 24 atmosphères.

Tandis qu'en laissant tomber la pression , on serait arrivé à une époque où le rayonnement n'enlevant plus complètement tout le calorique ajouté, il eût été possible de dépenser utilement une certaine portion de la vapeur produite.

On a déjà vu, d'ailleurs, a l'article où nous traitions de la chaleur, que la transmission ou pénétration du calorique, était en raison inverse des équilibres de températures, ou ce qui est la même chose , en raison directe des différences de températures qui existent entre le corps chauffant et le corps chauffé.

Or, on arrivera d'autant mieux au cas d'équilibré, qu'on agira avec une pression plus tendue, et par conséquentavecunephiï haute température. Il y aura donc plus de calorique perdu, ce qui nécessitera une consommation plus grande de combustible.

C'est par suite de cette règle , confirmée d'ailleurs par l'expérience, qu'on cherche à rompre, autant que possible,, l'équilibre destempératures, en alimentant les chaudières dans la partie intérieure de leur capacité qui reçoit la dernière impression du feu, ou ia plus petite somme de chaleur (1).

(j) Une Tante que nous n'avons pas eu le rems de redresser s'es! glissée à ce sujet dans le Manuel du Chauffeur, dont l'impression a précédé celle de cet

Voyez dans ce Manuel le paragraphe qui commence à la i8> ligne de la page a> , et qui semble prescrire le contraire de ce que nous tenons d'indiquer. Mais cette faule ne donne lieu à aucune conséquence grave, et peut même être interprétée dans un sens Favorable.

Car, quoi qu'en disent les auteurs, il est à peu près indifférent d'alimenter les chaudières à l'origine des fourneaux ou an terme des carneaui : dans l'nn et l'autre cas, l'eau alimentaire établit une différence de température avantageuse a la pénétration du calorique. Toutefois l'abaissement de température qui résultera de l'alimentation à l'extrémité

DE LA VAPE0R. 3 g Parmi tons les motifs qui militent contre l'emploi des machines à haute pression., il en est encore deux qui nous paraissent d'une haute importance.

Le premier repose sur ce que les dépôts ou les incrustations salines dans les chaudières sont beaucoup plus considérables et plus adhérens au métal que dans celles desmachines à basse pression. Les chaudières à haute pression , pour résister à l'effort qu'elles doiyent supporter, sont composées de cylindres de petit diamètre très multipliés, et il résulte de cette disposition que, pour aborder les parties intérieures tapissées de sels, on est dans l'obligation d'avoir recours à des démontages fréquens,presque toujours destructeursettout- A-fait inconciliables avec un service régulier.

D'un autre côté, ces appareilsévaporatoires A haute pression sont sujets à des perturbations particulières dont il importe de donner connaissance. Nous avons dit plus haut qu'ils se composaient d'une réunion de pe-

des carnnaux , peut occasions un abaissement de température dans la fumée ou les gaz qui s'échappent pat la cheminée , et compenser ainsi par la diminution de tirage, l'avantage qui peut résulter de l'équilibr« rompu liant n »us avons parlé «l-dessus.

4o DE LA VAPEUR,

titcs capacités ou bouilleurs cylindriques plus ou moins multipliés ; quelquefois c'est la flamme qui circule dans l'intérieur de ces tubes, quelquefois c'est l'eau destinée à engendrer la Tapeur. Dans ce dernier cas, toutes ces petites capacités doivent communiquer entr*elles«par des tubulures qui servent en cutre de points d'appui, et la flamme ou l'air échauffé circule en dehors et tout autour de ces capacités. Or, il arrive quelquefois que celles de ces capacités qui sont les plus TOisines du foyer se vident d'eau. Ce liquide est refoulé dans les bouilleurs supérieurs ou dans les réservoirs de vapeur. On croit les choses en bon état parce que les robinets et les tubes jauges marquent un bon niveau, et cependant le désordre de l'appareil est presqu'a son comble. Alors si l'alimentation est dirigée au milieu d'une de ces chambres de vapeur, cette dernière se condense brusquement et peut produire l'écrasement des tubes, mais dans tous les cas de fortes secousses. L'eau revient ensuite se mettre en contact avec le métal surchauffé, repoussée de nouveau , elle va encore occuper la partie la moins chaude de l'appareil, pour retourner ensuite à sa première place, par secousses,

DELA VAPEUR. 41 quand un nouvel effet de condensation a lieu.

Les Américains, si partisans autrefois des machines à vapeur à haute pression, commencent ïi les abandonner aujourd'hui. Et en Angleterre, depuis long-tcms, on a reconnu les désavantages attachés à l'emploi de ces machines. Le peu de connaissances ou d'expériences que nous possédons sur la chaleur latente de la vapeur d'eau à haute pression, et sur sa densité en pareille circonstance, rendent très contestables les argumens des calculs théoriques qui ont servi a démontrer son avantage, et nous penchons à croire qu'elle ne peut être d'une utilité réelle que dans les localités qui manquent d'eau pour la condensation, et dans les voilures locomotives qui, déjà très chargées par le poMs d'un appareil simple, delà quantité d'eau nécessaire à la production de la vapeur, ne sauraient encore transportcravccelles l'appareil decondensation et la provision d'eau indispensable à cette œuvre , dont /a quantité doit être au moins 24 lois i plus grande.

On a trouvé les moyens de s'opposer à l'irradiation du calorique, par des substances tellement peu conductrice», que les pertes qui

DE LA VAPEUR, peuvent en résulter sont presqu'annilulces, surtout à terre, où ni l'espace, ni le poids des appareils ne peut gêner l'emploi de pareils procédés. Ainsi on ne saurait arguer de la petitesse des appareils, pour recommander l'emploi de la vapeur à haute pression.

L'avantage qu'on a trouvé à l'emploi delà vapeur à trois atmosphères, dans les machines de "Woolf, à deux cylindres et à détentes, est susceptible de discussion; caria plupart des machines de Wat, mises en opposition ou en concurrence, n'agissaient point avec détente, et dans presque toutes ces dernières machines, la vapeur y possède encore une tension plus grande que celle de l'atmosphère, d'environ \ de sa valeur. Or, la vapeur avec cette pression est renvoyée au condenseur, tandis que dans son trajet, elle pourrait encore être employée utilement à l'aire mouvoir une seconde machine, de moindre Ibrce sans doute, mais dont la puissance pourrait s'ajouter à l'effet principal. La perte de ce cinquième d'atmosphère est d'autant plus notable, qu'elle est relative à des cylindres d'une très grande capacité, telle qu'il les faut pour l'emploi de la vapeur à Lasso preuioa.

DE LA VAPEUR. tî Quand on fait bouillir de l'eau dans un Tase ouvert, la Tapeur s'échappe dans l'atmosphère pendant l'ébullition, et on remarque que cette vapeur et l'eau du vase ne dépassent jamais la température de 100» centigrades, quellequcsoitd'ailleurs l'intensité du feu elle tems de l'ébullition. C'est le docteur Black qui a eu le premier l'honneur de découvrir ce que devenait la chaleur pendant l'ébullition de l'eau. Nous avons déjà eu l'occasion de signaler le procédé par lequel il parvint à reconnaître que la chaleur latente de la Tapeur d'eau saturée à 100" de température était de ^5o degrés. Mais la moyenne de beaucoup d'expériences faites après Black, a donné pour la chaleur latente de la Tapeur h 1 no", la quantité de 54o degrés. Or, si a ces 54o degrés on ajoute les 1 oo° qui ont été employés à ramener l'eau à l'état d'ébullitïon on aura 640 pour la chaleur tant sensible que latente , que contient la vapeur d'eau.

Avant M. Clément, chimiste français, on avait très peu de notions sur la chaleur latente de la Tapeur d'eau à d'autre pression que celle de l'atmosphère; mais ce savant a trouTé par ses expériences que la chaleur totale de la vapeur, c'est-a-dire la somme de

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chaleur tant talente que sensible, contenue dans un poids donné de vapeur, est la même dans tous les cas, sous n'importe quelle température ou quelle pression elle soit formée.

Ainsi donc, il suffit de retrancher la température sensihle de la vapeur d'eau de G5o degrés, pour avoir la quantité de chaleur de vaporisation affectée à chaque espèce de vapeur. Et il résulterait encore de la loi trouvée par M. Clément, que passé 65o degrés de température, la Tapeur d'eau ne contiendrait plus du tout de chaleur latente ou de vaporisa- Iion f

Quand on chauffe un peu d'eau dans un Tase fermé qu'on a eu soin de purger d'air, tout l'espace se remplit insensiblement de vapeur, attendu que rien ne s'oppose à sa formation. D'abord cette vapeur est d'une élasticité très faible; mais à mesure que la chaleur augmente, sa densité et son élasticité augmentent simultanément; à chaque degré d'accroissement de température correspond un certain degré d'élasticité et de densité; enfin, à ioo degrés, ces deux états sont précisément ce qu'ils seraient à l'air libre.

Si on continue à élever la température de l'appareil, la vapeur devient de plus en plus

DE LA VAPEUR. 4S dense et plus tendue. A 1 22 degrés, la pression estdouble de ce qu'elle était a 100, et à i45 degrés environ, elle est quadruple; sa densité croît à peu de chose prés dans le même rapport (i). L'accroissement de l'élasticité de la vapeur parait être sans bornes, car elle finit toujours par faire éclater les vases les plus résistans. L'effort qu'elle exerce sur un centimètre carré de surface à i45 degrés,

(1) La densité de la vapeur a été calculée snr la «opposition qu'elle se comportait parla pression comme l'air et les gai secs , dont la dilatation commune est de poor chaque degré centigrade. Voici quelques résultats de calcul , en admettant qu'un volume d'eau à lou" occupe un espace 17110 fois plus grand a l'état dç vapeur, ce qui ne s'écarte pas beaucoup de l'évaluation de M. Gay-Lnssac.

Prenina Deniité de 11 .s peur,

o,ooi5fiï 0,00,-5.

o,oo3o5o o,no3473 0,003950

't6 DE LA VAPEUR,

est de 4>i kilogrammes, et celui qu'elle exerce à 181°, est de 10 k. 33. Tandis que la pression de l'air atmosphérique pour celle même température relative à cette pression , n'est que de i k. o33, par centimètres carrés de surface, c'est-ù-dire qu'elle est égale à celle de la vapeur à 100 degrés. La vapeur, comme nous l'avons déjà dit, possède un degré de densité relatif à chaque degré de température correspondant, et dans tous ces cas, elle est constamment saturée, car l'eau en excès peut toujours fournir ce qui est néecssairepour la tension maximum correspondant à sa température.

De même que la vapeur, en présence d'un excès da liquide, devient de plus en plus élastique et dense à mesure qu'on élève sa température, de même son élasticité et sa densité décroissent dans le* cas contraire. Mais alors une portion de la vapeur se réduit en eau , tandis que l'autre prend une tension et une densité relatives au degré de température auquel elle a été abaissée.

Si donc on remplit de vapeur d'eau un vase herméEiqucmeut bouché, et qu'on abaisse la température , une partie de cette vapeur reprendra la forme liquide, tandis que le reste

DE LA VAPEUR. 4j descendra à la tension et à la densité relative à la température nouvelle, comme dans le cas précédent, où le vase contenait un excès de liquide.

Il en est autrement quand on échauffe un vase qui ne contient que de la vapeur. Alors fa vapeur s'échauffe sans se charger d'une plus grande quantité d'eau; sa densité est invariable, et son élasticité ne s'accroît que dans le rapport commun à tous les gai, c'eit-àdire de 0,003^5, pour chaque degré centésimal.

L'expérience a aussi appris que quand l'air * est mélangé arec la vapeur, il prend un volume égal à celui de la vapeur, et que cette dernière a la même densité que celle qu'elle doit avoir au degré de température da l'air avec laquelle elle se trouve en contact, et que par là l'élasticité de l'air est augmentée de celle de la vapeur.

Nous avons déjà dit que dans un vase ouvert, la température de l'eau ne peut s'élever au-dessus de ioo°, et que dans les vases bouchés elle peut s'élever à peu près indéfiniment.

Mais il en est autrement si le vase est percé d'une petite ouverture. Dans le cas où l'ou-

verture est asseï petite pour qu'il s'échappe moins de vapeur qu'il s'en forme, l'élasticité et la température doivent croître sans cesse, mais plus lentement que quand le vase est entièrement fermé. Comme la vitesse d'écoulement augmente avec la tension, il doit y avoir un terme ou la quantité de vapeur qui s'échappe et celle qui se produit sont en équilibre, de sorte que l'élasticité et la température doivent atteindre à un maximum qui ne pourra pas être dépassé pour une ouverture d'une grandeur définie.

Ce maximum arrive d'autant plus promptement que la dimension de l'ouverture est plus grande, la production de vapeur restant d'ailleurs la 1 même.

Quand le vase est d'une solidité très grande, il y a même une époque où, sans qu'il soit ouvert comme ci-dessus, la température ajoutée à l'appareil se perd entièrement par son rayonnement dans l'espace. Ce dernier cas admet la supposition qu'on soit arrivé à une limite de température tellement excessive qu'elle ne puisse plus être dépassée, et que l'appareil soit placé dans un milieu conducteur de calorique, au milieu de l'air atmosphérique, par exemple, qui tout mauvais

DE LA VAPEUK. 49 conducteur qu'il soit, l'est encore davantage qu'une enceinte de maçonnerie en briques réfractaires.

Les expériences sur l'écoulement de la vapeur par un orifice pratiqué aux appareils évaporatoires, ne sont pas nombreuses: aussi celles de M. Christian n'en sont que plus précieuses.

L'appareil dont s'est servi ce physicien français se composait d'une petite chaudière cylindrique munie d'un thermomètre qui plongeait dans la vapeur, pour en indiquer la température ; d'un floltcur qui indiquait par son abaissement la quanlilé d'eau vaporisée; d'une petite pompe foulante, au moyen de laquelle on introduisait de l'eau dans la chaudière; enfin il avait ménagé à sa chaudière une ouverture destinée à recevoir différentes plaques peruées de trous de plusieurs calibres.

Les parois intérieures de la chaudière avaient une surface de 364,000 millimètres carrés (487 pouces carrés), et elle contenait pendant l'expérience 1 o litres d'eau , ( 1 o kilogrammes) qui recouvraient une surface de 190,000 millimètres carrés, (a34 pouces carrés).

5o DE LA VAPEUR.

A la première expérience, cette chaudière fut exposée à un feu très f if.

Les températures maxima pour diverses ouvertures furent celles-ci.

Pour udc ouverture de 3C mill. carrés. io5°,5 centîg.

Cette dernière température est égale à celle de l'eau bouillante à l'air libre, sous la pression atmosphérique de o n ,;6. Dans toutes ces expériences, un kilogramme d'eau a été réduit en vapeur dans l'espace de trois minutes. (1).

(i) On pourrait Cire surpris que a54 pouces carrés de surface de chauffe vaporisent un tiers de kilogramme en une minute, et que par suite, 76a puuces carré* ou 5 pieds et un tiers soient capables d'en vaporiser un kilogramme, attendu que les chaudières ordinaires qui présentent, en général, 16 ou 20 pieds cirrés de surface de chauffe, ne vaporisent qu'un kilogramme d'eau ; mais cela se conçoit, puisque la chaudière était entièrement exposée a l'action d'un feu très ardent.

Peut-être y a-t-il erreur a conclure de ces eipériences qu'il passe toujours la même quantité de chaleur avec la vapeur, lorsque la surface de la chaudière ttltfcn restent les m «mes. En effet , la pénétration.

DE LA VAPEUR* Si D'après les expériences précédentes , il paraît que l'eau ne peut pas s'échauffer au-delà de 101% quelqu'actif que soit le feu , quand l'ouverture par laquelle la Tapeur s'échappe, n'est que la 777- partie de la surface de chauffe; au-delà de 11a degrés quand l'ouTerture en est la partie; enfin au-delà de 1 38 degrés, quand cette ouverture en est la — ■— partie. Ainsi une si petite ouverture limite même avec le feu le plus actif , la tension de la vapeur à 3,5 atmosphères.

Dans une seconde série d'expériences, le feu fut modéré de telle sorte, que la température fut toujours stationnaire a 101 degrés sous les diverses ouvertures. Ainsi donc, l'élasticité de la vapeur fut toujours la même (i,o3 atm. ) ainsi que la vitesse d'écoulement; par conséquent , plus l'ouverture était petite, plus la formation de la vapeur

du calorique étant en raison inverse des équilibre» de températures, on ne peut pa» douter que quand la température du feu reste toujours la même , il y a moins de chaleur absorbée par une ebaudière dont l'eau est à i3S° de température, et par conséquent production moindre de vapeur que lorsque l'eau est à la tempéralure de 100 degrés , puisque dans ce dernier cas, la différence de clia leur entre le corps ebaufftni et le corps chauffé est plus grande.

était lente, ou moins il s'en formait, parce que la quantité qui pouvait s'échapper était moins grande.

Les résultats des expériences furent, que un kilogramme de vapeur emploie 8' pour passer au travers d'une ouverture de 36™" carrés.

i8' pour une ouverture de 18"™ carrés.

34' id. de 9™ carrés.

Par une troisième série d'expériences, on détermina ensuite combien de tems un kilogramme de vapeur d'une haute tension et d'une température réciproque, emploie pour passer au travers d'un orifice de même grandeur, et on obtint les résultats suivana ; Pour io5°, il faut i3 minutes.

La vitesse avec laquelle la vapeur peut s'échapper par un orifice , se calcule de la manière suivante :

1 kilogramme de vapeur A 110 degrés,

ia5 i3o i35

DE LÀ VAPEUR. 53 ctnploie, d'après la table ci-dessus, 8,- minutes ou 5io secondes pour s'échapper; à 110 degrés, la densité de la Tapeur est de o,ooo8o5; ou un mètre cube de vapeur à cette température , pesant o,8o5 kilogrammes, le volume de la vapeur sera de —égal à 7 de mètre cube; telle est la quantité de vapeur qui passera en 5io secondes, par une ouverture de g millimètres canes.

Si l'ouverture avait un mètre carré, il s'échapperait une colonne de vapeur de ^ de mètres ; mais comme elle n'a que ' de mètre carré (car î mètre carré vaut îoooooo millimètres carrés), le jet de vapeur doit avoir ~— x 7 de mètre de longueur, ce qui par seconde de tems équivaut à un jet de x 7 :K 777 = 2 7 a mètres de longueur ; c'est-à-dire que la vitcsscd'écoulement est de 27a nièlrcs par seconde.

En réalité , cette quantité doit être un peu plus grande , en raison de ce que toutes les fois qu'un fluide s'écoule par un orifice, la veine se contracte.

En appliquant la théorie aux expériences de M. Christian, on trouve un accord presque parfait dans les résultats : surtout en ayant égard à la quantité additionnelle qui

S t DE LA CONDENSATION.

est due à la contraction de la veine fluide dont

nous yenonsde parler.