CHAPITRE IÎI

SE LA COHDEUSATIOH.

L'opération de la condensation consiste à soustraire le plus rapidement possible d'une capacité quelconque la vapeur d'eau qui s'y trouve contenue, cl cela par sa réduction immédiate a l'état d'eau liquide. Quand le vase est bouché, la place qu'occupait la vapeur reste parfaitement vide, ou du moins, a peu de chose prés, comme nous le verrons touta-l'heure.

Dans le Manuel du Chauffeur de bâtiment à vapeur, auquel nous empruntons ce que noua venons de dire, nous avons aussi spécifié qu'en général la vaporisation des liquides pouvait être considérée comme le résultat de la combinaison du calorique avec les particules du fluide, que le retour des mêmes vapeurs à l'état liquide pouvait s'entendre dans un sens inverse, c'est-à-dire comme résultant de la séparation du même calorique du

M LA CONDENSATION. ii particules fluides qu'il divisait, c'est cette même séparation qui constitue l'œuvre de sa condensation.

Pour condenser la vapeur d'eau, ou bien encore, pour lui soustraire son calorique assez spontanément afin que cette action puisse Être utilisée dans les machines à Tapeur, on a employé deux procédés qui consistent, le premier à injecter au milieu de sa masse, ou dans son trajet au condenseur, un filet d'eau froide, et le second à mettre la -vapeur en contact avec des capacités maintenues froides au moyen d'un bain d'eau extérieur.

Si on refroidit un pied cube de vapeur à loo* jusqu'à la température de 4°°, les onie douzièmes passeront à l'état liquide , la densité de la vapeur restante sera \% fois moindre, et sa pression sera 14 fois plus faible- Celte vapeur est encore saturée, mais d'une manière relative a sa température c'est-à-dire à 4o°.

Le pied cube de vapeur contient environ 65o degrés de chaleur de vaporisation; ainsi donc, en admettant que la température est relative aux densités , celle qui restera dans l'appareil ne contiendra plus que n ~~ 54' et Peau produite que £ x 40* — 36. L»

vapeur primitive aura donc perdu 54° + 36* 90 0 par l'effet de la condensation.

Dans l'origine des machines à vapeur, la condensation s'opérait dans les cylindres mêmes. On injectait dans leur capacité intérieure de l'eau froide; mais quoique cetle méthode donnât lieu à une condensation spontanée , il en résultait aussi un inconvénient très grave, en ce que le cylindre était incessamment refroidi par suite de celle injection.

Aujourd'hui la condensation s'opère dans un vase séparé et fermé, où s'injecte l'eau froide; et les tiroirs des cylindres mettent en tenis convenahle ces dernières capacités en communication avec le vase séparé, ou condenseur, de telle sorte, qu'il participe au vide qui s'y produit.

L'œuvre de la condensation dépend : 1° de la température ù laquelle la vapeur doit être abaissée; 2° de la densité de la vapeur, et de «on volume; 3" de la température de l'eau d'injection.

La chaleur totale de vaporisation étant de 65o% s'il est question de liquéfier a une température T une quantité N de vapeur, il faudra donc lui soustraire (65o° — J), ce qui deman-

DE LA CONDENSATION. 5 7 dera x N d'eau froide à une tempéra-

ture t.

Soit N=4 k , T=4o« centigrades , et (=12* on aura ~~ x 4 = d'eau ou à peuprès vingt-deux fois la quantité de Tapeur à condenser. Si T = 5o% (=*i5* et N= 1 , on aura f *,' z \\ ~"~ ou environ 17* d'eau à i5° nécessaire pour convertir en eau à 5o° 1 kilog.

de vapeur, x étant la quantité d'eau ù 1 de température nécessaire pour condenser un kilogramme de vapeur, la lempérature de l'eau, après la condensation, sera égale à ^rÇT> et S1 > ^-^o 1 et, t = iz, nous aurons 6 ~ ~"1',±* " = P°ur la température de l'eau après la condensation.

Dans les machines a vapeur à double effet, chaque coup de piston correspond ù une consommation de vapeur double de la capacité du cylindre. De plus la vapeur n'étant pas détendue dans ces machines, on doit considérer sa densité comme égale ù celle qui existe dans l'appareil évaporatoire.

Un cylindre de 5 pieds de longueur sur deux de diamètre, offrant une capacité égale à i5,7 pieds cubes; le double de cette capa-

cité nous donnera 3i,4 pieds cubes de vapeur qu'il s'agira de condenser. En admettant que la tension soit de 4)5 pouces au-dessus de celle de l'atmosphère. La densité de la vapeur sera i5oo fois plus faible que celle de l'eau; ainsi donc, en admettant que le pied cube d'eau pèse 60 livres, nous aurons pour le poids d'un pied cube de vapeur à la tension de 45 pouces, 7^ = et nous aurons à condenser à choque coup de piston = 1,2a livres de vapeur.

Or, en admettant la moyenne de 20 livres d'eau froide a la température ordinaire de l'atmosphère pour la quantité nécessaire a la condensation d'une livre de vapeur, il en faudra donc 24,4 livres : on en prend ordinairement 3o, c'esl-à-dire un dcmi-pïed cube.

Telle est la quantité d'eau que la pompe à air doit enlever du condenseur a chaque coup de piston. La course du piston étant d'un pied et demi , sa surface devra Ctre de 48 pouces car-

D'après ce qui précède, on doit voir qu'il est nécessaire d'employer une grande quantité d'eau, pour n'obtenir qu'une condensation imparfaite; les résultats sont encore bien plus inférieurs quand l'eau de condensation est

DE LA CONDENSATION. 5 9 moins froide, ou qu'on veut obtenir une température plus basse après la condensation.

La tension de la vapeur à'3o degrés n'étant que d'un pouce moindre qu'à 4o°, et comme il faut environ deux fois plus d'eau pour obtenir le premier état ; il en résulte qu'il n'est pas avantageux de pousser la condensation trop loin.

Si au contraire, on ne Toulait condenser la vapeur que jusqu'à la température de 60 ou 70 degrés, une moins grande quantité d'eau serait nécessaire ; mais d'un autre côlé la vapeur conserverait encore une trop forte élasticité.

Pour condenser une livre de vapeur jusqu'à 70 degrés avec de l'eau à 1 2», on n'a besoin que de ",'"7* ' — 10 livres d'eau. Mais à cette température, la tension delà vapeurest encore égale à un tiers de la pression atmosphérique, tandis qu'à 4o», elle n'en est que le quart.

Dans les machines de \Vat, de moyenne grandeur, on estime ordinairement qu'un pied cube d'eau (3o fc. environ) converti en vapeur, correspond à la force d'un cheval par heure ; on peut donc porter au moins à 20 ki-

6o DE LA CONDENSATION,

logrammes, la quantité d'eau nécessaire à la condensation. Ainsi une machine de la force de vingt chevaux, exigera au moins 1 2000 kilogrammes d'eau froide par heure ou 200 par minute.

Une pareille quantité d'eau froide ne sa trouve pas dans toutes les localités ; aussi un procédé au moyen duquel on parviendrait à employer toujours la même masse d'eau, ou qui permettrait de la refroidir assez pour la rendre efficace à l'œuvre de la condensation, serait un grand perfectionnement apporté aux machines à vapeur, particulièrement à celles qui sont adaptées aux voilures Iocomoti yen.

A ce sujet, voici la description d'un appareil de condensation applicable aux voitures locomotives des chemins de fer, pour lequel M. Nkkool d'Elham, près de Cautorbéry, a pris une patente.

L'appareil ou plutôt le réfrigérant en question, consiste en une série de surfaces de métal ou d'ctofl'cs, arrangées horizontalement à côté les unes des autres, et à égales distances , de manière à ce qu'un courant d'air frais atmosphérique puisse continuellement passer au travers en les enveloppant. Le réfrigérant

DE LA CONDENSATION. 5, est susceptible d'être ouvert au vent par les côtés; oit bien il est enferme dans une boite ou chariot ayant une chambre d'introduction et d'expulsion, percée d'une grande quantité de trous destinés à distribuer l'air fiais arec uniformité. Un tube conduit ensuite l'air du réfrigérant au-dessous du fourneau de la machine à vapeur. L'eau qu'il s'agit de refroidir est refoulée par l'effet de la machine à la partie supérieure du réfrigérant, elle descend par sa pesanteur au travers des surfaces, dans un réservoir inférieur; elle supporta ainsi une réduction de température, par suite d'une évaporation partielle de sa masse même, et devient ainsi apte à être utilisée pour la condensation. Le réfrigérant doit être très rugueux, mais non pas trop poreux, de peur que l'eau qui a été introduite pour être refroidie, ne puisse s'accumuler en trop grande quantité. La superficie du réfrigérant doit être, selon l'auteur, de 100 pouces carrés par puissance de cheval, en supposant qu'on puisse disposer d'une brise fraîche.

Dans les machines ordinaires, le robinet d'injection est constamment ouvert pendant qu'elles sont en marche. L'eau qui en résulte finirait par engorger le condenseur, si une fi

pompe spéciale (la pompe à air) n'avait

pour but de l'enlever au fur et à mesure.

De plus, il s'amasse aussi de l'air dans le condenseur, et il convient de l'en expulser.

L'eau ordinaire contient environ un vingtième d'air qui se dégage dans le condenseur par l'effet de la chaleur et de l'absence de pression qui existent dans celte capacité. La vapeur elle-même en contient aussi qui va s'ajouter à la première quantité.

On estime assez généralement que la puissance nécessaire pour faire mouvoir les pompes à air des machines de "Wat, enlève £ ou ^ de la puissance totale de la machine.

Des robinets ou une valve ;\ tiroir sont ordinairement appliqués aux tubes d'injection des machines; ils sont disposés de façon qu'où puisse régler, c'est-à-dire augmenter ou diminuer ù propos le volume de l'eau d'injection. En même tems un baromètre appliqué au condenseur accuse a chaque instant la pression de la vapeur qui a échappé à la condensation.

Ce baromètre n'a pas bes»in d'avoir une longueur de a8 pouces, et ordinairement on no leur en donne que la moitié ; on conçoit qu'il

DE LA COMDEBSàTrOIT. 61 serait bien inutile qu'il fût à même d'indiquer les pressions correspondantes à la partie supérieure de l'échelle barométrique.

L'opération de la condensation par suite d'une injection d'eau au milieu de la Tapeur donne lieu à quelques inconvéniens graves, qui depuis l'origine des machines a. -vapeur, ont excité la sagacité des mécaniciens. Parmi ces inconvuniens , nous citerons particulièrement celui d'où il résulte qu'on ne peut renvoyer à la rhaudïèrela môme eau de condensation. On est bien frîans l'usage d'alimenter les chaudières avec une portion de l'eau d'injection mêlée à la vapeur condensée, afin de profiter du peu de chaleur qu'elle acquiert dans l'œuvre delà condensation. Mais la quantité, comme on l'a déjà vu, en est si petite, que le bénéfice qui en résulte est presqu'in appréciable. Il en est de même des sédimens qui , par suite d'une distillation continue, finissent par s'épaissir au fond des chaudières et s'y durcir de telle façon, que le travail du marteau et du ciseau à froid devient nécessaire pour les détacher des parois intérieures; plus tard, nous ferons mention des procédés imaginés pour contrarier l'accumulation de3 terres, des sel*, etc.; mais ces moyens ne sont quo

des palliatifs, qui ont le grave inconvénient de consommer une gronde portion de la chaleur interne de la chaudière, et qui nécessitent encore des appareils auxiliaires, qui, bien que très simples, ne laissent pas que de multiplier les organes d'une machine déjà passablement compliquée et les chances d'avaries. La méthode, sans contredit, qui, avant que Hall n'ait apporté un changement complet de système dans l'opération de la condensation, approchait de plus près du but désiré, était celle de M andslay, car ce dernier, en alimentant sa chaudière d'une manière assez graduée pour que l'alimentation soit continuelle, comme l'extraction qu'il produit au moyen de la pompe affectée ù cette dernière fonction, profite en grande partie et d'une manière continue Je la chaleur de l'eau d'extraction qui enveloppe son appareil alimentaire , tandis que par la méthode aujourd'hui employée presque généralement sur mer, on fait l'extraction à des époques plus ou moins rapprochées, en ouvrant simplement une issue de la base de la chaudière à l'extérieur du navire. L'eau saumurée s'échappe ainsi en plus ou moins grande quantité, et on n'en profite pas pour échauffer l'eau alimentaire, ou du moins si on

DE LA CONDENSATION. 65 le fait, cela n'a lieu que par saccades et non pas d'une manière aussi graduée, aussi lente, et par conséquent aussi efficace que par le procédé de Mandslay.

Tous les moyens qui ont été présentés jusqu'à présent parWat, Cartwrigth, Freund, Evans, Brunnel, Clark, pour condenser ta Tapeur sans injection dans la masse, n'ont encore fourni aucun résultat satisfaisant, et ne sont pas en usage. Ils peuvent, à peu près, se résumer en celui-ci.

On faisait passer la vapeur dans ua réfrigérant plongé dans l'eau froide, assez vaste et convenablement disposé dans sa capacité intérieure, pour mettre le plus de surfaces froides possible en contact avec la vapeur. Celleci, par suite de son contact avec les parois froides du réfrigérant, se condensait en se liquéfiant, et la température duréfrjgérant était maintenue froide par un bain d'eau extérieur alimenté par la machine même.

Un défaut particulier à ce genre de condensation, consistait dans l'obligation où on se trouvait d'employer de vastes refrigéransen métal, a parois assez épaisses pour pouvoir résister à la pression atmosphérique résultant du vide qui s'opérait à l'intérieur par l'effet

f>6 m LA CONDENSATION,

de la condensation ; or celte épaisseur de métal était éminemment contraire à la prompte pénétration du calorique ou du froid, et par conséquent à une condensation rapide, *clle qu'elle est nécessaire aux fonctions des machines ù vapeur. Tandis que dans le procédé de Hall, les tubes réfrigérans ayant un très petit diamètre, peuvent être tenus très minces et être encore assez solides pour résister à la pression atmosphérique extérieure quand le vide s'opère dans l'intérieur de ces mêmes tubes. Te! est le principal mérite du système de condensation de Hall que nous allons exposer.

Bail admet d'abord qu'une surface métallique de 2800 pouces carrés est suffisante pour condenser 60000 pouces cubes de vapeurpar minutes, quand la pression de cette même vapeur ne dépasse pas de quatre livres par pouces carrés la pression de l'atmosphère, cette quantilé de tioooo pouces cubes étant celle qui correspond à la force d'un cheval.

L'auteur admet aussi que la quantité de tubes réfrigérans doit être de 5o par force de cheval, leur diamètre intérieur d'un demi pouce, leur longueur do trois pieds, enfin

DE LA CONDENSATION: 6, que la quantité d'eau froide à injecter, doit être pour cette même unité de puissance, de 10 gallons (45,43 litres).

Fig. 44) A, est le cylindre à Tapeur ; B fig. 44) et 45 est ' e tuDe ordinaire qui conduit la ■vapeur au condenseur. C, fig. 44 ct 45 ('a fig. Z|5 reproduit sur une plus grande échelle le condenseur) est une section du condenseur ou réfrigérant. D, D, des mêmes figures est une citerne (au travers de laquelle s'établit le courant d'eau froide) contenant les surfaces métalliques en forme de tubes a, a, a, lesquels sont ouverts pour recevoir la vapeur arrivant du cylindre moteur. E , E et F sont deux chambres ou capacités, communiquant ensemble par les tubes a, a, a, adaptés aux deux plateaux b, b, auxquels ils sont fixés, a, a, fig. 46, représentent l'extrémité des tubes, et b, b, les portions de plateaux auxquels ils sont fixés. S, S, sont des viroles presse»

étoupes. V, V, sont des petites capacités occupéespar de l'éloupcouducoton. Il est évident que la position verticale des tubes a, a, n'est pas indispensable, et que la position horizontale peut encore convenir, y est une surface métallique disposée dans la chambre E, E f percée d'une infinité de trous rapproché! ,

destinés à distribuer également la Tapeur à chacun des tubes a, a. G estun tube qui établit une communication entre le fond de la capacité F et la pompe à air H , fig. 44- Cette pompe est semblable à la pompe à air et ù eau dont on se sert communément dans les machines à. Tapeur ordinaires. I, I, sont deux tubes destinés à. conduire le courant d'eau froide à la citerne D, D, avec laquelle ils sont en communication au moyen des tubes c, c; cette eau arrive de la pompe J, par le tube Z. K, K, sont deux tubes semblables à I, I, avec des embranchemetis d , d, semblables à c, c, pour conduire l'eau en dehors de la citerne. Il faut observer, que la pompe ou tout autre appareil employé pour produire le courant d'eau froide au travers de la citerne, doit être adapté aux tubes K , K, et agir sur l'eau par exhaussion et non par pression. Les tubes I, I, peuvent aussi simplement prendre l'eau d'un réservoir, laquelle s'introduira dans le condenseur par la pression atmosphérique. L , M, fig. 44 et 45, est un tube carré qui traverse la capacité E, E; ce même tube est traversé par une série d'autres pelils tubes, tels que e, e, de la même manière que la citerne l'est par

DE LA CONDENSATION. 69 les tubes a, a, a. Voici maintenant comment cet appareil fonctionne.

Quand la machine esten action, la vapeur partant de la chaudière arrive au cylindre moteur, et après dans la chambre E, E, par le tube B. Passant ensuite au travers des tubes a, a, a, de la citerne, l'eau qui résulte de la condensation tombe et s'écoule dans la chambre basse, F et se rend à la pompe, H, par le tube G; le vide se produit dans les deux chambres aussi bien que dans les tubes a, a, a; l'eau de condensation se rend ensuite dans le tube carré, L, M, en se mettant en contact avec les petits tubes e, c, qui le traversent; elle s'échauffe ainsi avant de repasser à la chaudière par les tubes N et O.

Voici maintenant les moyens qu'emploie l'auteur pour distiller la portion d'eau nécessaire pour réparer les pertes résultantes et inséparables du travail de la machine, ainsi que pour profiter de la vapeur qui s'échappe par les soupapes de sûreté.

P, fig. est ce qu'il appelle le vaisseau distillateur; il est en partie plongé dans la chaudière, et est en communication avec l'eau froide de la citerne par le tube alimentaire Q. A son orifice supérieur, est adaptée une

jo DE LA CONDENSATION,

valvs k, fixée par une tige à l'extrémité d'un levier l, tandis que l'autre extrémité du le- Tier est attachée au moyen d'un fil métallique, au flotteur m; ce flotteur règle l'introduction de l'eau, et lui conserve la hauteur voulue dans le vaisseau distillateur. R,R, est un tube destiné à conduire la Tapeur qui sort du vaisseau distillateur à la chambre supérieure du condenseur; le même vide qui existe dans cette dernière capacité, se produit également dans le vaisseau distillateur, et il en résulte que l'eau soumise à une température de aia degrés Fahrenheit (roc cent.) , l'est encore au vide en question , ce qui augmente encore la rapidité de son évaporation.

Pour régler ensuite l'introduction de l'eau alimentaire distillée , de manière à conserver le niveau de la chaudière à sa hauteur habituelle, un levier o, o, est attaché a un flotteur, n, au moyen d'un fil métallique qui traverse sa paroi en passant dans une boîte àétoupes.

Le levier o, o, est fixé par son autre extrémité a Un bras p, lequel fonctionne dans l'intérieur du vaisseau distillateur, et est attaché a une valve q, adaptée à l'orifice du tube RR. Far suite d'une pareille disposition, quand le niveau de l'eau dans la chaudière «st trop

DE LA CONDESSATION. 7 é

bas, le flotteur n, s'abaisse, et il en résulte l'ouverture de la valve q; dès-lors Févaporation se produit jusqu'à ce que l'eau qui en résulte, renvoyée à la chaudière par 4a pompe à air, reproduit le niveau à sa hauteur habituelle , et fait ainsi remonter le flotteur. Quand ce dernier, par son élévation, ferme la valve, l'évaporation ou la distillation est suspendue. Il est évident que la vapeur du vaiscau distillateur sera condensée par sou passage au travers de la citerne, et que l'eau distillée qui en résultera, s'ajoutera à celle produite par les fonctions de la machine, et que toutes deux passeront a la chaudière pour l'alimenter. II est superflu de dire que les valves, qui règlent d'elles-mêmes l'entrée de l'eau et la sortie de la vapeur du vase distillateur, peuvent être remplacées par des valves ou des robinets à main.

Nous allons maintenant décrire l'espèce nouvelle de soupapes de sûreté que M. Samuel Hall emploie pour ne pas perdre la vapeur qui s'échappe par elles.

a, a, fig. 4?j est un cylindre placé concentriquernenl à l'égard d'un autre b, b. Tous les deux sont liés par leurs fonds, de manière à former un espace annulaire eutr'eux.

Cet espace est destiné à contenir du mercure. Un troisième cylindre renversé c, r, plonge sa partie débouchée dans l'espace annulaire" , et est maintenu dans sa position au moyen d'un levier supérieur d,d, suspendu par des tringles, ( l'une d'elles est indiquée par des lignes ponctuées, e). Les cylindres a, a, et b, b, sont assujettis sur un autre cylindre f, f, ou tubulure qui est bouchée à sa base , mais qui communique cependant avec la chaudière, h, i, est un tube ouvert par les deux bouts, et joint par un d'eux au cylindre f, f; l'extrémité s'étend, comme on voit, dans l'intérieur de f, f. I, l, est une valve plate, destinée à glisser contre l'orifice i, au moyen d'un guide ni, fixé en î; n, est une petite ouverture pratiquée au centre de la valve l, l, qui est fermée par une autre valve o, destinée à glisser dans le châssis i, t, fixé sur le derrière de la valve /, /; p, est une tige attachée à la valve o; et q, est une seconde tringle fixée à la valve /, /■ Ces deux tringles sont guidées dans leur jeu, en passant dans des ouvertures de même calibre pratiquées dans la traverse r, r, qui est fixée au sommet intérieur du tube renversé c, c; et chacune d'elles est munie eu dessus de la tra-

DE LA CONDENSATION. : î Verse r,' r, d'un écrou. L'ouverture A, du tube h, i, est liée à un autre tube qui sert à établir la communication avec la chambre supérieure du condenseur ; c'est le tube S, fig. 44- Quand la pression de la vapeur n'excède pas l'habituelle, les valves conservent la position indiquée dans les fig, 44 et 4? , et le cylindre renversé appuyé par le levier supérieur, reste en place; mais quand cette pression dépasse sa limite habituelle, au point de soulever le levier d, d, le cylindre renversé se soulève par la même raison , la valve o suit le même mouvement, débouche l'ouverture n, et la vapeur excédante passe au condenseur. A cause du chemin perdu , existant entre la traverse r, r, et l'écrou de la tringle q, la valve /, /, ne se soulève pas encore; mais si la pression de la vapeur continue à s'accroître, cette dernière valve est soulevée , et débouche une large ouverture au passage de la vapeur. Quand cette dernière a repris sa tension ordinaire, le cylindre renversé retombe à sa place , ainsi que les valves /, /, et 0 ; par ce moyen la vapeur qui s'échappe de la soupape de sûreté est utilisée; au lieu d'être expulsée dans l'atmo-

îî DE LA CONDENSATION,

sphère , elle retourne à l'état d'eau distillée dans la chaudière- Avant que Hall produisît son système de condensation, on en avait déjà essayé en France de semblables. On avait même éprouyé que la condensation était plus prompte quand les courans de vapeur intérieurs et les courans d'eau froide extérieurs étaient opposés dans leurs directions. On s'est aussi convaincu dans ces derniers tems, que l'eau aérée était beaucoup plus apte à refroidir les tubes refrigérans, et celas'explique facilement par l'énergie évaporatoire de l'eau en pareille condition de mélange; il résulterait de cette dernière expérience que l'intérieur des tambours ou de là charpente demi-cylindrique, qu'on adapte ordinairement sur les roues à aubes des bateaux à vapeur, afin de se préserver des éclaboussures d'eau qu'elles soulè- Tcnt incessamment, serait une place très favorable pour l'installation d'un système de condensation à sec. Telle est du moins l'idée de M. Séguier, déjà si connu par ses essais persévérons et multipliés, et ses ingénieuses découvertes dans les machines à vapeur appliquées aux arts , ù l'industrie et a la navigation.

DE Là COMB0STION. 7S