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Dans la table qui précède ^ les températures correspondantes aux tensions de plus de a4 atmosphères, ont été calculées par la for-

mule *« — — - oùe^ exprime Félasticîté en o,7i8j *

atmosphères 5 et /^ la température à partir de 100 degrés, eu prenant l'interyalle de loo"* pour tiiiftté. On a de fortes raisons pour croire que l'erreur ne serait pas de i* à 5o atmosphères.

Les auteurs des expériences dont nous tenons de donner les résultats, éprouTèrent beaucoup de difïicultés à faire monter la pression au-dessus de ao atmosphères, et ils ne purent, atec leur appareil, dépasser celle de a4 atmosphères.

jDeux inductions paraissent deyoir en être tirées : i! qu'il y a plus de garanties contre les explosions arec les chaudières des ma* chines 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 Tapeur sont éproutées à une pression triple de celle qu'elles sont appelées à supporter dans leurs footctioQS habituelles. Une chau-

35 I>E LA YAPEtJR.

dière destinée à produire de la Tapeur à 8 atmosphères , doit résister à une pression d'é« preuye de 94 9 tandis que celle à basse près* sion , qui ne doit fournir qu'une vapeur tendue à plus d'un cinquième d'atmosphère, n'est éprouYée qu'aux 7 d'une pression atmosphérique. Or, nous avons tu plus haut combien, à mesure que la pression" s'élevait, il était difficile de raugmenter>davantage , puis« que 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 , q)iie dans celle où Ton agit avec une pression plus élevée. Toutefois , hâtons-nous de le dire , les unes et les autres rentrent dans les conditions communes 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 particu-»

lière.

filais, si dans les cas cités 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 argumens pour démontrer combien l'emploi de

De là YAPEUll. ^7

la Tapeur à haute pression est désaTantageuse sous le rapport de l'économie du combustible. En effet , dans Tappareil dont nous avons parlé plus haut , et qui a servi ù. obtenir les pressions élevées de vapeur ^ on n'en dépensait pas 9 aucune machine n'était mise en mouvement avec elle , et ses fonctions se bornaient à appuyer sur le mercure des manomètres : or 9 si à mesure que la pression et la température s'élevaient , Tappareil 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 a4 atmosphères.

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

On a déjà vu, d^ ailleurs, à Tartîcle 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 (pii existent entre le corps ^chauffant et le corps chauffé.

Or, on arrivera d'autant mieux au cas d'é- ^ilibre , qu'on agira aTec une pression plus tendue, et par conséquent ayec une plus haute température. Il y aura donc plus de calorique perdu 9 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 TQinpre, autant que possible, l'équilibre des températures, en alimentant les chaudières •dans la partie intérieure de leur capacité qui reçoit la dernière impression du feu , ou la ))lus petite somme de chaleur (i).

(i) Une faute que nous n'avons pas eu le tems de redresser s'est glissée à ce sujet dans le Manuel du Chauffeur , dont Timpression a précédé celle de cet ouvrage de quelques semaines.

Voyez dans ce Manuel le paragraphe quicomiaence à la i8« ligne de la page ax , et qui semble prescrire le contraire de ce que nous venons d'indiquer. Mais cette faute 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 prés indifférent d'alimenter les chaudières à Tori- ^e des fourneaux ou au terme des carneaux :

dans l'un et l'autre cas, l'eau alimentaire établit une différence de température avantageuse à la pénétra^ tion du calorique. Toutefois l'abaissement de température qui résultera de l'idimentalion à l'extrémité

Parmi tous 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 sut ce que les dépôts ou les incrustations salines dans les chaudières, sont beaucoup plus considérables et plus adhérens au métal que dans celles des machines à basse pression. Les chaudières à hautepression , pour résister à l'effort qu'elles doi-- Tent 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'aToir recours à des démontages fréquens,presque toujours destructeurs et touti^-fait inconciliables arec un service régulier. D*an antre côté, ces appareilséraporatoires à 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 carncanZy peut occasioner un abaissement de température dans la fumée ou les gaz qui s'échappent pac la cheminée , et compenser ainsi par la dimînn-' tien de tirage, Tarantage qui peut résulter de l'équililire rooapu d«Bt nous avons parlé ci-dessus.

4o DE LA VAPEUR,

tites capacités ou bouilleurs cylindriques plus ou moins multipliés ; quelquefois c'est la flamme qui circule dans Tintérieur de ces tubes j quelquefois c'est l'eau destinée à engendrer la vapeur. Dans ce dernier cas, toutes ces petites capacités doivent communiquer entr'elles par des tubulures qui servent en outre de points d'appui, et la flamme ou l'air échaufijè circule en dehors et tout autour de ces capacités. Or, il arrive quelquefois que celles de ces capacités qui sont les plus voisines 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 désofdre de l'appareil est prèsqu'à son comble. Alors si l'alimentatioD 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 secous^ ses. L'eau revient ensuite se mettre en contact avec le métal surchauflé, repoussée de nouveau^ elle va encore occuper la partie la moins chaude de l'appareil, pour retourner f09uit« à sa première place, psu^ secousses >

OE LA VAPEUR. 4t

quand un nouyel effet de condensatian a lieu.

Les Américains , si partisans autrefois des machines à vapeur à haute pression , commencent à les abandonner aujourd'hui. £t en- Angleterre, depuis long-tems, on a reconnu les désaraotages attachés à l'emploi de ces machines. Le peu de connaissances ou d'ex* périences que nous possédons sur la chaleur latente de la Tapeur d'eau à haute pression , et sur sa densité .en pareille circonstance^ rendent très contestables les argumens des calculs théoriques qui ont servi à démontref 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 voitures locomotives qui, déjà très chargées par le poiris d'un appareil simple, delà quantité d'eau nécessaire à la production de la vapeur, ne sauraient encore transporter avec elles l'appareil de condensation et la provision d'eau indispensable ù cette œuvre ^ dont la quantité doit être au moins a4 fois ~ plus grande.

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

rïi.:

peuvent en résulter sont presqu 'annihilées , 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 de la vapeur à trois atmosphères , dans les machines de Woolf, à deux cylindres et à détentes , est susceptible de discussion ; car la 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 7 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 faire mouvoir une seconde machine, de moindre force sans doute, mais dont la puissance pourrait s'ajouter à l'effet principal. La perte de ce cinquième d'atmosphère est d'autant plus notab le, qu'elle est relative à des cylindres d'une très grande capacité, telle qu'il lés faut pour Temploi de la vapeur à bass»

pression.

^.'-i&jUSJI

Quand on fait bouillir de Teau dans un yase ouyert, la vapeur s'échappe dans l'atmosphère pendant l'ébullition^ et on remarque que cette vapeur et Feau du vase ne dépassent jamais la température de loo* centigrades, quelle que soitd'ailleurs Fintensitédu feu et le tems de Tébullition. 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 vapeur d'eau saturée à 100° de température était de 4^0 degrés. Mais la moyenne de beaucoup d'expériences faites après Black , a donné pour la chaleur latente de la vapeur à 100°, la quantité de 54o degrés. Or, si à ces 540 degrés on ajoute les 100* qui ont été employés à ramener l'eau à l'état d'ébullitîon on aura 640 pour la chaleur tant sensible que latente , que contient la Vdpeur d'eau.

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

44 DE LA yjLVEVK.

chaleur tant talente que sensible 5 contenue dans un poids donné de vapeur, est la même dans tous les cas, sous n'importe quelle tendpérature ou quelle pression elle soit formée. Ainsi donc, il suffit de retrancher la température sensible de la vapeur d'eau de 65o 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 vapeur d*eau ne contiendrait plus du tout de chaleur latente ou de vaporisation.

Quand on chauffe un peu d'eau dans un vase fermé qu'ait jpi 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; enGn, à 100 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

dense et plus tendue. Â 122 degrés^ la pression est double de ce qu'elle était à 100^ et à j45 degrés enyiron^ elle est quadruple; sa densité croît à peu de chose près dans le même rapport (i). L'accroissement de l'élasticité de la Tapeur paraît être sans bornes^ car elle finit toujours par faire éclater les Tases les plus résistans. L'effort qu'elle exerce sur un centimètre carré de surface à i45 degrés^

(1) La densité de la Tapeur a été calculée sur la supposition qu'elle se comportait par la pression comme l'air et les gaz secs , dont la dilatation commune est de —j pour chaque degré centigrade. Voici quelques résultats êe calcul , en admettant qu'un volume d*eau à ioo<* occupe un espace 1700 fois plus grand à l'état de vapeur, ce qui ne s'écarte pas beaucoup de l'évaluation de M. Gay-Lussac.

Pression Densité de la vapeur ,

en atmosphères. celle de l'ean étant i.

1 ; o,oou855

2 0,001 ll4

a, ••• • e,ooi 367

4^ o,ooa3oo

5 • o,ooa56a

S^ o,ooa73a

6 o,oo3o5o

iÇ DE LA VAPEUR.

est de 4^1 kilogrammes, et celui qu'elle exerce à iSi*", est dç lo k. 55. Tandis que la pression de Tair atmosphérique pour cette même température relative à cette pression , n'est que de i k. o55 , par centimètres carrés de surface, c'est-à-dire qu'elle est égale à celle de la yapeur à loo 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 nécessaire pour 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 hermétiquemeut bouché, et qu'on abaisse la température, une partie de cette vapeur reprendra la forme liquide^ tandis que le reste

DE LA VAPElTR. 4^

descendra à la tension et à la densité relatiyé 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 Tase qui ne contient que de la Tapeur. Alors la Tapeur s'échauffe sans se charger d'une plus grande quantité d'eau ; sa densité est in- Yariable^ et son élasticité ne s'accroît que dans le rapport commun à tous les gaz, c'est-àdire de 0,00375, pour chaque degré centésimal.

L'expérience a aussi appris que quand l'air est mélangé aTec ki Tapeur, il prend un toiume égal à celui de la Tapeur, et que cette dernière a la même densité que celle qu'elle doit ayoir au degré de température da l'air ayec laquelle elle se trouve en contact ^ et que par là l'élasticité de l'air est augmentée de celle de la Tapeur.

Nous aTons «déjà dit que dans un Tase ouvert, la température de l'eau ne peut s'élcTer au-dessus de 100°, et que dans les Tases bouchés elle peut s'éleTer à peu près indéfini** ment.*

liais il en est autrement si le Tase est percé d'uoe petite ourerture. Dans le cas où Tou-*

yerture est assez petite pour qu'il s'échappe moins de yapeur qu'il s'en forme, l'élasticité et la température doivent croître sans cesse , mais plus lentement que quand le yase est entièrement fermé. Comme la vitesse d'écoulement augmente avec la tension, il doit y avoir un terme où 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 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 con'ttucteur de calorique, au milieu de l'air atmosphérique, par exemple, qui tout mauvais

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

Les expériences sur récoulemcnt 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 a»'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 flotteur qui indiquait par son abaissement la quantité 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 difTérentes plaques percées de trous de plusieurs calibres.

Les parois intérieures de la chaudière avaient une surface de 364,ooo millimètres carrés (487 pouces carrés), et elle contenait pendant l'expérience 10 litres d'eau, (10 kilogrammes) qui recouvraient une surface de 190,000 millimètres carrés, (254 pouces carrés).

^ la première expérience, cette chaudière fat exposée à un feu très yif.

Les températures maxima pour diTerse5 ouvertures furent celles-ci.

Pour une ouverture de 36 mill. carrés. io5<*,5 cenlig.

Id de 18 ii5,o

Jd de 9 1 38,0

Jd, ..... de "hii^S Il 2,0

' Jt/. de 12a 101,0

ïd de 490 100,0

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

(1) On pourrait être surpris que iSi pouces carrés de surface de chauffe vaporisent un tiers de kilogramme en une minute, et que par suite, 762 ponces carrés 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 carrés de surface de chauffe, ne vaporisent qu'un kilogramme d'eau ; mais cela se conçoit, puisque la chaudière était entièrement exposée à l'action d'un feu très ardent.

Peut-être y a-t-il erreur à conclure de ces expériences qu'il passe toujours la même quantité de chaleur avec la vapeur, lorsque la surface de la chaudière et le feu restent leis mimes» £n effet > la pénétration

DE LA VAPEUR. le

D'après les expériences précédentes , il pa* raît que F eau ne peut pas s'échaufifer au-delà de 101% quelqu' actif que soit le feu, quand l'ouverture par laquelle la vapeur s'échappe, n'est que la ■— partie de la surface de chauffe; au-delà de lia degrés quand Touverture en est la ^^ partie; enfin au-delà de i38 degrés, quand cette ouverture en est la 77;— 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 stalionnaire à loi degrés sous les diverses ouvertures. Ainsi donc, Télaslicité 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 équilibres de températures, on ne peut pas douter que quand la température du feu reste toujours la même , il y a moins de chaleur absorbée par une chaudière dont l'eaa est à i58<> de température , et par conséquent production moindre de vapenr que lorsque Teau est à la température de 100 degrés , puisque dans ce dernier cas, la différence de chalenr entre le corps chaufftnc et le corps chauffé e«t pins grande.

5a DE LÀ VAPEUR.

était lente, ou moins il s'en formait, parce

^e 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 iS"^ carrés.

54' 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 suivans :

Pour 105", il faut i5 minutes.

no 8,1

ii5 6,1

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

1 kilogramme de vapeur à 110 degrés.

Tw*r'^-' w«i I iw0m^m0mmms

emploie 4 d'après la table ci-dessus, 8 ; minutes ou 5 10 secondes pour s'échapper; à 110 degrés , la densité de la Tapeur est de o,ooo8o5; ou un mètre cube de Tapeur à cette température, pesant o,8o5 kilogrammes, le Tolume de la Tapeur sera de ~ ^S^ à 7 de mètre cube ; telle est la quantité de Tapeur qui passera en 5io secondes, par une ouTerture de 9 millimètres carrés.

Si l'ouTerture aTait un mètre carré, il s'échapperait une colonne de Tapeur de 7 de mètres ; mais comme elle n'a que ''" -■ °"'' de mètre carré (car 1 mètre carré Taut 1000000 millimètres carrés) , le jet de Tapeur doit aToir liiiim X 7 de mètre de longueur, ce qui par seconde de tems équivaut à un jet de 1^11211 X i X l- = 272 mètres de longueur; c'est-à-dire que la vitesse d'écoulement est de 372 mètres 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 Teine se contracte.

En appliquant la théorie aux expériences de M. Christian, on trouTe un accord près- t que parfait dans les résultats : surtout en i^ant égard à la quantité additionnelle qui

■■ m i «p «1 ij[ ^ Il i p -

est due & la contraction de la veine fluide dont nous Tenons de parler.