IF
ou 25 litres d'eau par seconde. La consommation d'eau réelle serait probablement plus grande, parce que le refroidissement par surface nécessite toujours deux ou trois fois plus d'eau qu'il ne serait nécessaire rigoureusement. Mais il faut remarquer que dans une machine marine de 1 ,000 chevaux bruts, à condensation directe, la consommation d'eau est d'environ 120 litres par seconde. Elle n'atteindrait probablement pas ce chiffre dans la machine de M. Lemoine.
Enfin, en examinant les dispositions qu'il serait possible de donner à cette machine, on reconnaît que la place occupée serait d'environ -
500m. cubes pour jgg cylindres refouloirs et les réservoirs,
Soit 1^ = O-^^SS par cheval utile.
Le mécanisme moteur occuperait le même volume que dans une ' machine à vapeur. L'encombrement d'une machine à air chaud du système que nous venons d'examiner ne serait donc pas supérieur à celui d'une machine ordinaire. La consommation de combustible serait moins élevée, par conséquent Tespace occupé par l'approvisionnement de charbon serait moindre. Ces assertions sont peutêtre en contradiction avec ce qu'on enseigne communément, mais nous ferons remarquer qu'on n'a jamais fait d'essais sérieux sur une grande échelle avec des machines à air chaud bien construites. La machine d'Ericson, qui a toujours servi de point de comparaison, a le grand mérite d'avoir été la première machine, mais elle n'est pas la plus parfaite.
Quand on établit le parallèle, au point de vue de l'encombrement entre les machines à air chaud et les machines à vapeur, il arrive souvent qu'on néglige le volume des chaudières à vapeur. C'est là un oubli qui fausse le résultat de la comparaison. En tenant compte des' chaudières, comme on doit le faire, on trouve que le volume
194 MÉCANIQUE mDUSTRIELLE.
occupé est à peu près le même, et quant au poids par clievai, il est probablement moindre avec les machines à air chaud.
Deuxième exemple. — On demande d'établir une soufflerie^ capable de fournir 11 mètres cubes djair par minute pour ralimentation d\m haut fourneau au charbon de bois produisant 4,000 kilog. de fonte par jour. La pression du réservoir d^air est de 5 centimètres de mercure.
Ici, la machine de M. Lemoine fonctionnera à l'air libre, et on se bornera à envoyer l'air comprimé par le refouloir dans le réservoir d'air désigné parla lettre (fig. 29). Supposons qu'on fasse 30 doubles courses par minute.
On aura :
/; = 10,oOOS
On fera
Le volume à comprimer par tour de volant, a pour mesure
On posera donc (équation H5)
d'où
Tel sera le volume du refouloir. On pourra le constituer avec un cylindre de 1",30 de diamètre et 0",61 de course libre.
La quantité de chaleur consommée par tour de roue aura pour valeur (équation 123) :
(/;— •mP)lognep-
La chaleur correspondant au travail utile a pour expression (équation 124) :
Aû/t(P-p)(|-m)
Le rendement calorifique de la machine serait donc
= 0,50 environ,
Ce rendement est extrêmement élevé et il montre quelappareil de M. Lemoine serait utilement employé pour remplacer les souffleries et les ventilateurs. Ces appareils donnent généralement dans l'industrie une très-mauvaise utilisation de la chaleur dépensée. En ce qui concerne les ventilateurs notamment, on ne peut guère estimer leur rendement calorilique à plus de
de la chaleur reçue par les chaudières.
Il y a là tout un ordre d'essais très-importants à tenter, et qui nous paraissent renfermer de sérieuses chances de réussite.
od. Emploi de la détente dans la machine A air chand de
H. Lemoine. — Dans la machine à air chiud, telle qu'elle a été décrite par M. Lemoine, et qui nous a paru avoir assez d'intérêt pour motiver tous les développements dans lesquels nous sommes entrés, noua avons fait voir que l'emploi de la détente était difficile, parce que la température de l'air comprimé est la même que celle de l'air non comprimé, et que la délente amène toujours un abaissement de température qui, ici, ne serait pas compatible avec les données du système.
Supposons maintenant qu'on fasse passer l'air comprimé qui se rend dans son réservoir, à travers un conduit chauffé extérieurement par une source de chaleur à température constante, par exemple, par un courant de gaz chauds provenant des flammes perdues des foyers. On pourra ainsi élever à une température 6 la température de l'air comprimé et cela sans qu'il en coûte rien. En
cet état, cet air comprimé pourra être détendu de la pression P à une pression moindre P' donnée par la relation (équation 33) :
a4-e/P\ a-Hf^VP7
Dans ces conditions, un volume d'air Y pris à la pression P et à la température t, qui aurait donné un travail utile égal à
pourra fournir, par suite de son échauffement de t à 6, un travail plus grand. En efTel, son volume est devenu
V(fl-f-e)
A la fin de la délente, l'air sera à la température I et à la pression P', son volume sera par conséquent
VP F'
Le travail de la pleine pression aura pour expression :
PV^±?.
a-ht
Celui de la détente est donné parla formule (31) dans laquelle il faut faire la pression initiale égale à P, la pression finale égale à F, le
il I A
volume initial égal à V ; par conséquent, ce travail sera
(équation 31)
PV
Enfin, la contre-pression du réservoir inférieur est représentée pur
Par conséquent, le travail utile a pour valeur :
(l'iO)
DES MACHINES Â AIR CHAUD. i97
Maintenant supposons que la pression puisse être abaissée dans la détente jusqu'à devenir égale à p, pression du réservoir inférieur. Dans ces conditions, la machine donnera son maximum de rendement. On fera partout P' = p, on déterminera la température 6 de la surchauffe parTéquation (128) :
a-f-Q __/Pv a-^t \p)
(tSO)
et l'équation (i29) nous donnera après réductions, en tenant compte de Téquation (130), la valeur du travail mécanique :
^=fèïPv(i=-;). (131)
expression très-simple.
Si la pression P a été calculée pour donner le minimum d'encombrement, nous avons vu qu'on a généralement (éq. 127)
Par conséquent, si Ton tait i = 15% la température sera donnée par l'équation
2754-Q /, .ixo.»
âTSTlK"'^^'**^ '
et l'on aura 8 = 44^ Une pareille surchauffe, qui n'est que de 29®, est bien facile à réaliser.
Le travail obtenu par un volume V d'air non surchaufi'é et produisant seulement la pleine pression a pour valeur (équation 124
PV/'l Ç\=0,29PV.
Hh"'
La surchauffe permettra de pratiquer la détente, et d'utiliser le travail déterminé par l'équation (131) :
La surchauffe ferait donc gagner une quantité de travail égale à 0,055 PV, soit à 19 pour 100 du travail disponible sans sur-
198 HËGANiQOE INDUSTRIELLE.
chaufre. Comme elle peut fifre obtenue sans nouvelle consommation de chaleur, il nous a paru intéressant de signalerce résultat.
S4. Machlae A «Ir ch«*d de M. twmmAM. — M. Kranchot a fait
figurer à l'Exposition universelle de 185S, èi Paris, une machine
à air chaud dont la construction repose sur l'emploi des toiles métal'iques. Le Tonclionnement de celle machine présente une irès-grande simplicité.
^.^-1 Deux cylindres verticaux AB (fig. 561, égaux
f/ . /X ou inégaux, sont munis chacun d'un piston et actionnent un même arbre, mais de manière que leurs manivelles soient à angle droit (fig. 57). La manivelle du cylindre A est en aeanae de 90* sur la manivelle du cylindre B; par conséquent, lorsque le piston A est au haut de sa course montante, le piston B n'est qu'au milieu de sa course montante ; lorsque le piston A est au milieu de sa course descendante, le pislon B est au haut de sa course montante, etc.
Le cylindre A est chauffé par les flammes d'un foyer F et maintenu de la sorte à une température que nous supposerons' con-
Fis. M.
D£S MACHINES À AIR GUAUD. 199
slante et que nous appellerons T. Le cylindre B, au contraire, est entouré d'une chemise dans laquelle circule un courant d'eau froide, qui maintient sa température constante; nous rappellerons t. Les deux cylindres communiquent Tun avec lautre, tant par le haut que par le bas, au moyen de deux tuyaux GG remplis de toiles métalliques. Enfin, les deux cylindres et leurs tuyaux sont remplis au commencement d'air atmosphérique comprimé à la pression p et à la température t.
Ce remplissage doit se faire dans le moment où les manivelles passent aux angles de 45^ et i35" (fig. 58), c'est-àdire quand le volume total AB compris au-dessus des pistons est ^al au volume total A'B' compris audessous des pistons.
Désignons par Q la section de chaque cylindre, nous les supposons égaux ;
2L, la hauteur d'un cylindre ;
2, la longueur de chaque tuyau GG ramené à la section Q, de manière que Kk soil le volume du vide de chacun de ces tuyaux.
Le poids de Tair renfermé dans chacune des capacités du dessus et du dessous des pistons, sera (équation 19)
(2L-4-/)û/^ R(fl-l-0
Supposons la machine en marche et voyons ce qui se passe.
Le cylindre A est rempli d'air chaud à la température T tant dessus que dessous.
Le cylindre B est rempli d'air froid à la température t.
Prenons, par exemple, le piston A au bas de sa course. Il monte et il refoule, par cela même, l'air chaud qui le remplissait, en le forçant à traverser les toiles métalliques sur lesquelles il dépose de la chaleur. En même temps que le piston A monte, le piston B, qui n'était qu'au milieu de sa course descendante, continue à descendre, appelle derrière lui de l'air venant des toiles, et qui arrive dans le cylindre B à la température t.
Au-dessous du piston A, il se passe un phénomène contraire. Le vide fait sous ce piston, à mesure qu'il s'élève donne accès à de l'air qui vient du cylindre froid après avoir traversé les toiles métalliques auxquelles il a emprunté de la chaleur. Lorsque cet air arrive dans le cylindre A, il est déjà à la température T.
Ainsi, quand Pair va du cylindre froid au cylindre chaud, il s'échauffe en traversant les toiles ; quand il va du cylindre chaud au cylindre froid, il dépose sa chaleur sur les toiles. Les tuyaux GG sont donc remplis da toiles métalliques dont la température va en décroissant de T à ^ depuis la section voisine du cylindre chaud jusqu'à la section voisine du cylindre froid.
La pression exercée sous les faces inférieures est la même pour les deux pistons. Celle exercée sur les faces supérieures est également la même, et c'est l'avance angulaire de la manivelle du
cylindre chaud qui permet au mouvement de se produire, de continuer et de déterminer, après un tour complet, une certaine production de travail mécanique.
Si Ton suppose, par exemple, les pistons occupant la position de la figure ci-contre (fig. 59), c'està-dire le piston chaud au milieu de sa course et le piston froid
au point mort ; il est clair que le piston A déterminera le mouvement. Pour bien se rendre compte du fonctionnement de la machine, il est nécessaire de le soumettre au calcul.
Soit C (fig. 40) la position du bouton de la manivelle du piston chaud. Soit a Tangle qu'elle a parcouru depuis le haut de la course. Considérant la bielle comme infinie, on aura pour le chemin parcouru par le piston chaud :
L(i — COSa).
Pour avoir le chemin parcouru par le piston froid, compté à parlir du même point de départ, c'est-à-dire à partir du sommet de son cylindre» il suffit de changer a en (a — 90*), ce qui donnera :
L(l — sina).
Fig. 59.
Fig. 40.
Calculons la pression x qui règne dans la capacité du dessus des pistons. Pour cela écrivons que le poids de cet air est égal à celui qui y a été introduit primitivement. On aura pour le poids d'air renfermé dans le cylindre chaud
aL(i — cusa).r pour le poids d'air renfermé dans le cylindre froid
nL(i — sina).r
Quant à Tair renfermé dans les ioilcs, soit co la section réelle du tuyau, A sa longueur totale, X une longueur variable, le volume élémentaire sera
(ûd'k.
Ce volume est rempli d'air à une température qui dépendra de la position du point considéré. Le poids d^air contenu dans ce volume élémentaire est donc
oidlx
et le poids total aura pour expression :
•A dl
ux rA.
Supposons que la température varie uniformément d'un bout à l'autre du tuyau. On pourra écrire :
0=f+(T-Ox'
Par conséquent, le calcul de l'intégrale / se fera ainsi
ft>.r TA d). a)^ /*A
R jo ôTê" iT / ^
rf>
-^(-^(T-Ox
o}X\ , a-hT Û/.Z , /a-4-T\
=R(T3r)'°8"''P5T7=ïï(T3ô'°«"^p [^-
202 MËCANIQUE INDUSTRIELLE.
Tel sera le poids d'air contenu dans la conduite. Nous pouvons maintenant écrire l'équation que nous avions en vue :
ûL(i — cosa).r ûL(l — sina) air . fa-hT\
H (a -ht) '
Posons
7?=Wl,
(1 — m)L ° ' m m el b étant deux quantités connues, et il viendra :
L6 — sina — mcosa ^ '
On aura la pression y qui règne dans la capacité siluée au-dessous des pistons en changeant dans la valeur de a;, sin « en — sin a, cos a en — cos a, ce qui donne :
^ L fr -h sin « -H- m cos a'
La pression variera entre des limites assez étendues qu'il est intéressant de déterminer. Le numérateur de x étant constant, ses maximum et minimum auront lieu quand la dérivée du dénominateur sera nulle, c'est-à-dire pour
— cos a -h w sin a = 0,
tanîra = — ,
d'où
SUla = --=, COSa=:
Par suite, le maximum de x sera
.r=jp
L b — v'I-t-wi"
et le minimum } (155)
L t-j-yl-f-m'
Fig. 41
DES MâGBINES a air CHAUD. 203
L'un est plus grand de p, l'autre est plus petit.
Calculons maintenant le travail mécanique développé sur Tarbre pendant une rotation infiniment petite da.
La force GA (fig. 41) qui sollicite la manivelle du piston chaud, est égale à
Cette force peut se décomposer en deux forces CV, CU, Tune tangentielle, l'autre normale à la circonférence du bouton de la manivelle. La force normale ne produit aucun travail, la force tangentielle CV
a{x — ^)Lsin0r,
produira un travail élémentaire :
q{x — y)Ls\nada,
On obtiendra le travail élémentaire produit par le piston du cylindre froid, en changeant a en (a — 90'), ce qui donne :
— a{x — y)hcosada.
La somme de ces quantités représentera le travail moteur élémentaire correspondant à une rotation da, savoir :
ah(x — y) (sina — cosa)da.
Cette expression est nulle lorsque a; = y, ou bien lorsque sin a=cosa. Ceci nous démontre que la machine aura quaire points morts. L'équation x=y donne :
tang«= — -, m
ce qui correspond à deux positions, une dans le deuxième et une symétrique dans le troisième quadrant.
L'égalité sin a = cos a donne tang a=l, laquelle est satisfaite dans les deux positions a = 45^ et a = 225^.
L'intégrale
aL / (x — y) (sina — cos«)d«,
nous donnera le travail moteur total effectué dans un tour de
l'arbre.
Il faut maintenant se rendre compte de la ^JEEZIIIMI consommation de chaleur de la machine et de
son rendement calorifique.
Considérons le cylindre chaud (fig. 42) . Pendant que le piston parcourt l'espace infiniment
^'^' **' petit MN = dzy Tair qui y est renfermé est à
la pression x au-dessus du piston et y au-dessous. L'air du dessus produit un travail dont l'équivalent calorifique est
en appelant tfV l'accroissement de volume de cet air. Hais puisque la température reste constante, on a
xdS=z — \dx = — QzdXj formule où
2 = L(1 — COSa),
la chaleur reçue par cet air est donc
— kùzdx,
et la chaleur totale fournie par le foyer pendant une période complète, aura pour expression :
«-jr-
kQ,zdx,
Nous avons doublé parce que la chaleur fournie au-dessous du piston est égale à celle fournie au-dessus. La chaleur enlevée par le réfrigérant aura une expression analogue :
2ir
kCLzdx^
formule où
2 = L{1 — sina).
La valeur de peut s'écrire :
Q=2Aû r ''— 3rfz=2Aû Ç '^LOîOSa— l)dx = 2AnL / " cosarfr — 2AqL / dx.
Cette dernière intégrale est nulle, car la pression x a la même valeur au commencement et à la (hi de chaque période. La valeur de Q se réduit donc à
Q=2AiiL / cosadjc.
En intégrant par parlies, on a
/ COSa(lx = xCOSOL-h 1 xsillacfa,
X cos a a la même valeur pour a = et pour a = 2?:, on a donc seulement
Q=2AaL I xsmadu. x v-^^
On trouvera de même
Q' = 2AqL / a:C0Sada.
Remplaçons dans ces intégrales x par sa valeur (équation 152) :
et posons
tangy=:m,
On aura
siii('/. -4- ?) smu cos^ COS f
C0Sa=C0S(M — -ç»),
da=du.
Par suite de ces substitutions, les valeurs Q etQ'dcvicndionl
^ «. ft» fv r^''sin(M — (p)du Q=:2Aa«(2L + / / -j—^ ^— oosy,
r/=r.2Aaw(2LH-/) / 7 — ^^ ^ — cosî;.
Développant les sinus et les cosinus, on aura :
sin tidu /^ï: . cQsudu
bcoso — sinu'
. i r^- - sin vdu /^r. .
Q = 2Aû7>{2L-f /) / cos*«>7 : / sinocosç»
^ \Jo ^ bcostp — sinti Jo
\ /»2i: . sinudu n^r^ ^ cosudu \
Q'=2Aûi;(2L4-/) / sinocosç» ^ : h / cos'oy : — ?•
'^ \Jo bcosf — siuu Jo ' ocosç> — sinwï
La seconde intégrale de chaque membre peut être calculée immédiatement, car on a
/cosudu , ,, . .
T : — '= — lognep.(6coscf) — smu), e^cosy — smw o r \ r
sin u ou sin a h- 9, ayant la même valeur aux extrémités de la période, cette intégrale est nulle. Les valeurs de Q et Q' se réduisent donc au premier terme qui est multiplié pour Q par ces 9 et pour Q' par sin 9 cos 9.
En divisant Q' par Q, on a
Or m est égal à =, ; on a donc pour le rendement calorifique de la machine :
C'est le rendement théorique parfait. La machine de M. Franchot réalise donc les conditions du maximum de rendement théorique. C'est le résultat principal que nous avions en vue d'établir. Quant au calcul du travail moteur, et des quantités de chaleur fournies par le foyer ou reprises par le réfrigérant, il dépend du calcul de rinlégrale :
f'^TT sinudu Jo icosy — sinM*
On a d'abord :
sinw . bcos(^
bcosf — sinM icosy — sinw'
Posons
D£S MACHINES A AIR CUAUi. 207
Nous aurons
sinu=7 :, au =
et la question est ramenée à la recherche de l'intégrale ;
26cos<p dz
— du
6cosy-
dz "j
Le second membre est une différentielle parfaite ; on peut donc intégrer, ce qui donne :
sinvdu
bcosf — sinu
bcosv = — u-\ =. arctang ' ^
Aux limites U et (2^) cette intégrale se réduit à
/. i fv'^»cos> — 1 )
V fr*COS* f
On a donc pour l'expression du travail moteur :
G==2ûp(2LH-/)|cos*y — sinycos^|x27r ]--=:^?Ll==— 1 [
(v^*cos*^ — 1 )
Remplaçant partout Tangle 9 par sa valeur en fonction de m, il vient enfin après réductions :
(5 = 47rnj»(2L + /) li^^) [^==L== - ri. (154)
M. Combes, qui a donné dans son Exposition des principes de la théoHe mécanique de la chcdeur^ une étude de la machine Franchoti
a calculé graphiquement le travail moteur avec les données suivantes :
d'où
et il a trouvé :
En introduisant ces données dans nos formules, on trouve :
è^ 1,747, et pour le travail moteur :
S = 2,96;ui.
La plus grande pression x donnée par la formule (135) sera, dans l'exemple que nous avcnris choisi,
et la plus petite
Si la pression p élait d'une atmosphère, on aurait ;
Pression maxima 5*S82
Pression mininia * 0"S77
Mais on pourrait adopter une pression initiale plus forte, et dans ces conditions, la machine donnerait une grande puissance sous un assez petit volume.
Par exemple, pour p=^''\ avec les données que nous avons choisies, une machine à deux paires de cylindres de l^jSS de diamètre faisant 20 tours à la seconde, la machine développerait un travail de
2 XggX 2,96 X 20,600'' Xl, 84 = 75,0(W'",
par seconde, ce qui correspond à une force brute de 1,000 chevaux-vapeur. L'encombrement d'une pareille machine serait d'environ 1 mètre cube par force de cheval, chiffre inférieur à celui
D£S HÂGlilNES A AIR CUAUD. 209
des machines à vapeur marines ordinaires, en y comprenant, bien entendu, les chaudières.
Ainsi que nous l'avons déjà dit, la machine de M. Franchot présente rinconvénient d'avoir quatre points morts à chaque tour. C'est un défaut important auquel il serait possible de remédier en partie, en accouplant sur Tarbre moteur une autre paire de cylindres ayant 90* d'avance sur la première paire.
L'exécution de cette machine qui nous offre un emploi intéressant et nouveau des toiles métalliques nous parait possible, toutefois elle ne serait pas exempte en pratique de certains inconvénients qui jouent un rôle capital dans la question des machines à air chaud. Le cylindre chaud est exposé directement aux flammes du foyer, et il arrivera souvent que des coups de feu brûleront les garnitures des pistons et les matières employées au graissage. En ce qui concerne les garnituies du piston, cet inconvénient ne se présente ni dans les machines d'Erieson, ni dans celle de M. Lemoine.
Autre inconvénient. Lorsque la machine s'arrêle, manœuvre fréquente et obligatoire sur certaines machines et notamment dans les machines marines, l'air n'est plus renouvelé le long des parois du cylindre chaud, et sa température peut s*élever outre mesure. Enfin, la marche en arrière est à peu près impossible dans la machine de M. Franchot, à moins d'une modification complète. Ce sont là des défauts pratiques qui n'enlèvent rien au mérite intrinsèque du système, qui est celui d'offrir un emploi extrêmement économique de la chaleur. C'est surtout dans les machines à marche lente et continue, par exemple, dans les machines d'épuisement des mines, que le système de M. Franchot pourrait être appliqué avec avantage.
85. Machine &alr chaud de M. Bcloa, — Jusqu'à présent OU s'cst
surtout préoccupé de perfectionner les machines proprement dites afin de mieux utiliser la chaleur fournie parles foyers ; la machine de M. Belou a un autre but, c'est celui d'éviter cette perle de chaleur considérable qui a lieu par les cheminées et qui est emportée par la fumée dans l'atmosphère. Dans les appareils de chauffe les plus perfectionnés, cette perle de chaleur s'élève encore à 30 pour 100 de celle que développe le combustible. Pour la première
310 UËUNIQUE INDUSTRIELLE,
machine Ericson, la perle s'élevait à 61 pour 100. En général, elle est d'autant plus grande que l'air ou les gaz qu'on échaufTe circulent plus rapidement te long des parois, et il faut s'attendre à trouver généralement un moins bon coelïîcient d'utilisation dans les appareils de chaufre des machines à air chaud que dans les chaudières des machines à vapeur. Cela lient à la plus grande conductibilité de l'eau et aussi à sa plus grande capacité caloriliquepour an volume donné.
Dans la machine de M. Belou, le foyer est placé (fig. 4â) dans une enceinte FG où régne une pression élevée, et ce sont les gaz provenant de la combustion qui sont ulilisês comme moteur. Concevons
une machine à cylindre horizonlalA, actionnant une pompe à air G montée sur la mémo lige de piston. Cette pompe à air B lance l'air atmosphérique dans un conduit C qui débouche sous le foyer F. Une autre partie de l'air comprimé débouche dans la chambre de combustion par un cdndiiit D au-dessus du foyer. Le mélange d'air brûlé et d'air simplement échauffé arrive dans un réservoir G où l'équilibre de température s'établit. C'est dans ce réservoir que le cylindre moteur A puise l'air chaud qui met en mouvement la machine. Après avoir travaillé à pleine pression, puis à détente, l'air est expulsé dans l'atmosphère.
DES MACHLNES A AIR CHAUD. tiH*
L'iiilroduction du combustible dans le foyer est faite au moyen d'une trémie KL placée au-dessus de la grille et qui communique avec elle par Tintermédiaire d'une chambre d'équilibre E fermée par deux tiroirs T, T à la main du chauffeur. La houille étant versée dans le compartiment K, on ouvre le tiroir T ; la houille tombe dans le compartiment E. Cela fait, on ferme le tiroir T, et Ton ouvre le tiroir T'; la houille tombe alors sur la grille, et le chargement est opéré.
Nous allons faire le calcul de l'utilisation théorique d'une pareille machine.
Soit :
0"* la température de Tair atmosphérique;
T la température de Tair chaud dans le réservoir G ;
t la température de cet air à la fin de sa compression dans le cvlindre B ;
n le poids d*air employé par kilogramme de combustible développant une quantité de chaleur égale à H ;
P la pression dans le réservoir G;
p la pression atmosphérique.
Le travail de compression de l'air froid dans le cylindre B donne lieu à une production de chaleur, et la température de l'air s'élèvera pendant la compression de à en vertu de l'équation 55 :
a \pj ^ ^
Cet air continuera à s'échauffer en traversant la grille du foyer. Sa température s'élèvera à pression constante de 8 à T. Il aura donc absorbé une quantité de chaleur égale à
TrdT — ô),
c étant la capacité calorifique à pression constante.
Comme ici, toute la chaleur a été fournie par la combustion d'un kilogramme de combustible, on peut poser
H = 7rc(T— ô), (J3G)
ce qui donne le poids % d'air à employer par kilogramme de com*
â12 MÉCANIQUE INDUSTRIELLE.
bustible^ en fonction de la température T, qui est imposée par les limites pratiques. Il ne semble pas, en effet, que Ton puisse employer dans les cylindres de Tair à plus de 280"*, et encore celle température est-elle fort élevée.
L'air introduit dans le cylindre moteur exerce son travail mécanique de pleine pression et de détente. Pendant la détente qui pourrait se prolonger jusqu'à ce que la pression fût devenue égale à la pression atmosphérique, la température s'abaisse et descend à t, en vertu de Téquation 53 :
a-+- t \pj
Au moment où l'air est rendu à Tatmosphère, il emporte une chaleur interne égale à
(c^ capacité calorifique à volume constant), et, en outre, la quantité de clialeur correspondant à la contre-pression
en appelant V^ son volume â la température t et sous la pression atmosphérique p, mais il ne faut pas oublier que lors de son introduction dans la pompe de compression B, l'air exerce un travail mécanique utile dont l'équivalent calorifique est
en désignant par V son volume à la température 0*. La chaleur perdue est donc réellement
Or on a (éq. 19) :
;;Y = na,
d'où l'on lire :
/>(Vi-V) = lU,
el
Ay^Vi — V) = AIU,
OU à cause de Tëgalité (20)
c — Ci = AR,
Par suite
On a pour la chaleur utilisée, en tenant compte de l'équation 136,
n—(y=n—rct=\\—J^.
Le rendement calorifique aura pour expression : soil, à cause des équations 155 cl 136,
C'est la formule du rendement absolu entre les températures T et t.
Exemple. — Supposons la pression P de 5 atmosphères et la température T de 280°. On aurait d'abord pour le rendement calorifique (équation 138)
Dans ces conditions, un kilogramme de houille produisant 7,000 calories donnerait un travail théorique de
7000 x424'^"X 0,57 =1,098,000 kilogrammètres,
tandis que dans les bonnes machines à vapeur ordinaires un kilogramme de houille ne produit guère que
120,000 kilogrammètres,
c*est-à-dire 9 fois moins.
La températare 6 de Tair comprimé par la pompe serait (équation 135)
Celle de l'air qui s'échappe dans l'atmosphère après avoir
214 MÉCANIQUK INDUSTRIELLE.
donné toute la détente dont il est susceptible, serait (équation 137)
On aurait pour le rapport de détente (équation 26)
C'est dans cette proportion que le volume de l'air se dilaterait pendant la détente.
Enfin le poids d'air employé par kilogramme de combustible serait (équation 136) :
et son volume
j--^ = 192 mètres cubes d'air (à 0» et 0",76 de mercure).
Levolumed'airpratiquement nécessaire pour la combustion d'un kilogramme de houille, est, d'après M. Péclet, de :
Il faudrait donc introduire dans le réservoir onze fois plus d'air
que ne l'exige la combustion, et le^j seulement de l'air traverserait la grille.
Enfin, la consommation d'air par force de cheval, serait
soit 13 litres.
Les capacités des cylindres moteurs et de compression seraient entre elles comme
a-+-^ et a-hO".
soit comme 1,26 est à 1.
Le volume du cylindre moteur serait donc de 16,4 litres et celui du cylindre compresseur de 13 litres par force de cheval-vapeur. Un cylindre moteur de 1,000 chevaux aurait un volume de 16°% 40. Ce volume serait nécessairenient divisé entre plusieurs cylindres.
Il est néanmoins considérable, et il y aurait intérêt à le réduire, même au préjudice du rendement, en ne poussant pas la détente aussi loin que nous l'avons supposé.
Les calculs précédents démontrent que la machine de M. Belou présente de bonnes conditions de rendement au point de vue économique. Comme place occupée, les appareils de M. Belou ne seraient pas plus encombrants que les appareils à vapeur ordinaires, mais leur défaut principal provient d'une autre cause. Les gaz résultant de la combustion entraînent des cendres et des produits empyreumatiques que des toiles métalliques ou autres expédients n'arrêtent qu'incomplètement. Les gaz qui affluent dans le cylindre moteur sont donc mélangés à des impuretés qui encrassent les parois, augmentent les frottements et finissent par user promplement les surfaces en contact. La hante température de certaines masses d'air qui n'ont pas pris exactement la température commune dans le réservoir, aggrave encore ces inconvénients en brûlant la garniture des presse-étoupes. Par tous ces motifs, les appareils de M. Belou dont le principe est très-rationnel n ont pas pu donner encore de résultats pratiques.
86. Maciiiiie A gaz dite moteur lienoir. — Depuis le Commencement de ce siècle, un grand nombre d'inventeurs se sont occupés de perfectionner la machine à gaz dont l'ingénieur Lebon avait conçu le principe en même temps qu'il découvrait le gaz d'éclairage en 1799. Dans ces dernières années, en 1860, M. Lenoir prit un brevet pour la construction d'une nouvelle machine à air chaud utilisant comme source de chaleur la combustion du gaz d'éclairage. Les moteurs Lenoir se sont répandus en assez grande quantité dans la petite industrie.
La machine Lenoir (âg. 44) ressemble à une machine à vapeur horizontale ordinairç, le cylindre possède deux tiroirs : l'un pour l'introduction d'un mélange d'air et de gaz contenant 92 parties en volume d'air atmosphérique pour S parties de gaz d'éclairage, l'autre pour Tévacuation du mélange gazeux quand il a produit tout son travail moteur. Lorsque le piston part du fond A (fig. 45) du cylindre, le mélange s'introduit dans le vide formé derrière lui, et quand il arrive au milieu de sa course, une étincelle électrique jaillit entre les pointes de deux fils de platine portés par un isola-
316 MËCAMQUË IMflUSTRIELLK.
leur a el communiquanl l'un avec une bobine d'induclion par le
lil CD, l'aiilre avec le métal du cylindre. L'étincelle détermine une
explosion pendant laquelle le gaz d'éclairage est brûlé et 'transformé partie en acide carbonique, partie en vapeur d'eau. Le
mé'ange gazt'ux se trouve subitement porté à une température élevée, sa presi-i'm s'élève et atteint 5 ou 6 atmosphères. Il chasse
le piston devant lui, se détend dans le cylindre, et s'échappe enfin dans l'atmosphère par le tiroir d*échappemenl, un peu avant que le piston ait terminé sa course. Les choses recommencent de la même manière lorsque le piston revient à son point de départ.
L'inflammation périodique du mélange gazeux est déterminée par un distributeur tournant mis en mouvement par la machine elle-même. Quant à l'introduction de Tair et du gaz, elle se fait à robinet ouvert par la simple aspiration produite par le piston.
Pour mettre la machine en marche, il suffit d'ouvrir le robinet de gaz, d'appuyer sur le volant de manière à faire avancer le piston de la moitié de sa course. Immédiatement, la diambre formée derrière le piston se remplit du mélange préparé dans la boîte à tiroir, rétincelle l'enflamme et le mouvement continue de lui-même.
La température qui se produit au moment de l'explosion est Irès-élevée, et serait capable de brûleries huiles et les garnitures, si Ton ne prenait la précaution de refroidir les parois par un courant d'eau froide qui circule dans une enveloppe autour du
cylindre.
Les moteurs Lenoir sont de la force de ^ , 1 , 2 et 5 chevaux.
Les avantages du système consistent dans l'instantanéité de la mise en marche, la facilité d'arrêter la machine, l'absence du danger d'explosion et d'incendies. La machine présente cette particularité importante qu'elle ne consomme du gaz et par suite du combustible que lorsqu'elle fonctionne; cette condition a une grande valeur pour les petites industries. On a reproché à ces moteurs de s'arrêter quelquefois sans motif apparent. C'est généralement lorsque l'étincelle ne jaillit pas que ce fait se produit. Mais il est attribuable, soit à l'insuffisance du graissage ou du courant d'eau extérieur, soit à un mauvais entretien des piles électriques et des conducteurs. Lorsque les différentes parties de la machine sont dans un bon état d'entretien, et il faut bien le dire, cet entretien doit être très-soigné, les arrêts brusques se reproduisent rarement.
La machine Lenoir a été soumise à des essais méthodiques au Conservatoire des arts et métiers. Nous décrirons succinctement,
d'après M. Armengaud aîné, les résultats obtenus sut une machine ayant un cylindre de 0™,24 de diamètre et O'",!^ de course.
La dépense de gaz s'est élevée de 2,699 à 5,252 litres de gaz par force de cheval et par heure, mais la consommation en marche régulière s'est élevée à
2700 litres par cheval et par heure.
La meilleure utilisation correspondait à un peu moins.de la force d'un cheval, la vitesse du volant étant de 107 tours par minute.
L'indicateur de pression a démontré que la pression décroît très-rapidement après l'étincelle. 11 y a à re moment comme une espèce de choc. L'inflammation a un retard sensible sur l'instant 011 jaillit l'étincelle électrique.
La proportion de gaz en volume par rapport au volume total a varié de 6 à 8 pour 100. Il faudrait une proportion de 15 pour 100 pour déterminer la combustion complète de Tair atmosphérique, mais cette proportion élevée aurait des inconvénients pratiques réels au point de vue de la marche. La proportion de 6 à 7 pour 100 est suffisante pour donner une combustion presque complète.
La consommation d'eau s'est élevée à 120 litres par heure et par cheval. Cette eau sortait du cylindre à une température inférieure à 100**.
Les résidus liquides du cylindre renferment de la vapeur d'eau, de l'acide nitrique, de l'ammoniaque, de l'oxyde de fer, de l'acide sulfurique. La présence de ces divers corps s'explique par les effets de l'étincelle électrique sur l'air atmosphérique, et sur le gaz d'éclairage, qui renferme toujours des sulfures.
Au moyen de ces données d'expérience, on peut analyser les divers éléments de la marche du moteur. Le gaz d'éclairage développe par la combustion 6,000 calories par mètre cnbe. D'après cela, calculons d'abord la température produite au moment de l'explosion.
La densité du gaz d'éclairage est à peu près égale à celle de Tair atmosphérique. Son poids est de 1"',270 le mèlre cube. Combiné avec 5 volumes d'oxygène pesant 3 x 1,4298, il produit 2 volumes d'acide carbonique pesant 2 X 1 ,977 et un volume de va-
DES MACHINES A AIR GIIÂUD. *2i9
peur d'eau pesant 2 x 0,622. La combinaison a lieu en vertu de l'équation chimique :
CH -f- 50 = CO' -h HO
1 vol. o\o\. 2 vol. 2 vol.
Si l'on emploie la proportion de 7 pour 100 de gaz et 93 pour 100 d'air, le mèfre cube du méliinge pèsera avant la détonation :
0,07xtS570-f-0,93xlN29r,= l'',2915.
Après la détonation, il contiendra un poids de vapeur d'eau égal à
En raison de l'instanlanëité de Texplosion, on peut dire que réchauffement du mélange a lieu sous volume constant. La capacité calorifique du gaz à volume constant est constante et égale, ainsi que nous Tavons vu, à 0,1685. Celle de la vapeur d'eau varie avec la température (équation 98), mais quand la température dépasse un certain degré, elle tend vers une valeur constante égale à
La capacité calorifique squ^ volume constant du mélange après l'explosion résultera de la n^wine suivante :
Le développement ^|^HRr sera de
X 6000 = 420 calorios,
et la tempé^|^yS*élèvera de
xomprend d'après cela avec quelle facilité se forment les rôts de cambouis dans l'intérieur des cylindres des moteurs Lenoir. Cette température élevée ne dure, il est vrai, qu'un instant car le réfrigérant absorbe immédiatement la plus grande partie de la chaleur, mais il suffit qu'elle se reproduise souvent pour
220 MÉGANIQUE INDUSTRIELLE.
amener la combustion rapide des matières employées au graissage. D*après les données d'expériences indiquées plus haut, la chaleur absorbée par le réfrigérant est d'environ :
120x100 = 12,000 calories.
par cheval et par heure, et comme la chaleur résultant de la combustion est de
2'»s700x6000= (6,200 calories,
le réfrigérant emporte plus des -. de la chaleur fournie.
La détente n'a guère lieu que sur la moitié de la course. En réalilô, on pourrait la pousser beaucoup plus loin, puisque la pression initiale s'élève d'après Texpérience à 6 atmosphères. Cette pression est égale à celle qui est indiquée par la théorie, car le mélange gazeux ayant conservé le môme volume avant comme après l'explosion, on a pour la pression n, évaluée en atmosphères après l'explosion (équation 19) :
n R(fl-+.T) 275 + 1560 i Rfa-hO" 275 '
d'où
La consommation de "gaz correspond, ainsi que nous l'avons vu, à un développement de 16,200 calories par force de cheval et par heure, soit l'équivalent de
16,200 xAU = 6,868,800 kiiograramètres.
Un cheval-vapeur donne 270,000 kilogramme! res par heure, par conséquent le rendement calorifique réel de la machine est de
La consommation de 16,200 calories par cheval et par heure, équivaut à celle de
16,200 .,^,., -35^,sou2kilogs
environ de houille par cheval et par heure. Les machines à vapeur de petite force consomment généralement davantage.
Malgré des imperfections évidenics, le moteur Lenoir offre donc un emploi économique de la chaleur. La conception a le mérite d'une grande simplicité, mais elle présente des inconvénients pratiques qui rendraient le système inapplicable à des machines d'une cerlainepuissance. Le graissagedeTappareil notamment occasionne des soins continus à cause de la haute température de l'explosion, c^est pourquoi il serait utile de la faire dans un réservoir spécial, et de n'introduire les gaz dans le cylindre que lorsque mélangés avec de l^air froid, ils auraient acquis une température de moins de 250"* ou
SOG"". On supprimerait ainsi le réfrigérant, qui emporte inutilement
les j de la chaleur dépensée^ et dont le fonctionnement est une
des sujétions de la machine. Cette modification introduirait certainement des complications dans le système, mais elle procurerait une économie de gaz importante. Il faudrait aussi prolonger la détente qui, dans Thypothèse d'une pression initiale de 6 atmosphères, pourrait être poussée jusqu'au degré 3,57, en vertu de l'équation 26 déjà souvent rappelée :
Les machines à gaz seraient alors notablement améliorées, et il est probable que la consommation de gaz diminuerait de moitié.
Dans les conditions où elles sont placées à Paris, les machines enoir coûtent à peu près le même prix d'entretien que les machines à vapeur. Leur prix d'acquisition et d'installation est un peu moins cher.
87. CondllloiM théoriques et pratiques que doivent remplir les
maeiiiiies à air ehand. — Lcs éludcs de cc chapitre uous Ont montré que les machines à air chaud satisfont toules à la loi commune des moteurs thermiques. Dans chacune d'elles, l'air dilaté par une source de chaleur, puis délendu sans addition ni soustraclion de chaleur, est ensuite refroidi par un récepteur ou condenseur et rejeté dans l'atmosphère, ou bien comprimé à froid et ramené vers la source initiale. Dans ce dernier cas, la masse d'air
'in MÉCANIQUE INDUSTRIELLE.
employée comme moteur est toujours la même. Nous avons démontré que les paquets de toiles métalliques jouent à peu près le rôle de condenseurs, de sorte qu'on pourrait distinguer les machines à air chaud en machines à condensation et machines sans condensation ; cependant cette classification ne serait peut-être pas bien rigoareuse, en ce sens, qu'une machine sans toiles métalliques peut donner un rendement supérieur à celui d'une machine à toiles métalliques. Les conditions à remplir pour obtenir le maximum de rendement dans une machine à air chaud, sont les suivantes :
1" La température de Tair pendant son contact avec la source de chaleur doit être égale à la température de la source. Une chiite de chaleur entre la source et le corps diminuerait d'autant la valeur de la chute totale de chaleur (T — t) qui entre au numérateur dans la formule du rendement (équation 59).
2** Toute la chaleur fournie par la source doit entrer dans la masse d'air, soit pour augmenter sa chaleur interne, soit pour produire du travail mécanique ; toute quantité de chaleur fournie qui n'aurait pas ce but, ne concourait pas au phénomène mécanique et constituerait une déperdition sans profit.
3" La masse d'air doit prendre de la chaleur à la source supérieure et en verser dans le récepteur. Il faudra éviter qu'elle abandonne sa chaleur à d'autres corps que le récepteur. En effet, la température de ces corps serait nécessairement plus élevée que celle du récepteur, sans cela il y aurait avantage à les prendre eux-mêmes pour récepteur. Par conséquent, t serait augmenté
dans la formule du rendement ( ^p ) cl le rendement diminue-
rait proportionnellement.
4° Pour le même motif, la température de la masse d'air devra être égale à celle du récepteur pendant son contact avec lui.
5° Lorsque Tair se dilatera entre la source et le récepteur, c'està-dire sans addition ni soustraction de chaleur, la détente sera poussée aussi loin que le permettront les conditions physiques du système.
6° Il y aura avantage à comprimer l'air froid sortant du récepteur et à ramener sa température, par le fait de la compression, au niveau de celle de la source de chaleur.
Ces conditions théoriques sont soumises à des restrictions pratiques qui ont pour effet de diminuer le rendement et qu'il faut savoir apprécier. Elles ont été la principale cause de la multiplicité des types de machines à air chaud qui ont é(é successivement proposés ou essayés. La plupart de ces systèmes sont établis dans de bonnes conditions théoriques, mais chacun d'eux comporte des inconvénients pratiques qu'on n*cst pas encore parvenu à éviter complètement. Il est vrai de dire que les inventeurs n'ont presque jamais eu les moyens d'expérimentation nécessaires pour étudier ces difficultés et les résoudre. A part les machines d'Ericson qui ont été construites en grand et employées indus! riellement sur des bateaux, nous ne pensons pas qu'aucun des nouveaux systèmes ait été essayé en France. Or nous savons combien les machines d'Ericson sontimparlailes comme conception théorique et pratique. Il reste donc encore un vaste champ libre pour l'expérimentation, et il est à regretter que quelque grand industriel ne se soit pas encore imposé la tâche de résoudre définitivement le problème des machines à air chaud, problème dont les éléments théoriques sont aujourd'hui parfaitement connus, et auquel il ne manque pour être achevé que quelques données prati(|ues probablement faciles à trouver.
Parmi les difficultés inhérentes aux machines à air chaud, il faut placer en première ligne la difficulté d'obtenir une température constante de Tair chaud dans les cylindres, et d'éviter la combustion des matières employées au graissage.
De quelque manière qu'on opère, il faut toujours avoir recours à un cylindre dans lequel se meut un piston. 11 y a donc des surfaces de solides en mouvement relatif, et, par conséquent, des frottements. On obvie à cet inconvénient par le graissage avec des matières lubrifiantes. Mais ces matières se décomposent ou perdent leurs propriétés spéciales à des températures peu élevées. 250° à 280* paraissent les limites supérieures auxquelles il soit possible d'élever la température de l'air chaud dans les cylindres, sans enlever au graissage toute son efficacité. Il convient de dire que même en restant dans des limites plus restreintes, les matières lubrifiantes ne fonctionnent pas avec l'air chaud aussi bien qu'avec la vapeur d'eau. La vapour émulsionne ks matières grasses;
et augmente leur adhérence aux parois du cylindre tout en diminuant leur coefficient de glissement. L'air chaud a plutôt une tendance à oxyder les matières et par suite à les solidifier.
La découverte d'une nouvelle matière pour le graissage des cylindres à haute température serait une œuvre capitale, dont la portée serait immense, car nous ne saurions trop le dire, rimpossibilité de marcher à des températures élevées tient umquemetit à Vabsence de moyens de graissage.
Dans les n^achines actuelles, par exemple, dans les moteurs Lenoir, les graisses sont constamment brûlées. L'entretien est difficile et dispendieux et cependant nous avons vu que Teau qui circule autour du cylindre dans le moteur Lenoir entraine les trois quarts de la chaleur dépensée. Il est de toute nécessité d'avoir une température constante qui ne sera jamais dépassée.
Aux basses températures du récepteur, on a à combattre des inconvénients analogues mais beaucoup moindres. Le graissage ne s'opère plus dans d'aussi bonnes conditions. Il est d'ailleurs impossible de descendre au-dessous de 0^ sous peine d'amener la congélation de la vapeur d'eau que l'air atmosphérique contient toujours en petite quantité, et de provoquer des engorgements dans les conduites ou des grippements dans les cylindres.
Pour ces divers motifs on peut assigner les limites de 280" et 0* comme les limites pratiques extrêmes auxquelles il paraisse * possible, dans Télat actuel de l'industrie, d'établir des machines à air.
On reproche aux machines à air chaud d'être très-encombrantes et d'exiger de grands cylindres et des conduits de grand diamètre. D'après ce que nous venons de voir, il est difficile de pousser réchauffement de l'air au delà de 280**; or, si Ton prend une masse d'air à 0** et qu'on la porte à 280**, sans changer son volume, sa pression sera augmentée dans le rapport de 1 à 280** X 0,003667 ou 2,025. Ainsi la pression aura seulement doublé. Si elle était originairement d'une atmosphère, elle s^élèvera à 2 atmosphères. Les machines à gaz sont donc généralement des machines à basse pression, et leur mécanisme aura, comme celui de ces dernières, grand volume et grand poids. Nous avons vu qu il était possible par un artifice de tourner cette difficulté et d'employer
l'air à haute pression. Il suffit pour cela de porter à 2, .5 ou 4 atmosphères la pression initiale de Tair froid. De cette manière, sa pression s'élèvera par réchauffement au double, c'est-à-dire à 4, 6, 8 atmosphères. Ce moyen est applicable dans les machines Lemoine et Franchot, et, en général, dans toutes les machines où Ton fait resservir la même masse d'air, qui reste ainsi enfermée dans l'appareil.
Quand on compare l'encombrement d'une machine à air chaud à celui d'une machine à vapeur, il ne faut pas oublier de tenir compte de la place occupée par la chaudière. Si l'on fait la comparaison enti*e les deux genres de machines, en tenant compte de cette circonstance, on arrive à se convaincre que les machines à air chaud ne sont pas plus encombrantes que les machines à vapeur actuelles, et qu'elles ne coûtent pas plus cher.
L'air atmosphérique est beaucoup plus subtil que la vapeur; en d'autres termes, il fuit à travers des joints qui seraient étanches pour la vapeur. Pendant longtemps on s'est trouvé dans Timpossibilité de construire des chaudières en tôle rivée d'un assembL^ge assez parfait pour éviter les fuites. Aujourd'hui la chaudronnerie livre des réservoirs en tôle à peu près imperméables. Mais on ne doit pas oublier, dans la construction des machines à gaz, de prendre pour rétanchéilédes appareils, des précautions beaucoup plus minutieuses que s'il s'agissait de machines à vapeur. Les joints des presse-étoupes el les garnitures des pistons notamment doivent être très- soignés.
Dans tous les appareils que nous avons décrits, la surface de chauffe consiste dans une surface cylindrique directement exposée au feu, et chauffant l'air par rayonnement et par contact. En général on n'a pas cherché à établir des courants d'air continus le long des surfaces chauffées, et à préserver ces dernières du rayon- . nement direct du combustible. Nous considérons cela comme une source de graves inconvénients. La surface du foyer tantôt froide et sombre, lorsqu'on vient de charger le combustible, tantôt rouge vif et rayonnant une quanlilé énorme de chaleur, lorsque la combustion s'est étendue dans toute la masse, soumet la surface de chauffe à des températures très-variables. Il se produit fréquemment des coups de feu qui peuvent brûler le métal des parois el
chauffer l'air qui y est contenu à une température bien supérieure à 300''. 11 nous parait utile de disposer les appareils de chaufle, de manière à entretenir un courant d'air constant et uniforme le long des parois, et à chauffer ces dernières au moyen des gaz du foyer, gaz dont la température est assez consiante. La surface directement exposée au feu doit être réduite au strict nécessaire. Aussi le système tubulaire nous parait-il pouvoir être avantageusement appliqué aux machines à air chaud. Les couranis d'air doivent naturellement être dirigés en sens inverse du mouvement des flammes, c'est la loi générale du chauffage dans les chaudières.
La condition que nous venons de poser exclut tout naturellement le chauffage direct du cylindre moteur et entraine comme conséquence la séparation complète de l'appareil de chauffe et du mécanisme. Le système de M. Lemoine réalise heureusement celle séparation si nécessaire.
Le plus grand inconvénient peut-être des machines à air chaud consiste dans la difficulté des arrêts. La masse d'air enfermée dans un appareil, si grand qu'il soit, est toujours fort petite, et si l'on continue à la chauffer pendant que la machine est arrêtée, sa température ne tardera pas à s^élever au rouge en même temps que celle des parois. La résistance de ces dernières décroîtra considérablement, et Tappareil sera en danger d'explosion. Un exemple fera comprendre la portée de celte remarque. Prenons la machine marine du système de M. Lemoine dont nous avons calculé les dimensions. Chaque cylindre réchauffeur a 8™%48 de capacité. 11 contient un poids d'air d'environ
Le poids des parois est à peu près de 1,500 kilog. La consomma^ lion de chaleur est de 62,5 calories par seconde; par conséquent, si Ion arrête la machine, la température du cylindre et de Tair qui y est enfermé s'élèvera à 1 ,000* dans un espace de temps égal à
1500x0,loXi000o-H 32,90x0,1685x10000 .^ .
î ^-r-7T7^ = 00 secondes
5^j,yo
(0,15 et 0,1685 sont les capacités calorifiques de la fonte et de l'air).
Un arrêt de 60 secondes ou une minute est une chose bien fréquente, et cependant celte simple circonstance aura mis la machine dans l'incapacité de fonctionner et en danger de rupture.
Les machines à vapeur ne présentent pas cet inconvénient. La masse d'eau enfermée dans la chaudière constitue un réservoir de chaleur considérable sur lequel on peut continuer l'aclion du foyer pendant un assez long espace de temps sans que la pression s'élève au delà des limites réglementaires qu'on s'est imposées. Si, par exemple, une chaudière à vapeur confient 0'"%25 par force de cheval, chiffre qui n'a rien que d'ordinaire, et que la chaudière reçoive la chaleur de 2 kilog. de charbon par heure, ce sera :
2x8000= 16,000 calories, Soit :
= 64 calories
par heure et par kilogramme d'eau. Si l'on suppose que la machine s'arrête à la pression de 5 atmosphères, sa limite réglementaire étant de 7 atmosphères, l'arrêt pourra durer pendant un temps égal à :
= ~ == O^'^^'^SOTS, soit 4 minutes 40 secondes. 64 '
sans que les soupapes de sûreté soient forcées de s'ouvrir. Si les soupapes viennent à fonctionner, la vapeur s'échappe, la pression est maintenue constante, et la température de la chaudière et des parois ne varie pas. Il n'y a aucune difficulté pour remettre la machine en marche.
Les machines à air chaud présenteront toujours sous le rapport des arrêts une certaine infériorité par rapport aux machines à vapeur, et l'on doit se préoccuper sérieusement de cette difficulté dans leur établissement.
L'existence d'un réservoir d'air chaud qui puisse remettre la machine en marche régulière, lorsqu'elle a été arrêtée, nous parait la conséquence nécessaire de ce que nous venons de dire.
Nous savons calculer le volume d'eau nécessaire pour maintenir
les parois du récepteur à une basse température lorsque la machine comporte un appareil de cette nature. Ce volume est en général assez considérable-. Il importe de le réduire le plus possible en combinant les appareils de condensation de manière à obtenir un grand refroidissement sous une petite surface. Un appareil de cette espèce doit être disposé dans le genre des condenseurs par surface qui sont maintenant employés dans la marine et qui donnent de si bons résultats, que cette amélioration, en apparence secondaire, va probablement produire une révolution complète dans Pindustrie des machines marines et permettre la transformation des machines à moyenne pression usitées jusqu'à ce jour en machines à haute pression. La consommation de combustible se trouvera ainsi considérablement réduite. Cette transformation , actuellement appliquée aux bateaux de la Méditerranée, va s'étendre aux paquebots transatlantiques.
Les condenseurs par surface évitent Topération coûteuse et difficile de Vextractiorij et permettent l'alimentation des chaudières avec de Teau distillée. Leur emploi exige de grandes masses d'eau qui sont mises en mouvement par une pompe spéciale, mais sur certains bateaux on se contente de faire circuler Teau de mer dans les tubes en ouvrant une prise dans la coque du navire. L'eau est restituée à la mer par un second orifice percé à Tarrière. Le condenseur est naturellement placé au-dessous de la flottaison. 11 n'y aurait pas autre chose à faire pour le récepteur, si l'on installait une machine à air chaud sur un bateau.
Telles sont les différentes conditions auxquelles doivent satisfaire les machines à air chaud pour fonctionner pratiquement et donner un bon rendement. Quant à savoir si le rendement des machines à air chaud sera supérieur à celui des bonnes machines à vapeur actuelles, il n'est pas douteux qu'il sera beaucoup plus élevé. Nos meilleures machines consomment 1 kilogramme de charbon par cheval et par heure. Si Ton admet que l'appareil de
chauffe d'une machine à air chaud transmette s de la chaleur dé-
veloppée dans le foyer, que le mécanisme utilise 60 pour 100 du travail mécanique possible, et que la houille produise 7,500 calories, enfin si l'on évalue à 0,50 le rendement théorique absolu, la
consommation d'une machine à air chaud sera dans ces circonstances
270 000"^" ^^- = 0^^M^ par cheval et par heure.
Comme nos hypothèses n'ont rien que d'admissible, il est prouvé qu'on pourrait atteindre, avec des machines à air chaud bien construites tant au point de vue de la théorie qu'au point de vue de ]a pratique, à la consommation extrêmement réduite de 0*", 424 de houille par force de cheval et par heure. Ce serait désespérer du progrès industriel que de croire que ce résultat ne sera pas un jour atteint. La hausse croissante du prix des houilles est pour nous un sûr garant que s'il n*est pas bientôt obtenu, il sera du moins beaucoup cherché, et nous serions heureux si nous avions pu convaincre nos lecteurs qu'au bout de ces recherches on peut trouver un grand succès.
