ABAISSEMENT
DE TBMPiRATUnE
1 parlie.
1 Nitrate d'ammoniaque.
5 Sel ammoniaque. 5 Salpêtre.
1 Sel ammoniaque.
1 Chlorure de potassium.
1 Sulfate de soude crist.
1 Acétate de soude.
il».8
On peut obtenir un abaissement plus considérable de température en employant de la neige ou de la glace pilée au lieu d'eau : dans ce cas la dissolution pour se former enlève en plus la chaleur latente absorbée par la neige ou la glace pour passer à l'état liquide. L'abaissement maximum de température avec tes mélanges correspond au point où la dissolution formée commence à se solidifier elle-même; il s'ensuit que les proportions entre la glace et les sels doivent être telles, qu'il en résulte une dissolution saturée; ainsi 100 parties de neige ou de glace pilée donnent avec les proportions suivantes de divers sels les abaissements maximum de température ci-dessous indiqués :
50 parties chlorure de potassium — 10*,9
25 — sel ammoniac ^15%4
45 — nitrate d'ammoniaque — 16»,75
50 — nitrate de soude — 17»,75
33 — sel marin — 21«,3
Lorsqu*on fait ces mélanges, il faut avoir soin d'opérer avec de la glace pilée très-fin et bien sèche, afin d'avoir le maximum d'effet. On n'opère généralement ainsi que pour produire de très-basses températures, pour différentes préparations industrielles ou de laboratoire ; mais quand on se propose de faire simplement de la glace, on a surtout recours à des
mélanges d'eau ou d'acides et de sels. Le mélange le plus en usage est formé de sulfate de soude cristallisé et d'acide chlorhydrique dans les proportions de 5 de sel et 4 d'acide ; l'opération se fait dans un appareil spécial nommé glacière. Cet appareil est formé d'un yase en bois, ou en métal, recouvert extérieurement d'une matière peu conductrice, comme une étoffe de laine, et dans lequel on place le mélange ; puis on y plonge une boîte métallique, pleine d'eau qu'on veut convertir en glace ; on agite fortement, afin de faciliter la rapide liquéfaction, et par suite l'abaissement de température. Au bout de quelques instants on obtient ainsi de la glace : on estime que par ce procédé la glace peut revenir à 0 fr. 40 le kilogramme.
Machines à glace. — Les machines à glace sont toutes fondées sur ces faits que les gaz en se dilatant, et les liquides en s'évaporant, absorbent de la chaleur. Si on comprime un gaz, il s'échauffe; si, en maintenant la pression, on refroidit ce gaz comprimé, et si on le laisse revenir ensuite à la pression initiale, il absorbe la même quantité de chaleur qu'il avait dégagée lors de sa compression; c'est là le principe mis en action dans les machines à faire la glace au moyen de l'air.
Les appareils fondés sur l'emploi de la chaleur latente de vaporisation des liquides se divisent en deux classes : 1^ ceux qui mettent en pratique les expériences de Lesly ; 2^ ceux qui s'appuient sur les expériences de Faraday.
Machines à air. — On doit à l'Américain J. Gorrie la réalisation d'une machine à glace fondée sur la dilatation de l'air.
L'air comprimé par une pompe étant refroidi par de l'eau est dirigé ensuite dans un réservoir où sa délente s'opère; la chaleur absorbée alors par lui est empruntée à une certaine quantité d'eau entourant ce réservoir, et qui se congèle.
En 1869, Windhausen, de Brunswick, a imaginé une machine mettant en pratique le même principe et qui permet de graduer à volonté la température dans le réfrigérant. Son appareil se compose de trois parties distinctes : la pompe, le réfrigérant de l'air après compression, et le congélateur ou frigorifère.
La pompe à air A (iig. 15) est formée par un cylindre en fonte dans lequel se meut un piston B très-épais qui est actionné par l'intermédiaire d'une bielle et d'une manivelle calée sur un arbre mis en mouvement par une machine à vapeur. Supposons le piston au bout de sa course à gauche et le cylindre plein d'air; en revenant vers la droite, le piston comprimera l'air jusqu'à ce qu'il ait acquis une pression suffisante pour ouvrir la soupape S^ réglée à cet effet, et se rendre par le tuyau T au réfrigérant C. Pendant la compression, l'air échauffé a été partiellement refroidi par un courant d'eau qui enveloppe la moitié seulement de
droite du cylindre, et c'est ensuite dans le réfrigérant C qu'il achève de se refroidir jusqu'à une température voisine de celle de Tenu employée.
Le réfrigérant est composé d'une série de petits tubes en cuivre, parallèles et placés dans le bâti même de la machine :
ils sont reliés à leurs extrémités
par des plaques s
tnbulaires qui par- ^
tagent la caisse ^
formant bâti en J
deux parties dis- J
tioctes C. et C,. I,
Autour des tubes, h
dans la partie C,, S.
circule l'eau froi- 1
de qui soit de ^
l'enveloppe du cy- ■■
lîodre; cette eau |
suit un meuve- f
ment contrarié à ^
dessein par des "S
diaphragmes par- %
ttels disposés en *
chicanes. L'air ^
comprimé, rame- ^
né ainsi à la tem- ^
pérature de l'eau, passe dans les tubes de la partie C, du réfrigérant qui sont refroidis par un courant d'air très-froid sortant du congélateur.
L'air comprimé
étant arrivé à l'extrémité du condenseur C,, et la soupape S, s' ouvrant par le jeu m&ne de la machine, pénètre dans le cylindre, mais cette
fois dans la partie de gauche ; il se dilate alors et par suite sa température s'abaisse. Le cylindre à la fin de la course du piston de gauche à droite se trouve plein d'air très-froid : le sens du mouvement venant à changer, la soupape S^ se ferme par le jeu de la machine ; la soupape S, s'ouvre aussitôt, et l'air se trouve envoyé par le tuyau T dans le congélateur G.
Afin d'éviter autant que possible le réchauffement de l'air dans la portion de gauche, au contact des parois ou au travers du piston, on a enveloppé toute cette partie du cylindre de corps mauvais conducteurs, tels que de la laine ; et le piston est formé de deux disques séparés par des matières isolantes. Le congélateur G est une caisse métallique, recouverte extérieurement de substances peu conductrices, et dans laquelle sont disposés les alvéoles métalliques destinés à renfermer l'eau à congeler. Des lames en zigzag forcent l'air froid à venir lécher les parois directement en contact avec les alvéoles.
Au sortir du congélateur, l'air encore très-froid revient dans le réfrigérant C, autour des tubes dans lesquels se trouve l'air comprimé venant de la partie de droite du cylindre, comme nous l'avons vu précédemment, et là il y a échange de chaleur entre l'air détendu, venant du congélateur, et l'air comprimé. Enfin, l'air détendu est ramené au cylindre dans lequel il pénètre par la soupape S^, et alors il recommence le parcours déjà indiqué. C'est donc toujours la même quantité d'air qui est comprimée et dilatée successivement, dégageant de la chaleur dont l'eau s'empare, et absorbant de nouveau la même quantité de chaleur aux corps qu'on veut refroidir.
Pour assurer le contact intime entre les parois du congélateur et les alvéoles et permettre une rapide transmission de la chaleur, on met un liquide incongélable, tel que de l'alcool, du chlorure de calcium à 25"* Baume, etc.
Il faut que l'air se dilate sous une pression constante dans le congélateur, ce qui est très-important, puisque la chaleur spécifique de l'air se dilatant à pression constante estO,257, tandis qu'elle n'est que de 0,168 quand il s'échauffe à volume constant. Pour réaliser cette condition de pression constante, on a adapté au congélateur une poche en caoutchouc H, qui sert de vase d'expansion en se dilatant ou en se contractant suivant que la pression augmente ou diminue dans le congélateur.
Un artifice particulier permet d'abaisser à volonté la température de l'air et d'opérer à telle température qu'on désire dans le congélateur. Au lieu d'opérer comme précédemment, on ne fait passer qu'une partie seulement de l'air froid du cylindre dans le congélateur ; l'autre partie est envoyée directement dans le compartiment C, du réfrigérant par le tuyau T^ et se mélange avec l'air qui revient du congela-
leur. De cette fagon l'air qui passe dans les tubes du réfrigérant se trouve bien plus fortement refroidi avant sa dilatation que dans les conditions indiquées précédemment. On peut faire en sorte de régler le rapport entre la quantité d'air dilaté qui va directement au congélateur, et celle qui se rend au réfrigérant, et ainsi être maître de la température de Tair comprimé, laquelle sera d'autant plus basse par la dilatation que l'air sem déjà plus refroidi.
Si on envoie 1 partie d'air dilaté au congélateur et n parties au réfrigérant, on aura théoriquement un abaissement de température égal à n fois celui que donnerait la dilatation du gaz sans mélange direct d'air dilaté dans le réfrigérant. On comprend qu'au moyen d'un tiroir disposé à cet effet on puisse régler et connaître à chaque instant le rapport des quantités d'air dilaté qui suivent les deux chemins indiqués.
Dès 1871, Windhausen a construit des machines à glace à air dans lesquelles le cylindre compresseur était distinct du cylindre à dilatation, ce qui était bien préférable au point de vue du rendement. EnGn, ses dernières machines sont pourvues d'une pompe pour injecter de l'eau dans le cylindre compresseur, comme l'avait fait déjà M. Mignot en 1870. Cette disposition est sans doute avantageuse, le travail de la compression étant considérablement diminué lorsque la température de l'air est maintenue basse.
D'après les nouvelles expériences, les machines à air semblent être plus propres à fournir de l'air froid pour l'usage direct qu'à faire de la glace, à cause de leur rendement trop inférieur aux machines à éther et à ammoniaque.
Machines à éther. — Ces machines, fondées sur Pexpérience de Lcsly, ont été imaginées par Shaw, Harrisson, et Carre ; elles utilisent la chaleur latente de vaporisation de l'éther ordinaire qui bout à 35® sous 0",76, pression ordinaire de l'atmosphère. Cette chaleur latente n'est que de 91 calories, celle de l'eau étant de 540.
Les machines se composent essentiellement de trois parties distinctes : 1"* un vase clos dans lequel se trouve l'éther à vaporiser; 2® une pompe aspirante et foulante ; 5® un condenseur refroidi par un courant d'eau froide.
La pompe, mise en mouvement par une machine à vapeur, fait un vide partiel dans le vase renfermant l'éther à vaporiser, et qu'on nomme congélateur. Ce vase est semblable à une chaudière tubulaire ; l'éther qu'il renferme entre alors en vive cbuUition et les vapeurs produites sont dirigées par le refoulement de la pompe dans le condenseur où elles se liquéfient. Ce condenseur est semblable au congélateur, ou formé d'un simple serpentin. L'éther liquéfié est ramené dans le congé* la leur, où il se vaporise de nouveau.
Pour que l'éther puisse se liquéfier dans le condenseur, il doit y être soumis à une certaine pression ; il faut alors que ce condenseur soit fermé au moyen d'un robinet spécial qui permette à la quantité convenable d'éther de s*y introduire en maintenant à l'intérieur une pression déterminée.
La chaleur absorbée par Téther en se vaporisant est empruntée au congélateur, et au liquide dans lequel il est plongé, et qui est une dissolution de sel marin ou de chlorure de calcium. C'est dans cette dissolution saline qu'on plonge les alvéoles renfermant l'eau à congeler ou les carafes à frapper.
Une hélice disposée dans le bac où se trouve le congélateur sert à mettre le liquide en mouvement, et à faciliter ainsi l'échange de chaleur entre l'eau à congeler et l'éther.
Chacune des deux grandes machines de ce genre installées par Riset aux glacières municipales de la ville de Paris peut produire, en marche normale, 100 kilogrammes de glace à l'heure. La pompe de ces machines ayant un diamètre de 335 millimètres et une course de 72 millimètres, marche avec une vitesse de 100 coups de piston à la minute.
L'appareil contient environ 45 kilogrammes d'éther. On obtient ud vide de 0'",65 à 0'",70 et au refoulement dans le réfrigérant une pression de 1 3 à 2 atmosphères, l'eau de réfrigération étant environ à 12^. Le bain de chlorure de calcium, dans lequel plongent les alvéoles renfermant l'eau à congeler, est à — 10°. On évalue environ à cinq chevaux-vapeur la force mécanique nécessaire pour faire fonctionner une de ces machines. La perte en éther occasionnée par les garnitures, la tige du piston et les divers joints de l'appareil est d'environ 125 kilogrammes par an et par machine.
La glace obtenue avec ces machines est très-dure, mais elle est opaque et d'un aspect laiteux qui est dû à l'air emprisonné qui se dégage en bulles infiniment petites au moment de la rapide congélation.
Machines à éther méthylique. — On a cherché à généraliser l'emploi de ce genre d'appareil en substituant à l'éther ordinaire certains gaz liquéfiés, tels que l'ammoniaque, l'acide sulfureux, l'éther méthylique, dont la chaleur latente de vaporisation plus considérable permitd'avoir des appareils moins volumineux.
L'éther méthylique notamment a été introduit dans l'industrie par M. Ch. Tellier, qui a créé pom* l'utiliser d'ingénieux appareils, dont nous allons donner la description.
L'éther méthylique bout à — 30* environ, sous la pression 0*,76 ordinaire de l'atmosphère. A O"" la tension de sa vapeur est de 2 atmosphères 5. Cette grande volatilité du produit nécessite des dispositions toutes spéciales pour son emploi.
L'appareil se compose, comme la machine à éther ordinaire, de trois parties principales : 1" le congélateur; 2** la pompe; 3** le réfrigérant ou îiquéfactour.
Le congélateur A (fig. 16) est une sorte de chaudière tubulaire où Téther métUylique liquide se vaporise : il est plongé dans un vase renfermant une dissolution de chlorure de calcium à 28** Baume, constamment mise en mouvement par une pompe rotative P, et dans lequel on plonge les vases à rafraîchir. Les vapeurs produites se rendent par le tuyau aak la pompe B, qui les comprin^e let les refoule dans le réfrigérant C, composé d*un serpentin en spirale, disposé dans une bâche où il est refroidi par un courant d'eau froide, entrant par le bas de la bâche et sortant par la partie supérieure m. L'éther liquéfié ainsi dans le serpentin arrive dans le distributeur D, qui règle son entrée au congélateur A, où il se vaporise de nouveau.
Pour mettre l'appareil en marche, on commence par faire fonctionner la pompe de façon à expulser l'air le plus complètement possible, par le petit r9binet r^ puis on le met en communication par le.^fpbfpel R avec deux cylindres en fonte EE remplis d*éther méthyliqûe liquéfié préparé à part; cet éther se rend dans le distributeur D, et de là dans le congélateur i puis les vapeurs reviennent à la pompe. On peut ainsi à volonté ajouter de Téther méthyliqûe pour remplacer les pertes qui ont lieu par le fonctionnement de l'appareil.
Ce système présente quelques détails importants au point de vue pratique. Pour éviter les fuites d'éther et assurer une jbonne lubrification de la tige du piston^ on a disposé un graisseur spécjal K' (fig. 16), formé d'une capacité sphérique, mise en communicatioa par en haut et par en bas avec un réservoir d'huile G. La garniture du piston est divisée en deux parties séparées par une bague perforée ; l'huile amenée dans la sphère est sans cesse versée sur la bague, et par conséquent sur la tige du piston. Les vapeurs d'éther méthyliqûe qui pourraient venir de la pompe s'échappent dans la capacité sphérique en traversant l'huile qui la remplit et de là se rendent en haut du vase C, d'où un petit tuyau G| G^ les conduit au tuyau d'aspiration de la pompe.
Pour éviter l'arrivée de l'huile dans le congélateur, on dispose un vase G', dans lequel arrive l'éther à la sortie de la pompe après la com • pression, afin de recueillir les projections d'huile qu'il entraine.
Cette huile peut être facilement extraite au moy(3n d'un robinet placé au bas du vase. De même, le tuyau gg permet d'extraire du fond du frigorifère l'huile qui pourrait s'y trouver entraînée, en la ramenant dans le vase en communication avec le tuyau d'aspiration de la pompe.
Une disposition spéciale de soupape E permet, si, par une cause quelconque, l'éther ne pouvait s'écouler par le distributeur D, d^éviter
un excès de pression dans le condenseur, en ouvrant un chemin nou- Yeau à Téther pour se rendre directement au frigorifère en sortant du condenseur.
Une machine de ce système, pouvant produire par heure 200 kilogrammes de glace, contient une quantité d'éther méthylique de 80 kilogrammes environ. La pompe comprime Féther pour la liquéfaction entre 7 et 8 atmosphères, l'eau du réfrigérant étant de 12 à 15" environ, le bain de chlorure de calcium dans lequel se trouve le congélateur étant maintenu à — 10".
Au lieu de disposer les alvéoles ou les carafes dans le bac même où se trouve le congélateur, on peut installer dans une pièce voisine un réservoir en bois doublé de plomb, portant de petites xloisons verticales, el dans lequel circule lentement la dissolution saline froide mise en mouvement par une pompe. A la sortie du réservoir, cette splution revient d'elle-même dans le bac où se trouve, le congélateur. Les carafes à frapper se trouvent, plongées dans le réservoir et abandonnent peu à peu leur chaleur à la dissoluticgi saline. On peut ainsi séparer complètement la partie mépanjque de la fabrication proprement dite de la glace.
Appareils, Carré. — Les appareils imaginés par M. Carré reposent sur rexpérience. suivante de F^riaday. Si dans Tune des branches d'un tube enU on met du chlorure d'argent saturé d'ammoniaque, puis qu'après avoir scellé,|e tube on vienne à le chauffer, en refroidissant la seconde branche, on voit au bout de peu de temps s'y condenser un liquide qui sera du gaz ammoniac liquéfié. En abandonnant le tube à lui-même, il se refroidit lentement ; l'ammoniaque liquéfiée se volatilise peu à peu, et le gaz produit se trouve absorbé à nouveau par le chlorure d'argent ; l'ammoniaque, en se volatilisant, produit un abaissement considérable de température.
L'ammoniaque liquéfiée bout à — SS'' sous la pression ordinaire de l'atmosphère; sa chaleur latente de vaporisation est de 514 calories à 0"^. Elle s'applique donc parfaitement à la production du froid. Au lieu du chlorure d'argent de l'expérience théorique, M. Carré emploie l'eau pour absorber le gaz ammoniac et l'abandonner sous l'influence de la chaleur*
Les appareils qu'il a imaginés sont de deux sortes : les uns sont à effets intermittents, les autres sont à effets continus. Les premiers s'appliquent presque uniquement aux usages domestiques pour fabriquer des sorbets ou de petites quantités de glace ; les seconds servent aux usages indastriels.
Les appareils intermittents (fig. 1 7) se composent d'un cylindre A très-résistant, en fer, renfermant une solution aqueuse très-concentrée d'ammoniaque, qu'on peut chauffer lentement à l'aide d'un foyer jus-
68 PRËaS DE CtllUË INDeSTRlELLK.
qu'à 130°. Pendant t'échauflemcnt, l'ammoniaque se dégage à l'élat gazeux et passe par le tuifau b dans le récipient B, plongé dans une cuve pleine d'eau fruide C; l'ammoniaque continuant à se dégager dans un espace restreint, la pression devient considérable dans l'appareil et atteint de 8 à 10 atmosphères; le gaz se liquéfie dans la partie refroidie en B. On arrive donc à avoir dans le vase A de l'eau très-fa iblemcnt chargée d'ammoniaque, et dans le vase B de l'ammoniaque liquériée. Si dès lors on vient à retirer le cylindre A du feu, en laissant couler entièrement par le trou 0, que l'on bouche ensuite, l'eau qui se trouve dans la partie 1 interne du récipient B, et
Fig. 17. — Petits Bppareili Curé pour li r^bri.mioii de 11 glace.
qu'on place le vase A dans l'eau du baquet C, de façon qu'il y plonge seulement jusqu'aux trois quarts de sa hauteur, l'ammoniaque reprendra rapidement alors l'état gazeux pour venir se dissoudre de nouveau dans l'eau du vase A qui se refroidit ; il s'ensuivra une absorption considérable de chaleur, et par suite un grand abaissement de température du vase B. Si donc on dispose un vase D rempli d'eau dans la partie médiane 1 du récipientou congélateur, en ayant soin de remplir avec de l'alcool l'espace situé entre les deux vases 1 et B, on obtiendra rapidement un cylindre de glace. 11 est bon d'envelopper de laine tout le congélateur pendant cette seconde période de l'opération, afin d'empêcher qu'il n'absorbe de la chaleur ans corps environnants.
Sur le vase A est disposé un tube plongeur renfermant de l'huile, et qui est destiné à recevoir un thermomètre { permettant de savoir quand on a atteint la température convenable.
Pour pouvoir fonctionner, l'appareil doit être parfaitement purgé d'air
