En traitant des chaudières , nous avons à

DES CHAUDIÈRES. j jg

considérer la forme et les matériaux propres à produire la vapeur avec la plus petite dépense possible en combustible, et qui exigent le moins détention- et par occasion , nous montrerons quelles sont les formes et les proportions les plus avantageuses pour d’autres objets, par exemple, pour i evaporation des liquides. Notre principal motif pour faire ce dernier examen , vient de ce que l’on a supposé que les chaudières pour la production de la vapeur, et celles pour l’évaporation des liquides, exigeaient les mêmes proportions, ou du moins que ce qui convenait aux unes était égale¬

ment propre aux autres. Nous nous appliquerons, dans les recherches qui vont nous occuper, à réunir

la simplicité à la durée et à la sûreté.

Il est évident que la matière dont est composée la partie d’une chaudière exposée à l’action immédiate du feu, doit être bonne conductrice de la chaleur (i). Le cuivre est meilleur conducteur que le 1er ; mais ! un et 1 autre de ces métaux

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(0 On peut se convaincre de l’avantage d’un bon conducteur en taisant bouillir de l’eau dans un vaisseau de verre. L’opération ne se fera qu’avec difficulté, et, pour ainsi dire, par sauts. Mais si l’on jette de la limaillede fer dans le vase, alors l’eau bouillira facilement C’est que le verre es t ni 1 c 0 nd u c teu r lent»

j5o DES chaudières.

sonthons conducteurs. Celui qu’on emploie ne doit pas être poli : il est avantageux que la surface a laquelle l’eau adhère soit grenue et noircie ; quant aux parties de l’appareil qui ne transmettent pas immédiatement la chaleur du foyer , on peut y employer, et il est utile de le faire , des maténaux

qui soient de faibles conducteurs.

Les chaudières à vapeur varient dans leur forme : les plus communes sont celles qu’on nomme , en Angleterre, chaudières en chariot, a cause de leur ressemblance avec un chariot couvert. Elles sont carrées, ou plutôt rectangulaires , avec un sommet semi-cylindrique ; le fond est ordinairement courbé , la concavité tournée au feu ; quelquefois on donne aussi de la courbure aux cotes. Quelques personnes se servent de chaudières circulaires avec un couvercle hémisphérique , et leur fond est parfois aussi de forme concave,

83. Le fond d’une chaudière doit être mince, pour mieux transmettre la chaleur (i); car les meilleurs conducteurs eux-mêmes retardent 1 effet

(i) C’est au comte de Rumford qu’est due la connaissance de ce fait curieux , savoir, qu’une chaudière mince est préférable à une plus épaisse. (Essay X, sect. 2.) Le professeur Leslie a soumis à des expériences l’effet produit par l’épaisseur, et a donné une méthode pour calculer

DES-: CHAIJ DUS R ES. , 5 j

de la chaleur quand l’épaisseur est considérable. Si le fond est mince, l’eau sera bien plus vite portée à l’ébullition , et il ne sera que plus durable , parce qu’il ne sera pas nécessaire d’exposer à un feu aussi ardent 3a surface qui en reçoit immédiatement Faction. Il n’est guère possible de régler Faction du feu avec une chaudière très épaisse.

Le fond doit avoir assez d’étendue en surface pour recevoir toute la force du feu, et pour que la chaleur qu’il en reçoit puisse être portée à un degré qui ne soit pas au-dessous de 21 20 (8o° R.) ; une plus grande surface ne pourrait pas produire de vapeur, et si elle était plus petite , on n’en obtiendrait pas le plus grand effet possible. Il est évident qu’on ne peut avec avantage laisser la fumée dont la chaleur est devenue inférieure à celle de 1 eau bouillante , se mettre en contact avec la chaudière; car, tant qu’elle y resterait, elle lui enlèverait de la chaleur au lieu d’ajouter à Faction du feu. Si Fou emploie une chaudière à vapeur à haute pression , la fumée doit s’en éîoi-

la diminution de cet effet résultant d’une augmentation d’épaisseur. (Inquiry into the nature of heat, pag. 5i5. ) M. tourier s’est également occupé de ce problème. (Quart. Journal- of science, vol XIIT, p. 1.45.)

DES CHAUDIÈRES

gner avec une température égaie à celle de la vapeur.

84- Si l’on mettait de l’importance a tirer parti de la chaleur qu’entraîne la fumée qui s’élève à une température de 21 2° (8o° R.) , on pourrait l’employer à chauffer l’eau destinée à entretenir la chaudière. De cette manière on ferait une économie considerable , et la vapeur serait plus uniformément produite (1). Pour chauffer lean destinée à entretenir la chaudière à vapeur, on peut faire passer la fumée par des tuyaux de fer qui traversent le réservoir où cette eau est contenue ; on éprouvera que c’est une des meilleures manières de diminuer la quantité de fumée nuisible. Ces tuyaux veulent être souvent nettoyés, et le tirage y être considérablement réduit, surtout si la cheminée est basse.

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( I ) L’idée d’entretenir une chaudière avec de l’eau chaude est fort ancienne. Vitruve a décrit une manière de le faire, et sa description ne permet pas de douter qu’il ne connût tous les avantages de ce procédé. Mais, quant a sa méthode? il Fa décrite si obscurément qu’il a laissé un vaste champ ouvert aux spéculations auxquelles les commentateurs aiment à se livrer. (Vitruve,' trad, de Perrault, liv. V, chap. X.) Le comte de Rumford est peut-être celui qui a donné une application plus étendue dans la pratique à ce, moyen d’économiser le combustible. ( V. Essay X. )

DES CHAUDIÈRES. I 53

85. On ne doit mettre dans la chaudière que la quantité d’eau absolument nécessaire , afin d’éviter le danger des accidens auxquels peut exposer le manque d’attention à régler le feu. Quand la chaleur doit être très long-temps entretenue, comme dans les serres chaudes, il est avantageux d’avoir une chaudière profonde, pour retenir une plus grande masse de chaleur; mais, dans ce cas , il ne faut négliger aucune précaution pour empêcher la chaleur de s’échapper de la chaudière. Un volume considérable d’eau est également utile dans la chaudière d’une machine à

vapeur pour prévenir les oscillations, quand sa force est employée à remplir le cylindre de vapeur; autrement une chaudière profonde demande trop de temps pour faire bouillir l’eau, ce qui est surtout un inconvénient pour les manufactures, les appartemens, etc. que l’on veut échauffer. 11 se fait d’ailleurs une plus grande perte de chaleur, et qui a lieu sans interruption vers la chaudière ; enfin l’eau exige un degré de chaleur un peu plus

élev é pour passer à l’ébullition. On est dans l’usage de ne remplir qu’à moitié les chaudières à vapeur; et je crois cette proportion raisonnable.

86. A l’égard de l’espace pour la vapeur, il doit toujours y en avoir assez pour remplir tous les loyaux qui doivent servir en même temps ;

J 54 DES CHAUDIÈRES

une moindre quantité de vapeur apporterait du retard à Faction complète des tuyaux ; mais il n’est pas avantageux d’en entretenir une quantité plus considérable , à cause de la perte de chaleur qui se fait à la chaudière , à moins que cette chaleur qui s’en échappe ne soit employée à quelque objet utile. Dans tous les cas. deux petites chaudières sont préférables à une grande; elles doivent être placées très près l’une de l’autre, afin d’avoir une masse moins considérable de matériaux qui absorbe la chaleur, et de diminuer la surface par où la chaleur s’échappe. Deux chaudières préviennent le danger des accidens, et donnent plus de facilité pour les réparations. Suivant Hassenfratz , les dimensions les plus convenables d’une chaudière sont les suivantes: elle doit pouvoir contenir environ onze pieds cubes d’eau, et avoir en profondeur la seizième partie de la surface de l’ouverture, c’est-à-dire que si cette surface est de seize pieds carrés, la chaudière doit avoir un pied de profondeur (i) ; mais ces proportions ne conviennent qu aux chaudières

(1) Encyc. métli., phys., art. Chaudière. Davantage qu’il y a à exposer une grande surface a 1 air, quand on lait évaporer , montre l’effet de l’affinité de 1 air avec la vapeur.

DES CHAUDIERES

pour évaporer les liquides. Dans la production de la vapeur, l’effet le plus avantageux s’obtiendra lorsque la surface horizontale de la chaudière sera d’environ 21 pieds carrés ( environ 18 pieds carrés ). Une chaudière destinée à l’évaporation doit présenter à Fair une grande étendue de surface ; mais celle qui est employée à produire de la vapeur n’offre aucun avantage à présenter une grande surface supérieure de fluide ; M. Watt en a fait l’observation (1).

87. La forme sphérique semble être la meilleure pour une chaudière* mais, à moins qu’elle ne soit en fonte , il n’est pas si facile de la fabriquer de celte manière, que de lui donner certaines autres formes; elle réunit les avantages delà plus grande capacité possible avec la moindre surface ; le feu peut plus aisément la frapper ; enfin , c’est a peu près la forme qui offre le plus de résistance (2).

(1) Robison’s mechanical phil. , vol. Il, page 108, note.

(2) Pour se faire une idée delà meilleure forme à donner à une chaudière, il faut concevoir celle qu’elle prendrait si , construite avec des matières flexibles, elle se trouvait remplie de vapeur etd’eau. Remplie de vapeur seulement , la sphère présenterait la meilleure forme. S’il y avait de l’eau ,son poids sur le fond altérerait un peu la sphéricité,

I 56 DES CHAUDIÈRES

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Le cylindre est, après la forme sphérique , ce qu’il y a de plus simple* Une chaudière cylindrique réunit en partie les avantages de celle qui est sphérique. La chaudière dite en chariot est un ustensile très faible quand son fond est plat , et plus faible encore lorsque ce fond est convexe et la convexité en dedans de la chaudière, à moins qu’on n’y mette des contre- forts arqués. H en est de même lorsque les côtés sont rentrans. Si les côtés et le fond étaient concaves en dedans, la forme de la chaudière se rapprocherait de la forme cylindrique , et serait d’autant plus forte qu’elle approcherait davantage de cette derniere forme» Les chaudières de forme cylindrique , ou en chariot, avec des fonds plats, sont construites dans les proportions de io parties en largeur y 1 1 parties en profondeur et 25 parties en longueur.

88. L’appareil, pour la chaudière', doit être simple ; il faut y ménager le moyeu de l’entretenir d’eau , y établir une soupape de sûreté , une ouverture assez grande pour la nettoyer, et un ro~

eu supposant que lu chaudière lut suspendue par le milieu de sa hauteur. Emerson a publié sur ce sujet des faits qui semblent avoir échappé à l’attention de ceux qui ont donné des plans de chaudières. ( Prop.. XGV , Meeh.

édit. in-4°* )

DES CHAUDIÈRES

liiaefc pour évacuer Peau quand on est dans iecas de nettoyer. Nous nous occuperons de ces objets après avoir traité des foyers , et V explication des planches servira à donner des idées plus précises

sur tout ce qui a rapport aux chaudières.

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89. Dans la construction des foyers, pour l’usage des chaudières, il faut chercher à réunir tout ce qui tend à augmenter l’effet du combustible, et à éviter , autant que possible , tout ce qui est capable de le diminuer. Mais, si l’on agissait sans une connaissance préliminaire de ce que c’est que là combustion , on ne pourrait rien faire de bien

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si ce n’est par hasard ; ce serait ressembler à des marins qui se mettraient en pleine mer sans avoir de boussole, et l’on n’aurait pas un espoir mieux fondé d’atteindre le but qu’on se proposerait.

go. Quand on met le feu à une certaine quantité de combustible dans un foyer renfermé (un fourneau) , il est indispensable qu’il y ait un courant d’air ; autrement le combustible ne brûlerait pas. Le combustible, en brûlant, est en partie converti en matière gazeuse qui s’élève ou s’échappe par la cheminée avec une portion de Pair qui entretient le feu ; mais la plus grande partie de l’air qui fournit à cet entretien doit être changée

DES FOYERS

par la combustion , son oxigène s’unissant avec le carbone et les autres parties inflammables du combustible, et formant du gaz acide carbonique, de la vapeur, etc.

Si, donc, on veut que la combustion soit parfaite (i), il faut que l’air ait un libre accès vers toutes les parties du combustible qui est assez chauffé pour brûler; de plus, il est nécessaire que le combustible soit échauffé jusqu’à un certain degré ; autrement, ses élémens ne se combineraient pas avec l’oxigène de l’air ; enfin, il est. évident que le combustible doit être remplacé à mesure qu’il est détruit. L’avantage de ce remplacement régulier est d’autant plus grand que le combustible contient une plus forte proportion d’hydrogène ; car si l’on met à la fois dans le feu une quantité considérable de cette espèce de combustible, il s’échappera beaucoup d’hydrogène à l’état de gaz non consumé , et entraînant avec lui une grande portion de chaleur, tandis que si l’on écarte une petite portion de combustible sur le

(i) On ne doit entendre par parfaite combustion que celle qui est capable de donner le plus haut degré d’effet utile. Il ne faut jamais la pousser jusqu’au point où les produits gazeux et l’air nécessaire à l’entretien du feu consommeraient plus de chaleur que le combustible ne pourrait en produire.

DES FOYERS. l5c)

devant du foyer, il est vraisemblable que l’hydrogène qu’il contient sera consumé en passant sur les charbons ardens placés en arrière, et produira de la vapeur. Et pour que le calorique latent de cette sorte de vapeur ne soit pas perdu ? on fera bien d’établir un tuyau de métal , horizontalement placé, pour y faire passer la fumée qui s’élève après avoir quitté la chaudière: la vapeur s’y condensera, et la chaleur pourra être employée à chauffer de l’eau pour la chaudière , ou pour tout autre usage.

Mais, pour réussir à consumer les gaz inflammables, il faut qu’ils puissent se mêler avec l’air qui s’est réchauffé en passant « à travers, sur ou dans le combustible qui a cessé de fumer (i) », ou en circulantdans de petits conduits pratiqués dans 3a maçonnerie du fourneau (2) , de manière à être

(1) Ici, j’emploie les propres expressions dont on s’est servi dans le titre du privilège de M. Watt, en 1785. ( V. Repertory of arts , vol. IV, pag, 227 old. series.

(2) Un moyen de produire cet effet se trouve décrit dans un article qui a pour titre : « Sur la construction des foyers pour les chaudières à vapeur , »par; J. et P. Taylor. (Doctor Thomson’s Annals of philos, vol. 1 2, p. 5 1 .) Ce moyen consiste à pratiquer des conduits d’air derrière les briques qui bordent le foyer , avec de petites ouver-

DES FOYERS

iGo

déjà chaud lorsqu’il vient à se mêler aux gaz qu’on veut consumer. Le lecteur , en consultant Fart. 26 , y apprendra quelles sont les espèces de charbon pour lesquelles cette introduction d air nouveau peut être utile; car, à moins quil n arrive que l’hydrogène ou quelqu’une de ses combinaisons s’échappe continuellement, l’introduction d’un courant d’air dans le foyer ne peut avoir d’autre effet que d’enlever de la chaleur à la chaudière , de sorte qu avec un feu lent , elle serait plus nuisible qu’utile; tandis que dans un feu vif de charbon dit Cherry coal , ou de celui dit Cannel coal , elle serait très avantageuse (1), surtout lorsque le feu est régulièrement entretenu , comme cela a lieu avec l’appareil de

Brun ton.

tures vers le foyer et sur le côté , exactement au-dessus des charbons ardens. Si cette méthode était adoptée , on ferait bien d’établir un régulateur pour fermer successivement à mesure que le combustible cesse d etre enflamme.

(1) Si l’air frais de l’atmosphère peut s’introduire , de manière à se mêler aux gaz extraits du combustible , il abaissera la température de ces gaz à tel point qu’ils ne pourront pas s’enflammer ; car il a été clairement prouvé, par sir H. Davy, qu’une température incapable de porter le métal au rouge est insuffisante pour entretenir la coin bustion (Researches on flame, Phil. Mag. vol. 4? P’

-gq . La qualité de Fair qui doit ait retenir îa combustion est un autre objet qui mérite d’etre pris en considération , quqiqu’en général on suppose que l’endroit le plus humide et ie plus sale est toujours assez bon pour y établir un fourneau. Cependant il faut que Fair soit sec ; car , lorsqu’il est chargé d’humidité, il n’est propre qu’à faire perdre de la chaleur. Si pourtant on a une cheminée très basse, et dont par conséquent fe tirage soit imparfait , on pourra augmenter le tirage en jetant un peu d’eau dans le cendrier ; cette eo.a, convertie en vapeur par la chaleur cle\ cendres, servira à le favoriser , le mélange de la vapeur avec

la fumée rendant celle-ci beaucoup plus légère que l’air commun. L’air, en entrant dans le cendrier, doit être frais, pour pouvoir traverser Je feu avec une plus grande vitesse: enfin l’endroit ou Fon établit le fourneau doit être sec, si l’on veut que l’appareil soit durable , et qu’il exige peu de soin.

L’ouverture par laquelle Fair arrive au feu doit être assez grande pour qu’on puisse obtenir toute la quantité de vapeur dont on peut avoir besoin ; mais il ne faut pas qu’elle le soit davantage, et elle doit être construite de manière à aller en

s’élargissant à mesure qu’elle approche du feu. La surface des espaces compris entre les barres

pES FOYERS,

doit être beaucoup plus grande que celle de la place par où Fair arrive au feu. On trouvera à l’article 97 les dimensions de ces espaces, et celles du foyer.

92. Le feu doit être immédiatement au-dessous de la chaudière , pour que son action s’exerce en entier sur le fond; et, en quittant le feu , le mélange de flamme et de fumée doit être dirigé par une ouverture large et basse , appelée la gorge : cette ouverture doit être large, pour que le mélange puisse s’étendre sur la plus grande partie de la surface de la chaudière ; et basse , pour qu’il puisse la traverser avec une grande vitesse , et être ainsi forcé vers le fond de la chaudière. La distance à laquelle la flamme et la fumée chaude peuvent s’étendre, en conservant de l’effet ( V oj . art. 83) dépend du tirage de la cheminée , et de la nature du combustible employé; elle variera depuis trois pieds jusqu’à six dans un fourneau bien construit , et pour l’objet particulier qui nous occupe (1); c’est-à-dire qu’elle sera de six pieds

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(i) Quand la matière gazeuse que la chaleur chasse du combustible est brûlée au moyen d’air chauffé qu’on y introduit ainsi qu’on l’a expliqué dans l’art. go; il est avantageux d’avoir un conduit plus étendu. Ceüe méthode d’introduire de l’air a été bien des fois reproduite comme

DES FOYERS

environ, avec un bon tirage, et en employant de ia houille, et de trois pieds à peu près avec un très faible tirage, et en se servant de coke.

Ceci peut servir à fixer la longueur du fond de la chaudière; quant à la manière ordinaire de faire circuler le conduit autour des parois extérieures d’une longue chaudière, la chaleur ne peut jamais s’étendre assez pour conserver de .l’effet dans toute cette longueur ; d ailleurs son action est oblique, et par conséquent moins puissante que celle qui s’exerce sur le fond; par la même raison on ne gagne rien à ramener le conduit à la chaudière; on peut très bien s’en tenir à ne faire agir le feu que sur le fond; avec une chaudière peu profonde et peu compliquée , on obtient un effet aussi avantageux . Le moyen indiqué par le comte de Rumford, de diviser la flamme et l’air échauffé dans leur passage à la cheminée, est bon. Pour employer la

une invention nouvelle; ou plutôt on a cherché à la reproduire de toute manière. Watt , lorsqu’il obtint son privilège , en i y85 , paraît être celui qui en eut la première idée.

Elle a été employée d’une autre manière par M. Thomson, pour un fourneau qui ne pouvait réussir que sous la direction de l’homme le plus habile. (Rep. IY? 3ï6,

DES FOYERS

chaleur que doit nécessairement avoir la fumée quand elle quitte la chaudière , on peut, comme on l’a déjà dit, la faire passer dans un tuyau de fer, dont la surface chaufferait de l’eau ou de l’air. Cette dernière méthode a ete adoptee par M. Snod-

grass (i).

g3. Nous allons à présent nous occuper de la nature de là cheminée ; car il est nécessaire qu un fourneau tel que ceux qu’on emploie pour produire la vapeur, ait une cheminée dont le tirage soit considérable ; et cela dépend à la fois de l’élévation de la cheminée , de sa largeur et de la température de la fumée qu’elle reçoit; le haut de la cheminée ne doit pas avoir une largeur plus grande

1796). Roberton avait obtenu un privilège pour une application différente du meme principe, mais qui certainement ne pouvait pas produire un excellent eflet sur la chaudière ( Phil. mag. , vol. XI). Enfin, Sheffield, Partes , Wakefield et Johnson ont aussi obtenu des patentes pour l’application de ce principe (Y. Technical Repository, vol. h 16 et 42. London, Journal of Arts ,

vol. I , p. 4°3 y e^c* )*

(1) M. Snodgrass entourait le tuyau d’une boite dans laquelle passait un courant d’air, et conduisait l’air chauffé par le tuyau dans les salles d’une filature de colon ( Trans. Society of Arts, vol. XXIV , P- 122 »

î-Sc6 ).

DES FOYERS

JL 65

que celle que peut exiger la plus grande quantité de feu (i); si elle l’était plus, le tirage en soufîrirait beaucoup ; la partie intermédiaire entre le sommet de la cheminée et la chaudière doit avoir plus de largeur que d’élévation , et, autant que possible, il faut éviter les cbangemens trop brusques dans sa direction.

Afin de connaître combien la cheminée doit avoir de surface pour une quantité donnée de combustible > nous sommes obligés de calculer d’après l’analyse du combustible ; car il n’est pas facilede faire des expériences directes. Or , suivant les expériences du docteur Thomson (art. 26), 100 grains de charbon de l’espèce dite Caking coal charbon de Newcastle, dont la combustion est complète, donnent en produit :

(0 Quand le haut d’une cheminée est convenablement resserré , il est assez indifférent que le reste du tuyau soit plus large ; mais il doit être régulier. Si le baut de la cheminée n’a pas plus de largeur qu’il n’en faut , elle se trouvera moins exposée à ce que la fumée y puisse être refoulée parles vents, ainsi que l’a fait voir Clavelin (Eneycl. méth. , phys-, art. Caminologie ).

DES FOYERS

4, 1 8 ( i hyd.-}-8 oxyg.)— vap. 38 grains ou 200 pou. c.

75;28(icarb.-|-2;75ox.)=ac.car. 282 — . . . ou 610 — Azote de composition ajouté à

l’azote de Fair nécessaire à la

combustion . 865 — . . . ou 2900 —

Total des produits gazeux 1 185 — . . . ou 37 10 pou. c,

Et, comme 100 êT : 7000 ST 8710 : 239,700, une livre de charbon produira i5o pieds cubes de gaz. Mais dans la pratique il est tout à fait impossible d’obtenir que la totalité de l’air qui traverse le feu ait un effet positif sur la combustion ^ quelques expériences comparatives ne me permettent de porter qu’aux deux tiers la portion qui y sert réellement. Je supposerai qu’une livre de bouille produit réellement 226 pieds cubes de substances gazeuses. Cette quantité sera d’un treizième environ plus pesante que le même volume d’air à la même température ; ainsi il faudra déduire 16e (F) de l’excès de chaleur, en évaluant la force de la cheminée.

Le coke et le charbon de bois évalués de la même manière doivent produire environ 260 pieds cubes par livre , et il faut faire à peu près la même réduction sur la température.

A l’égard du boisa brûler 3 une livre de ce combustible donnera 140 pieds cubes de produits

DES FOYERS. 10-7

gazeux , sans réduction de température. Quand on se sert de bois , il y a beaucoup d’avantage à condenser la vapeur en faisant passer la fumée par des tuyaux de fer.

La surface du cendrier , ou de la place où passe le courant d’air qui entretient le feu , doit être d’un dixième plus petite que celle de l’ouverture de la cheminée , si l’on brûle du coke ou du charbon * et des deux tiers moindre quand on emploie du bois.

9^- Il est plus utile d’établir son calcul sur l’effet que Fou veut produire que sur le poids du combustible : je vais donc rechercher quelle est l’étendue d’ouverture nécessaire pour réduire

en vapeur un pied cube d’eau par heure. 11 sera facile d’en déduire la grandeur de celles qui conviennent à toute autre quantité qu’on aurait à

produire dans le même temps.

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Avec de la bouille on a

— (art. 28 et 98) 225 X 8,4 — 1890 pieds cubes dubois (art. 28 et 93) Qo X 3o ==. 4200 du coke (art. 3i et 93) 260 X 7 , 7 — 2020.

Il résulte de ces données que nous pouvons calculer que 2000 pieds cubes de produits gazeux, par heure, sont nécessaires pour réduire en vapeur un pied cube d’eau, quand on brûle du

î G 8 DES FOYERS.

coke ou de la houille , et qu’il faut le double de cette quantité quand on emploie du bois. Les règles suivantes, pour la pratique, sont fondées sur ces évaluations.

Si l’air s’élève directement de la chaudière, sa température sera de 2i2°(8o° R.); l’air extérieur étant supposé à 5^° (environ g0 R), l’excès de chaleur sera égal à i6o° (710 R.). Mais, quand on se sert de houille, cet excès doit être diminué de 160 (art. q3). Il restera donc 160 — 16 = i/\4° (640 R ) pour l’excès de température. Voici la règle pour calculer l’aire de la cheminée, quand l’excès de température est de i44° (64° R-)*

Divisez 4^ par la racine carrée de la hauteur de la cheminée, en pieds, le quotient donnera en pouces la surface de la cheminée, qui serait assez grande pour la réduction en vapeur d’un pied cube d’eau par heure (1). La somme des surfaces des espaces entre les barres doit être, au moins, la même , et la surface de l’ouverture par où l’on fait entrer l’air frais qui sert à la combustion , doit être

(1) En effet, si h représente la hauteur en pieds de la cheminée, depuis le feu jusqu’au sommet, B le nombre de pieds cubes d’air qui doivent en sortir par heure, lorsque eet air est à la température de l’ atmosphère '> et a la

BES FOYERS

moindre d’un tiers, parce qu’il n’est pas dilaté par la chaleur.

surface de l’ouverture en pouces carrés, on aura (art. 64

note )

60 X 3oo ^ y h{t — t') 1 44

Mais l’air sera dilaté par la chaleur d’une quantité qui sera

exprimée par

- — ( Voy. table V, art. 220 )

on aura donc

60 x 3oo x (45° + i

/45o -|* i CL

’) x V W=T) - TU'

équation qui se réduit à

Cette équation ne suppose d’autre résistance que celle qui a lieu par le resserrement vers Foriüce du foyer; mais les refoulemens , les changemens de direction, la perte de chaleur, d’autres obstacles peuvent diminuer la vitesse et rendre nécessaire une cheminée plus large. Si l’on prend au lieu de 12$ le nombre 1 00 pour diviseur danscette équation, le quotient se trouvera suffisamment augmenté pour les cas les plus ordinaires. Alors, on aura en réduisant, o,oiB (45o + *)4

f rr y . ; , /--- — a , ou Faire de la cheminée (45o -f t) y h ( t — t')

en pouces carres.

DES FOYERS

Si Ton demande une quantité doublede vapeur, la cheminée devra avoir le double de gran-

D’après l’effet de variation de température, il est évident que cette équation doit avoir un minimum de va—

t - tl

leur pour a . Ce minimum a lieu lorsque

est un minimum. Or, d’après les règles des plus grandes et des plus petites quantités, cette expression devient minimum quand t=2y5x i,5 b, ou quand l’air extérieur étant à 5o° (8° R.), celui de la cheminée est à 35o° ou à 3oo° au-dessus de la température de l’atmosphère. ( i33°—

M. Gilbert donne pour maximum de différence de température 333° ( i33° R.) (Quarterly journal of Science, vol. XIII, p. 1 1 4)* Dans l’exemple du texte 212 — 52— 160 et 1G0 — 16— 1 44* Ainsi la différence de température ou

t—l! — 44. Quand B— 2000 pieds cubes, ~ÇTfl~ aen pouces

carrés; c’est la règle donnée dans le texte pour une heure de temps. Quand la différence de température effective n’est q ue de 4°° (1 8 R.), ce qui arr ive lorsque celle de la cheminée n’est que de 1080, et celle de l’air extérieur de 52°. B égalant

toujours 2000 pieds cubes, alors on a — ^ — a pouces carrés ce qui est la seconde règle donnée dans le texte.

L’aire du tuyau d’une cheminée ordinaire est d’environ 100 pouces. Les cheminées ne sont pas en général très bien construites. Rarement elles sont assez unies et assez solides pour résister à Faction des machines avec lesquelles on les

DES FOYERS

deur ; si Fou n’en veut que la moitié, les dimensions de la cheminée seront dans la même proportion , et ainsi de toute autre quantité. De là résulte l’importance d’un registre pour régler le feu.

g5. Ces calculs prouvent que l’on n’a besoin que d’une très petite cheminée quand la fumée doit s’élever à une très haute température. Mais, si la différence effective entre la température de 1 air de la cheminee et celle de l’air extérieur n’était que de 40° ( i8°R. ), il faudrait employer la règle suivante.

Règle. Divisez 80 par la racine carrée de la hauteur du tuyau, le quotient sera égal au nombre de pouces carrés de Faire de la cheminée, qui doit servir pour une chaudière destinée à réduire en vapeur un pied cube d’eau par heure. L’ou-

nettoie. Je proposai, il y a quelques années, un moyen de les construire avec des tuyaux de terre, réunis pour former le conduit, et maçonnés dans la muraille. On aurait ainsi un conduit à la fois solide, uni et régulier, dont la forme circulaire permettrait de le nettoyer aisément ( Voy. New monthly magazine for december 1816, p. I\i6). J’ai appris qu’on en avait récemment établi de semblables en Ecosse, et ils ont été recommandés par M. Nash, dans son rapport à la commission des travaux, relatif aux ramoneurs. (Mag. pbib vol. 53, p. 106.)

BE S FOYERS

vert tire pour donner de I air au feu doit être dans la même proportion que celle qu’on a établie cidevant.

L’avantage d’un conduit élevé est si considérable que le lecteur sera bien aise de connaître jusqu a quelle hauteur on peut porter une cheminée

«lune base déterminée, lorsqu’on ne peut, sans inconvénient, la soutenir avec des étais. Il n’est

pas difficile de trouver des regies approchées pour la solution de ce problème important, et je vais en donner une ou deux.

Veut-on connaître la base qu’il faut donner à une cheminée carrée et uniforme dans toute sa hauteur, il faut diviser i5ô par la différence entre ï 2,000 et 20 fois la hauteur en pieds ; la racine carrée du quotient, multipliée par la hauteur en pieds, sera égale au côté de la base (i).

(ï) J ai fait voir , (article Maçonnerie en pierres, du supplément à FEncycl. brit. de Napier, paragraphe 54), que la force du mur serait dans ce cas, kwd. x6 lR.~fd\ Dans cette équation d=z\e côté de la base supposée carrée, A la solidité de la muraille; c?V le poids d’un pied en hauteur à la base, et R la pression sur la muraille agissant a sa hauteur l depuis la base./=: la force d’un pied carré de mortier. Supposons que la plus grande force du vent agis-

DES FOYERS. I73

Supposons que l’on calcule pour une hauteur de 20 pieds, alors

20 X 26 = 520 et 12000 — 52o=ii48o.

P^lls îTJSo “ °501^^ dont la racine carrée est o, 1 1 7 à peu près.

Multipliant 0,1 17 par 20, le résultat sera 2,34, c’est-à-dire qu’on aura, pour le côté de la base, deux pieds quatre pouces environ.

sant contre un pied carré soit de 52 livres, que h soit îa li auteur de la cheminée., et que le côté du sommet soit au côté de la base Uni 1 , alors nous aurons :

/R. — 52h2d ( — ~ — ^ ou 6/R = 52/dd (2 n -f» î)

mais A

hd% /i -f- 211 — n3\

~~~T \ r+TT/

Notre équation devient donc hd3w /i -f- 2n

(- — ) + 52h“d + i)=fip

sjf-

3 hw

La valeur de/ quand le mortier est bon est d’environ

174 des foyers.

Si la cheminée n’était pas carrée , le résultat trouvé par le calcul précédent donnerait le plus petit côté de la base.

Si la cheminée allait en diminuant vers le haut , de manière à ce que la largeur ne fut au sommet

12000 livres ( Maçonnerie en pierre , Encycl. brit. supp. Tab. ni)*, et quand la cheminée est partout uniforme

n~ î et d—\/ - — - — .

y 12000 — r. hw ,

Dans les cheminées rétrécies , la proportion convenable est de faire n = Dans ce cas

La proportion la plus commune pour une muraille d’une base déterminée , doit être des * de Taire de cette base. Ainsi w —les | du poids d5un pied cube de la muraille. Si le mur était en briques, cette valeur de w serait d’environ 78 livres. On a donc, pour les cheminées en briques de même largeur dans toute leur étendue

ou d

5oo — h1

et dans celles qui diminuent de moitié jusqu’au sommet

d = h \f - — — r—: ou d ~ h \ /

375 — iC

DES FOYERS

que la moitié de celle de la base, on aurait à diviser 104 par 12,000 moins 82 fois la hauteur de la cheminée en pieds , et la racine carrée du quotient multipliée par la hauteur en pieds, donnerait le côté de la hase.

Je prendrai pour exemple le cas où Pon aurait à élever une cheminée de 100 pieds de hauteur pour entraîner la fumée d’une machine à vapeur. C’est, autant que je puis m’en souvenir, l’élévation de celle qui a été construite dans la ville où je suis né (Durham), pour y prévenir les inconvéniens de la fumée de la machine qui sert à la mine de charbon. La règle donne

l/îiféro* . .X ù' "O

dont la racine carrée est 0,109 d Peu près. Or,

o, 109 X 100= 10,9 ou 10 pieds 11 pouces environ pour le côté de la base, et, par conséquent, 5 pieds et demi pour le côté du sommet de la cheminée.

96. Il faut encore examiner quelle épaisseur de combustible on doit mettre à la fois dans la cheminée- car on a à entretenir une chaleur assez considérable pour fournir à une production constante de vapeur , qui , dans son plus faible état d’intensité, puisse embraser le nouveau combus-

DES FOYERS

1 pjQ

tible qu’on ajoute, sans que son action sur la chaudière soit diminuée d’une manière sensible. D’après mes observations et les expériences que j’ai faites a ce sujet, il paraît que l’épaisseur du combustible qui brûle doit être trois ou quatre fois plus grande que celle de celui qu’on met dans le fourneau à chaque fois qu’on y en ajoute ; quatre fois si on en remet souvent , et trois fois quand on le fait rarement. Et , suivant la nature du connbustible, il doit y avoir un espace vide plus ou moins grand entre la grille et la chaudière.

Mais , dans la construction d’un appareil à vapeur, on doit désirer en général que le feu n’exige pas une trop grande attention. Alors il faut ménager un plus grand espace , et mettre le combustible à mesure qu’on a besoin de le renouveler, tenant le registre un peu élevé; et lorsque la dernière quantité qu’on ajoute pour durer le temps nécessaire a été mise, il faut baisser le registre de manière à ce qu’il n’y ait plus qu’un faible tirage ; alors le feu n’exige plus aucun soin jusqu’à ce qu’il soit éteint.

97. Après avoir déterminé les dimensions qui conviennent aux places où l’on établit les fourneaux, nous devons nous occuper de leur construction. L’objet qu’on se propose est d’employer toute Faction de la chaleur sur la chaudière; il

DES FOÏEflS.

faut donc se servir de matériaux qui soient de très faibles conducteurs de chaleur: il est indispensable de faire entrer du métal dans certaines parties de l’ouvrage; mais il faut n’en employer qne le moins possible. La place du foyer, et celle où pose la chaudière , doivent être entourées avec un bon briquetage, dont les briques à l’épreuve du feu doivent être liées avec de l’argile , sans autre fer que celui qui est absolument nécessaire, c est-à-dire seulement les barres et les bords de l’ouverture par laquelle on met le bois, avec ou sans une porte, comme on le juge à propos.

Quand on n’y met pas de porte , sa place doit être remplie avec du combustible (r).

Le leste de la maçonnerie en brique doit être construit en briques dures et bien cuites; et afin que la chaleur se concentre sur la chaudière il sera bien fait de laisser des vides dans la maçonnerie; 1 objet qu’on doit se proposer est d’entourer le feu et la chaudière d’un double mur

(i) M. Watt, dans la méthode pour laquelle il avait obtenu un privilège, en i785 , se servait de combustible au lieu de porte. (Rép. des Arts, vol. IY, page 226. ) [MM. Robertson ont employé ce moyen d’une manière iencore plus avantageuse (Phil. mag. vol. XI), et depuis Igrs, beaucoup de personnes s’en sont également servies.

ou d’un seul mur dans lequel on laisse un espace vide. Mais on ne peut le remplir complètement, quoiqu’il puisse l’être en grande partie. On doit toujours avoir présente à l’esprit cette maxime de Morveau , que « les foyers doivent etre isolés de tous les corps qui sont de rapides conducteurs de la chaleur )> ( i).

Un espace libre u , pi. I et II , fig. i , 2 , 3 et 4 5 doit séparer les barres du foyer de la porte, afin d’empêcher qu’elle puisse être trop promptement détruite parla chaleur, ou déjetée de manière à ne pas bien fermer. On pavera cet espace avec des carreaux forts et bien cuits (2). Ordinairement on le

(1) Repertory of Arts , yoÎ. XVI , pag. 225, old series.

(2) II paraît qu’il est très désavantageux de placer le feu trop en avant sous la chaudière , parce qu’alors il est exposé à un courant d’air froid chaque fois qu’on y touche. Il n’y a pas non plus d’avantage de le placer tellement en dehors que la flamme ne puisse point jouer contre le fond de la chaudière. Le comte de Rumford a fait voir qu’on obtient l’effet désirable quand on fait en sorte que la flamme agisse directement sur la chaudière avec une ardeur convenablement réglée , et non pas trop forte (Essays, vol. n ,p. 37 et 73 ). Quelques personnes ont imaginé qu’on obtiendrait un plus grand effet en établissant le feu dans la chaudière même. Cette idée est très ancienne (Voy. Birch’s hist, royal Society , vol. 1 }

DES FOYERS

recouvre avec une plaque de fer. Les barres peuvent avoir d’un pouce à un pouce et demi d’épaisseur, suivant l’étendue du foyer. Leur largeur doit être d’environ un pouce , et elles doivent être écartées l’uiie de l’autre de trois-huitièmes ou d un demi-pouce. On en fabrique rarement qui aient plus de deux pieds à deux pieds et demi de long ; et, quand le fourneau est très grand, on a quelquefois besoin d’en mettre deux ou trois au bout 1 une de 1 autre, suivant leur longueur. Ces barres sont placées de manière à poser librement siu des barres transversales, de sorte qu’on peut

p. 173). Smeaton l’avait adoptée pour la machine qui a servi à ses expériences. (Reports, vol. i} p. 225), et Trevithick s en est servi pour sa machine à haute pression. Mais ce moyen n’est pas aussi bon qu’on pourrait le croire , parce que la vapeur qui se forme reçoit trop rapidement la chaleur du combustible , pour qu’une combustion parfaite puisse avoir lieu. Un fourneau où le combustible est enfermé dans des matériaux qui sont faibles conducteurs de la chaleur, sçra toujours beaucoup meilleur. Je ne connais pas de preuve plus simple de l’effet des différens conducteurs, que celle qu’011 peut obtenir en essayant l’effet d’un chalumeau, se servant d’abord d’un support métallique, et ensuite d’un

support de charbon de bois pour la matière que l’on veut chauffer.

la..

DES FOYERS

sans peine les enlever et les remplacer quand si le fout.

L’aire de la grille peut être facilement déterminée par la règle suivante : Donnez à la grille un pied carré pour chaque huitième de boisseau de charbon à employer par heure, 2 pieds pour en brûler un quart, 3 pieds pour en brûler trois huitièmes, et ainsi de suite en raison directe de la quantité de combustible. La surface de la partie de la chaudière exposée à Faction du feu, de la flamme et de la fumée, doit être égale à 4 fois Faire de la grille (1).

La même surface convient à un feu vif ou a, un

(1) J’avais donné cette règle dans la première édition de cet ouvrage; mais le raisonnement sur lequel elle est fondée ne s’y trouvait pas. Les seules expériences que nous ayons sur la quantité de chaleur qu’un corps échauffé transmet à l’eau , sont au nombre de deux , et ont été faites par le professeur Leslie (Inquiry into the nature of heat , p. 344-34d)> et elles présentent une différence d’effet qui résulte de l’excès de température ; le fluide aurait du être tenu en mouvement pour rendre la loi ( art. 38 ) applicable. Dans une chaudière à vapeur, le fluide est en mouvement pendant que la vapeur se forme; nous pou-° vons donc nous guider par le résultat de 1 expei lence , lorsque l’excès de température était le plus grand. Or , quand les données de la 5ie expérience de Leslie sont

DES FOYERS

feu lent ; maïs , dans ce dernier cas , l’épaisseur du combustible doit être plus considérable : elle peut également servir pour un volume de tout autre combustible égal à celui de la houille; mais il est évident, d’après cette règle, que les surfaces doivent, pour produire la même quantité de vapeur, être en raison inverse de la force du combustible.

introduites dans l’équation de la note de l’article 42? on a 0,01 38s (T — —

Maintenant , si nous estimons la température moyenne de la masse du feu , de la flamme et de la fumée à 8oo° ( 34 1° H. ) , et celle de la vapeur à 225° (85° — 86° R. ) , nous aurons T — £ = 800 '-—225 = 2^5 , et comme e= 1127 (art. 18). L’équation donnera 0,01 38s X 5^5 = 1 127. Et, en supposant que le temps, pour convertir en vapeur un pied cube d’eau, soit une heure, on aura s — 2,7pieds; c’est-à-dire que 2,7 pieds carrés d’une chaudière exposée a l’action d’un feu dont la chaleur moyenne est de 8oo° peuvent convertir en vapeur un pied cube d’eau par heure; et comme il faut un boisseau de charbon , de Newcastle pour réduire dix pieds cubes d’eau en vapeur, il faudra 27 pieds carrés de surface pour brûler un boisseau de charbon en une heure. Lorsqu’une surface de 27 pieds est seule exposée à l’action du feu , la grille est assez grande si elle a à peu près le quart de cette dimension. Le texte donne 32 pieds de surface de chaudière, et 8 pieds de grille pour les circonstances ordinaires où l’on fait usage d’un mélange de bouille et de coke>

DES FOYERS

Lorsque la chaudière n’est pas circulaire , Fétendue de la grille pour le feu , dans le sens de la largeur de la chaudière , doit etre de la moitié aux deux tiers de cette largeur. Ce sera le sens de la longueur du grillage , ou celui de sa largeur., suivant la place qu’occupera la porte du fourneau; mais il sera toujours plus convenable, pour les chaudières longues, de placer la porte vis-a-^vis une de leurs extrémités.

98. Nous allons à présent nous occuper de la place et de Fusage du modérateur (1), comme étant une des principales parties de l’appareil d’un foyer clos. Il a la même utilité qu’un registre pour le cendrier d’un foyer découvert.

La place la plus convenable pour le modérateur est immédiatement à la suite de l’endroit ou la fumée quitte la chaudière. 11 doit être conduit par l’ouvrier qui a soin du feu , et marqué par des divisions dans l’endroit où il se meut, afin de pouvoir connaître exactement l’étendue de l’ouverture qu’il laisse libre à chaque instant dans la cheminée. Il serait facile d établir un model ateiu

(1) J’ai nommé modérateur ce que l’auteur appelle damper , qu’on voit être une espèce de registre destiné à régler le feu. (Note du traducteur. )

DES FOYERS

qui agirait sans le secours de l'ouvrier ; mais je ne crois pas devoir en conseiller un de cette espèce pour un appareil à vapeur. Quand on le fait agir dans une direction verticale au moyen d’un contre-poids , ce qui est l’usage ordinaire , il faut que sa pesanteur soit assez considérable pour rend re son elfet certain. Dans les planches I et II, il est représenté comme se mouvant horizontalement.

99. Les portes des foyers doivent fermer le plus exactement possible. Le comte de Rumford , dans l’intention de les rendre plus parfaites à cet égard, les faisait doubles. Mais, ainsi construites , elles sont très sujettes à se déranger ; aussi le plus souvent emploie-t-on des portes simples en tôle. M. Atkinson a beaucoup amélioré ces dernières portes simples en fer, au moyen d’une boîte creuse en fonte, fixée en dedans delà porte. L’épaisseur des côtés de la boîte donne une telle force à la porte, qu’il lui est tout-à-fait impossible de se déjeter, et l’air renfermé dans la cavité de la boîte empêche la chaleur de se perdre.

Il serait avantageux d’employer une porte en fonte suspendue par un contre-poids, comme les fenêtres à coulisses. On la fermerait et on l’ouvrirait plus facilement, elle gênerait moins, et fermerait mieux qu’une porte sur des gonds; enfin , quand on aurait besoin de toucher au feu, il ne

faudrait pas autant d’ouverture. ( Voy. fig. 3 et 4, pl.ll.).

On peut voir dans la planche 1 , le mode de construction que je crois le meilleur. Un arrêt empêche la porte de s’ouvrir au-delà d’un angle déterminé ; ce qui fait qu’il est impossible de jeter le charbon par- dessus le feu. L’ouvrier qui conduit le feu j doit remplir l’espace vide u, de sorte qu’aucune chaleur ne se perde par la porte • lorsque la porte se trouve fermée , elle empêche toutà-fait l’air de s’introduire. Le combustible s’échauffera par degrés et sera prêt à entrer en combustion , dès qu’il sera poussé en avant par l’ouvrier. Alors il ajoutera une nouvelle provision de combustible pour remplacer celui qu’il aura poussé en avant. Les gaz qui s’échapperont du combustible, forcés de passer sur les charbons ardens qui sont entretenus d’air par le cendrier, seront généra lement consumés en passant dans la gorge de la cheminée.

Appareil pour les chaudières .

100. Cet appareil consiste en soupapes de sûreté, jauges à vapeur, robinets pour jauger, ouvertures pour nettoyer les chaudières, et en moyen» ménagés pour les entretenir d’eau.