Calorimètre de Junkers

— Le calorimètre de Junkers (*) est, de tous ceux de ce type, celui qui est employé presque exclusivement dans beaucoup de laboratoires industriels de l'étranger.

Dans cet appareil, un bec <Je gaz, à combustion aussi complète que possible, dont la consommation est déterminée par un compteur, brûle au milieu d'une enceinte dont la paroi est traversée par un courant d'eau coulant continuellement et à vitesse aussi constante que possible.

Les produits de la combustion passent, à leur sortie de la chambre de combustion, dans une série de tubes métalliques autour desquels circule le courant d'eau du calorimètre; les gaz se refroidissent, l'eau s'échauffe. On note la température de l'eau à son entrée dans le calorimètre et sa température à la sortie. Si la dépense du bec et le débit du liquide ont été réglés de telle manière que ces deux températures soient sensiblement stationnaires, il suffit dans une expérience de connaître ,

(*) La méthode du calorimètre de Junkers est décrite arec soin dans les publications suivantes :

A. W m, Moteurs à gaz et à pétrole, 1. 1, p. 92;

Revue de Mécanique, t. I, 1897, p. 491 ;

A. Lecomte, De l'emploi du calorimètre Junkers (Société technique de l'industrie du gaz en France, XXX* Congrès, mai 1903).

Theodor Immexkôtter, Uber Heizwertbestimmungen mit besonderer Berùcksichtigung gasfôrmiger und flûssiger Brennsloffe (Munich, R. Oldenbourg, 1905}.

Fio. 29. — Calorimètre de Junkers.

GAZ MIXTE OU GAZ PAUVRE. — POUVOIR CALORIFIQUE, COMPOSITION CHIMIQUE 77

dune part y ces deux températures; d'autre part % le volume du gaz écoulé pendant un temps déterminé à partir du moment où les deux températures sont devenues stationnaires ; enfin, \e poids d'eau débité. Avec ces données, on peut avoir le pouvoir calorifique cherché au moyen d'une formule jointe par le constructeur à l'appareil.

La figure 29 représente un tel appareil.

La flamme du gaz soumis à l'essai, alimentée par un Bunsen, brûle dans un récipient en cuivre fermé en a. Les gaz chauds de la combustion traversent de bas en haut, puis de haut en bas, vers leur évacuation L, un faisceau de tubes i entourés de la circulation d'eau dont nous avons parlé plus haut; l'évacuation L des gaz brûlés est d'ailleurs réglable en 6 par un papillon convenable. La circulation d'eau se fait en sens inverse de la marche des gaz brûlés par b iy A 2 , 6 3 , K, 6 4 et le niveau constant E. Pour obtenir un écoulement constant de l'eau, le liquide arrive par A dans un récipient à déversoir avec réglage de niveau par un trop-plein : la différence de niveau qui provoque le mouvement de l'eau ne varie donc pas au cours de l'expérience; la vitesse s'établit et reste uniforme. Sur le parcours du liquide avant son entrée dans le calorimètre, se trouve un robinet D muni d'un index e, par lequel on peut modifier le débit. La masse d'eau en circulation varie donc au gré de l'expérimentateur. Les thermomètres T { et T 2 donnent la température de cette eau à l'entrée, puis à la sortie, après mélange par les chicanes K des diverses parties du fluide. Enfin, le calorimètre est protégé contre le rayonnement par une enveloppe nickelée polie /, qui ménage un coussin d'air entre les deux surfaces métalliques en présence.

La vapeur d'eau condensée est d'ailleurs recueillie en H et permet de connaître la puissance calorifique inférieure, l'appareil donnant directement la puissance calorifique supérieure.

Voici comment, avec cet appareil, on peut réaliser un essai.

1° Aprè3 avoir monté les thermomètres et les différents caoutchoucs, on ouvre le robinet d'arrivée de l'eau en A ; on règle ensuite le robinet D, de telle sorte que l'eau coule bien régulièrement en E; on règle enfin l'ouverture du robinet d'arrivée d'eau en A, de manière que l'eau s'écoule très régulièrement par le trop-plein G, sans débordements.

11 faut toujours prendre le plus grand soin d'établir la circulation d'eau avant d'allumer le Bunsen.

2° Après avoir allumé le Bunsen et avoir réglé la bague d'air de manière à avoir un cône vert de 1 centimètre environ de hauteur, on observe l'appareil et on attend le moment où les trois thermomètres T lf T 2 , qui donnent les températures de l'eau de circulation, etT 3 , qui indique la température des gaz brûlés à la sortie de l'appareil, ont pris une position fixe.

La différence entre les températures des thermomètres T t et T. 2 indique l'élévation de la température de l'eau de circulation. Le thermomètre T 3 doit être à la même température qu'un quatrième thermomètre donnant, dans la pièce où l'on opère, la température de l'air ambiant. Si T 3 indique une température plus élevée, le papillon G étant grand ouvert, c'est qu'on dépense trop de gaz; il faut fermer un peu le robinet d'arrivée de celui-ci. Si, au contraire, les gaz sortent plus froids, ce qui peut très bien arriver dans le cas où l'eau est beaucoup plus froide que l'air de la pièce, il suffit de fermer un peu le papillon G, afin de diminuer la quantité d'air entraînée par le brûleur ou encore augmenter la dépense du brûleur.

Si les circonstances le permettent, il y a intérêt à régler la circulation d'eau de telle façon qu'elle s'échauffe au-dessus delà température ambiante d'un nombre de degréS égala la différence de température entre l'air ambiant et l'eau à son entrée dans l'appareil.

3° L'appareil étant bien' réglé, pour faire un essai, on tare soigneusement un récipient d'une contenance d'environ 2 litres. Au moment précis où l'aiguille du compteur d'expérience qui alimente leBuns en passe sur zéro, on met dans le récipient l'extrémité du caout-

chouc du tuyau E. On note soigneusement les températures T 1 et T 2 ; s'il y a des variations pendant l'essai, on les note de manière à pouvoir établir une moyenne. Quand on a consommé 3 à 4 litres pour le gaz d'éclairage, 4 à 8 litres pour le gaz à l'eau, 10 à 20 litres pour le gaz de gazogène, on arrête l'expérience en retirant le caoutchouc du récipient.

En Allemagne, on se sert d'un compteur qui sonne tous les litres. En France, avec les compteurs d'expérience, il faut se rappeler que l'aiguille qui indique les consommations d'une heure par observation d'une minute indique 1 litre pour 60 à l'heure; ainsi, quand l'aiguille passe sur 60, le compteur a mesuré 1 litre; pour 4 litres, il faudra avoir 240 divisions.

Voici un exemple numérique.

Consommation de gaz d'éclairage 4 litres

Pression du gaz en centimètres d'eau 24 centimètres

Pression barométrique 750 millimètres

Température ambiante 18° C.

Poids d'eau de circulation 956 grammes

rp . . , „ l à l'entrée... 8°,2

Température moyenne de 1 eau j fc u sortie ^

Différence 22°,i

Température des gaz brûlés à la sortie 18°

Calculs Sans tenir compte de l'eau condensée (Pouvoir calorifique supérieur)

Calories-kilogrammes par 4 litres 22,1 X 0,956 = 21,13

qj jo y inon Calories-kilogr. par mètre cube à 18° et 760 mœ .. ' ~ = 5282,5

0- et 760-... 5282,5 X^|[l+^] Pouvoir calorifique supérieur = 5.705 calories-kilogrammes.

8. Calorimètre de M. A. Lecomte( 1 ). — Dans le calorimètre de Junkers, on suppose que toute la chaleur dégagée par le refroidissement des gaz de la combustion est absorbée par l'eau de circulation, celle-ci ne rayonnant pas à l'extérieur. Il convient donc que l'élévation de température de cette eau ne soit pas trop considérable et, de plus, qu'elle soit bien protégée contre le rayonnement vers l'extérieur. Cette protection est insuffisante dans le calorimètre de Junkers et, de ce chef, M. Hendrickson a trouvé des variations du pouvoir calorifique atteignant 2 0/0 en opérant sur le môme gaz, suivant le rapport établi entre le débit de l'eau et celui du gaz.

M. A. Lecomte a cherché à remédiera ce manque d'exactitude du calorimètre de Junkers en construisant le calorimètre représenté sur la figure 30.

L'appareil se compose de deux enceintes concentriques à circulation d'eau A et B reliées entre elles par six ajutages C placés à la partie supérieure ; ces enceintes sont protégées contre le refroidissement par une seconde enveloppe K, nickelée, emprisonnant une couche d'air sans circulation.

L*feau est introduite dans l'appareil par un tube D surmonté d'un col de cygne E se déversant dans un bassin avec tube de trop-plein F; une ampoule cylindrique G intercalée sur le parcours de l'eau reçoit le thermomètre T 4 qui indique la température de l'eau à l'entrée

(!) A. Lbcomtb, Essais calorimétriques du gai [Société technique de l'industrie du gaz en France, XXXII* Congrès juin 1905 (Paris, 105, rue Saint-Lazare)].