CHAPITRE VIII

131. L'emploi de la vapeur d'eau comme véhicule de la chaleur dans les machines thermiques présente les inconvénients suivants :

i° Le générateur, accessoire obligé de la machine, est une cause de dangers et exige une surveillance et un soin particuliers.

2 La température dans la chaudière ne peut guère dépasser celle de i8o°,3i qui correspond à la pression de 10 atmosphères, tandis que la température dans le condenseur ne peut pas être au-dessous de 25 degrés; d'où une limite au rendement théorique maximum, par suite au rendement théorique de la machine.

3° Pratiquement, il parait à peu près impossible de donner à une machine à vapeur une disposition qui se rapproche suffisamment de celle qui correspondrait au rendement maximum, pour des températures déterminées du générateur et du condenseur.

On peut supprimer les deux premiers de ces inconvénients en substituant à la vapeur de l'air ambiant porté à la haute température d'un foyer sous une faible pression, et atténuer le troisième à l'aide d'un appareil appelé régénérateur.

Néanmoins, les machines à air chaud n'ont pas donné, au point de vue économique, des résultats plus avantageux que les machines à vapeur, et c'est pourquoi il n'en est plus question pour ainsi dire qu'au point de vue historique. Néanmoins, nous allons indiquer sommairement les principaux types des machines à air chaud.

132. Machine à air chaud ci' Ericsson. — Celte machine Ifig- tg3) se compose de deux systèmes verticaux de pistons et de cylindres dont les liges sont articulées à un balancier, comme cela a lieu pour les tiges des pistons de ta machine de Woolf.

Dans la composition de chaque système est une enveloppe formée entre deux cylindres de diamètres différents; celui C de ces cylindres, qui a le plus grand diamètre, est disposé audessus d'un foyer et supporte l'autre cylindre C Les pistons

Fi S . 19Î.

P et P' de ces deux cylindres sont réunis par des tringles métalliques; le piston inférieur est formé d'une enveloppe métallique renfermant des matières peu perméables à la chaleur, telles qu'un mélange de charbon de bois et d'argile pulvérisés ; c'est la tige du piston P qui est articulée au balancier.

On a pratiqué des ouvertures 00 dans la couronne qui relie les deux cylindres. La lettre s désigne une soupape qui s'ouvre de l'extérieur à l'intérieur et qui permet à l'air at-

mosphérique d'arriver dans le cylindre C; s' est une soupape qui s'ouvre de bas en haut et qui permet de faire communiquer O avec un réservoir d'air R; ce réservoir est mis . en communication, par le bas, avec la chapelle de la soupape <? au-dessous de laquelle se trouve une soupape o-'; ces deux soupapes, qui s'ouvrent de bas en haut, sont commandées par la machine. Le dessous de la soupape a' est mis en communication avec l'air extérieur par un tuyau T, et l'intervalle des deux soupapes avec une capacité en relation'avec le cylindre C, renfermant un grand nombre de disques en fil de fer qui constituent le régénérateur U.

Pour mettre la machine en mouvement, on fait d'abord du feu sur la grille pendant deux heures environ, pour communiquer au régénérateur la quantité de chaleur voulue ; on comprime ensuite dans le réservoir R, au moyen d'une pompe à bras, de l'air que l'on amène à une pression de i 7 atmosphère environ, puis on ouvre la soupape a : l'air comprimé traverse le régénérateur, s'échauffe, se dilate en pénétrant dans le cylindre C', et soulève le piston P invariablement relié à P'; la soupape s' s'ouvre et R reçoit un nouvel approvisionnement d'air. Quand le double piston est sur le point d'arriver à l'extrémité de sa course ascendante, o-se ferme; <r' ne s'ouvre que lorsque la course est terminée; l'air chaud et détendu de C traverse le régénérateur qui continue à être chauffé par le foyer, auquel il abandonne la plus grande partie de sa chaleur, et se rend par <j' dans l'atmosphère, en même temps que le double piston redescend par son propre poids; lorsque ce piston est sur le point d'arriver à fond de course, o* s'ouvre, et les choses se passent de la même manière que plus haut, et ainsi de suite.

Pour que la machine ne produise pas un travail illusoire, il faut que l'air agissant sous le piston P' ait une température au moins égale à n5o degrés et que l'on peut porter à 3oo degrés; mais à cette température les huiles et les graisses, quoique ne se décomposant qu'à 4oo degrés, arrivent à un tel état de fluidité que leurs propriétés lubrifiantes perdent en grande partie leur efficacité; d'où des fuites nombreuses qui rendent la machine défectueuse. A cet inconvénient s'ajoute celui

d'exiger de grandes dimensions relatives pour une machine d'une puissance déterminée.

Dans une expérience faite au Havre sur une machine d'Ericsson de 3 chevaux, on a reconnu que la proportion de o,3o de la chaleur développée parle combustible était utilisée pour le chauffage; que la machine utilisait 3i pour 100 de cette chaleur; et enfin que la machine ne transmettait à l'arbre que 3b pour ioo du travail moteur, soit un rendement définitif de 3,6 pour ioo, résultat supérieur à celui que donnent les machines à vapeur d'une faible puissance.

Les considérations théoriques suivantes ne doivent être considérées que comme un simple aperçu, attendu qu'elles reposent sur des hypothèses plus ou moins plausibles et qui ne peuvent conduire qu'à des approximations.

Nous supposerons : i° que les températures T et t <T de la toile la plus voisine et la plus éloignée du piston P restent sensiblement constantes; 2° que l'air sous ce piston, dans son oscillation ascendante, reste à la température T; 3° que le volume de l'jir contenu dans le régénérateur se trouve à la tem-

T -h t pérature moyenne •

Soient

a le coefficient de dilatation des gaz;

p a > t a la pression et la température de l'air atmosphérique;

lia le poids spécifique de l'air sous la pression p a et à la température zéro;

Q, Q,k les sections des cylindres C et C;

H la course des deux pistons ;

Qv l'espace nuisible du cylindre C;

ûrle volume compris entre les soupapes a eis f ;

t la température, sensiblement constante, de la masse d'air contenue dans ce volume;

Qr^ le volume de l'air que renferme le régénérateur;

£2r" le volume compris entre les deux soupapes <j, ?' et de la toile la plus éloignée du piston;

z le chemin parcouru à un instant quelconque par les deux pistons à partir du moment où ils étaient en leur point le plus bas;

dus machines a air chaud. 4 2 7

p la pression correspondante dans le réservoir R, que nous supposerons égale à celle qui s'exerce sur la face supérieure du piston P', ce qui est une nouvelle hypothèse ;

p m la valeur moyenne de p qui est sensiblement constante.

Nous avons maintenant trois périodes à étudier : Première période. — Le piston P s'élève à partir de son point le plus bas, et la soupape s reste fermée. Le poids de l'air compris entre s et P' est

' p a V 'iH-ar p a V 'i-t-aT /». IH a I±i

or, lorsque le piston était au bas de sa course, que les soupapes o- et s' étaient fermées, on avait, sous le piston, le volume d'air Qv à la température T et à la pression p a ; dans

le régénérateur, le volume Qr' à la même pression, mais à la

t -t- T température \ le volume Qr" à la température t et toujours sous la pression p a ; enfin le volume 12 r à la pression p m et à la température /«; d'où, pour le poids total,

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