II

D'où il suit qu'avec un feu entretenu au même degré d'intensité, il suffit, pour faire varier la tension de la vapeur , d'augmenter ou de diminuer, d'une certaine quantité > l'orifice de sortie -, mais comme le feu doit rester le même, et qu'on évapore autant d'eau, dans le même temps, quel que soit l'orifice , il semble évident que les dépenses qu'il faut faire pour produire de la vapeur, sont sensiblement les mêmes, soit qu'on forme de la vapeur à une atmosphère de pression , ou qu'on en forme à plusieurs atmosphères ; dans la pratique , on peut regarder cette assertion comme exacte.

2°. Si , comme il y a lieu de le croire, la quantité de vapeur, produite en un temps et avec une puissance calori fiante donoés, est proportionnelle à la surface de l'eau en contact avec le* parois d'une chaudière exposée à faction du feu; et puisque, d'après nos expériences , les orifices, variant dans leurs rapports avec cette surface, ne peuvent fournir, avec du feu au maximum d'intensité, que de la vapeur à des degrés de tension déterminés par les dimensions relatives des orifices , il semble qu on peut établir quel doit être le rapport de la surface du plus petit orifice possible avec celle de l'eau exposée au feu, pour n'avoir, par exemple, que de la valeur à 100 degrés , ou à toute autre température plus élevée, même en chauffant au maximtunï

On voit, dans nos expériences, qu'avec une surface d'eau'de 189382 millimètres carrés, un orifice circulaire d'environ 491' millimètres carrés (voyez 4'* expérience) dépense toute 1 te vapeur qui se forme à 100 degrés 'Centigrades;, et ne permet pas à l'eau de s'élever au~dessuside cette température \ en^Voit aussi (expérience 5*. ) qu'avec un orfQce circulaire-dé i?3 mu*-' limetnes carrés de surface, on ne "peut élever la température qu'à toi0 centigrades. <>est;4one entre une aire de 49*,B,*^'~ mètres carrés d'ouverture et une de ifi3y que se trouve la limite

ET DES MACHINES A VAPEUR, a83 du plus petit orifice possible, pour n'obtenir avec notre chaudière qu'une vapeur à 100 degrés centigrades.

Or le rapport du premier nombre avec celui qui exprime la surface de l'eau de notre chaudière, est comme i à 386 environ, et le second à peu près comme i à 1 544? " s'ensuivrait donc que de l'eau qui occuperait dans une chaudière une surface , par exemple, de 386 décimètres carrés, exposée au feu le plus fort, ne pourrait fournir, en jet continu, et par un orifice d'un décimètre carré de surface, que de la vapeur à ioo degrés centigrades, et une surface de 1 544 décimètres carrés que de la vapeur à ioi degrés centigrades, par le même orifice. D'où Ton pourrait conclure que l'aire d'ouverture la plus petite possible pour ne produire, en jet continu, que de la vapeur à ioo degrés centigrades, devrait être à peu près la iooo'**. ou la iaoo1"". partie de la surface de l'eau exposée au feu.

On trouverait de même que si l'aire de l'orifice était environ la 5260™'. partie de la surface de l'eau exposée au feu, on n'obtiendrait, avec un feu très-fort, qu'une vapeur de io5 d"r* 5 centigrades de température (voy. exp. r*.) ;

Qu'avec un orifice qui serait la io5attm". partie de cette surface, on aurait une température de 1 15 degrés centigrades (ex-

perieDCM •.),

Enfin qu'avec un orifice qui serait la 21041°". partie environ de cette surface , on arriverait à 1 38 degrés centigrades (expérience 3*.).

3". 11 existe peut-être une loi dedécroissemeat d'ouverture qui se fie avec l'accroissement de température de la vapeur : si on parvenait à la connaître, on pourrait déterminer quelle ouverture A faudrait pratiquer sur une chaudière donnée, pour ne pas dépasser, avec le feu le plus fort, certain degré de température, la vapeur sortant en jet continu. Nos expériences, bien que nom-

a84 DE LA VAPEUR COMME FORCE MOTRICE,

breuses, n'ont pas été poussées assez loin pour chercher à reconnaître celte loi dans les résultats qu'elles ndus oflVént; ces résultats néanmoins nous paraissent applicables dans les limites et surtout pour les nombres notés dans ces expériences.

4*. Elles semblent nous permettre en outre de déterminer quelle quantité de vapeur l'on peut produire, en un certain temps, avec ilnë chaudière donnée, exposée à l'action du feu! le plus fort qu'on puisse faire dârts Ùnlburneau ordinaire. v

Nous voyons, en effet, qu'avec une surface d'eau de 189382 millimètres carrés nous évaporons un litre d'eau, ou, si l'on veut , que nous produisons un kilogramme de vapeur en ttfoïf minutes; ce qui revient à dire que 189 à 190 millimètres carrés de surface d'eau en contact avèc les parois d'une chaudière, exposée a un feu entretenu a son maximum d'intensité, et le plus fort que la dimension de cette chaudière puisse comporter, produisent un gramme de vapeur en trois minutes; ou bien que 568 millimètres carrés environ de surface produiront un gramme de vapeur en une minute ; ou bien encore , en nombres ronds, que 6 centimètres carrés de surface produiront un gramme de vapeur en une minute.

Appliquons maintenant cette règle qui paraît sdflfîre pour la pratique.

Supposons une chaudière rectangulaire à fond plat de 3 mètres de longueur , de 2 mètres de largeur et de 2 métrés de hauteur, remplie d'eau à moitié; la surface de l'eau en contact avec le feu, en y comprenant', bien entendu, ce Vpli tduche le fond et les parois , sera de 1 6 mètres carres bu'de 168600 dëntîmè^ très carrés ; divisant donc ce dernier nombre par 6, vous aurez pour quotient le nombre dè grammes dé vapeur procfitfté eh une minute; et cé quotient est a^Ôfà; ^! >' V

Cette quantité de vapeur produite est considérable; mdis il

ET DES MACHINES A VAPEUR. a85 ne fout pas perdre de vue qu'il s'agit ici du feu le plus fort qu'on puisse employer sous une chaudière ; ce qui n'a pas ordinairemont heu dans la pratique actuelle; et il faut considérer un gramme de vapeur produit en une minute par 6 centimètres carrés de surface d'eau, comme un maximum. Habituellement, c'est-rà-dire avec un feu ordinaire, qu'on entretient sans trop le pousser , on n'obtient ou entre la moitié et le tiers de la quantitéci-dessus , dans le même temps» , ,

5". Enfin on peut déduire encore des résultats de cette première série d'expériences , le moyen de reconnaître approximativement si la puissance calorijiante à l'action de laquelle une masse d'eau est exposée dans une chaudière, est telle qu'on puisse obtenir \e maximum de production de vapeur dont nous venons de faire mention. 4

Nous avons vu, dans ces expériences, qu'avec une aire d'ouverture égale à la 526om\ partie de la surface de l'eau exposée au feu, on n'obtient, dans la chaudière, qu'une température de io5 d,ï"', 5 centigrades.

Or, si nous divisons la surface de iGo,ooa centimètres carrés trouvés pour la chaudière que nous venons de donner en exemple, par 5a6o, le quotient nous montrera qu'avec un orifice dont l'aire serait égale à 3o^"%m "IT,;*,4 environ, et par lequel la vapeur sortirait. sans interruption, l'eau de cette chaudière ne devrait, s'élever qu'à io5 Jrs"', 5 centigrades, même avec le ièu, le .plus fort.

. Si donc on arrive à celte température avec la chaudière en, question, munie d'un oritice de 3o"D,""'cjrrd,,4 d'ouverture, la • puissance caloriûante semble devoir être considérée comme pouvant produire, en une minute, un gramme de vapeur par 6 centimètres carrés de surface, d'eau en contact avec les parois, de la chaudière^

Mais si l'on ne parvenait pas à cette température, qu'on restât, par exemple, à 101 degrés centigrades, quelle sera la quant lité de vapeur produite eu une minute ? les expériences suivan-r tes nous mettront peut-être sur la voie pour résoudre approximativement cette question.

Deuxième série d'expériences pour déterminer le temps de ï écoulement d'un litre d'catt en vapeur, par divers orifices, ta température

MOYENNE DE LEAU DANS LA CIIAUDIÊRE AYANT ÉTÉ MAINTENUE A TOI DEGRÉS CENTIGRADES POUR TOCS LES ORIFICES.

i°. Ouverture rectangulaire de 12 millimètres de longueur sur 3 de largeur.

Baromètre, 767 millimètres. La durée moyenne de l 'évaporation d'un litre d'eau, par cette ouverture a été Je 8 minutes et demie.

20. Ouverture rectangulaire de 6 millimètres de longueur sur 3 de largeur.

Baromètre, idem. La durée moyenne de l'évaporation d'ua litre d'eau, par cette ouverture, a été de 18 minutes*

3°. Ouverture rectangulaire de 3 millimètres de longueur sur 3 de largeur.

Baromètre, idem. La durée moyenne de l'évaporation d'un litre d'eau, par cette ouverture, a été de 34 minutes.

On conçoit que, même avec la plus grande ouverture, dans cette série d'expériences, il a fallu modérer le feu pour ne pas dépasser 101 degrés centigrades , aussi la durée de l'évaporation d'un litre d'eau est-elle près de trois fois pins grande que dans l'expérience correspondante de la première série.

D'où il résulte qu'avec un orifice dont l'aire est la 5260"*. partie de la surface de l'eau exposée au feu, et avec un feu' assez modéré pour ne pas donner à la vapeur une température

ET DES MACHINES A VAPEUR. 287 de plus- de joi degrés centigrades, 6 centimètres carrés de surface n'évaporeraient au gramme d'eau qu'en trois minutes à peu près. C'est le résultat qu'on obtient ordinairement quand la puissance caloriûante n'est pas portée au maximum pour une chaudière ordinaire , en un mot (Juand on modère le feu. Si cependant on obtenait sensiblement moins de vapeur, on pourrait dire que la puissance calorifiante serait trop faible en comparaison de la masse d'eau à échauffer. On ne doit donc pas rester au-dessous de cette limite.

Il nous semble résulter encore de cette série d'expériences, qu'à une même température la durée de l'écoulement d'un poids donné de vapeur est à peu près réciproquement proportionnelle aux aires des orifices : en eflet, il a fallu 8 ~ minutes avec 36 millimètres carrés d ouverture, 18 minutes ou le double à peu près avec 18 millimètres carrés, et 34 minutes, ou le quadruple environ , avec 9 millimètres carrés d'ouverture.

D'après cette règle on pourrait calculer la durée de l'écoulement, pour d'autres orifices, dans les cas du moins où la vapeur serait maintenue à 101 degrés centigrades de température : il est même très-probable qu'elle s'appliquerait à toute autre température; et qu'en connaissant la durée de l'écoulement par un orifice quelconque, à un certain degré de température , on déterminerait sans erreur grave, par cette règle, la durée de l econlemeut par tout autre orifice, la température étant maintenue au même degré.

Il importe de remarquer ici qu'il s'agit toujours d'orifices asse*.peiUs pour permettre à l'eau de s'élever au-dessus de 100 degrés centigrades, et non d'orilices assez grands pour produire sur une chaudière le même effet que si elle était toute ouverte. Nousavoos vu plu* haui qu'à une certaine limite d'ouverture, eu égard à la surface de l'eau exposée au feu, celle-ci tendait à

288 DE LA VAPEUR COMME FORCE MOTRICE, s'élever et pouvait s'élever au-dessus de 100 degrés , avec ou feu convenable; c'est' donc à partir de cette limite, jusqu'à l'orifice le plus étroit, que nous entendons qu'on peut employer la règle ci-dessus. *

Il s'agit maintenant de savoir quelle est la durée de l'écoulement de la vapeur , par une ouverture et avec une chaudière données, à dilïérens degrés de température; les expériences suivantes semblent devoir nous fournir d'utiles résultats.

Troisième série d'expériences pour déterminer la durée de l'écoulement d'un poids donné de vapeur, par une ouverture cohsiaste de 9 millimètres CABRIS, A. DIFFÉRENS DEGRÉS DE TEMPÉRATURE.

Baromètre, 76a millimètres.

1". La vapeur marquant dans la chaudière io5 degrés centigrades de température moyenne.

Un kilogramme de vapeur s'est écoulé, terme moyen, en i3 minutes.

■2°. La vapeur marquant 110 degrés centigrades de température moyenne.

Un kilogramme de vapeur s'est écoulé, terme moyen , en 8 t minutes.

3'. La vapeur marquant 1 15 degrés centigrades de teîfipérature moyenne.

Un kilogramme de vapeur s'est écoulé, terme moyen, en 6 j minutes.

4°. La vapeur marquant 1 20 degrés centigrades.

Un kilogramme de vapeur s'est écoulé, terme moyen, en 5 1 minutes.

5°. La vapeur marquant i2.*> degrés centigrades.

Un kilogramme de vapeur s'est écoulé, terme moyen, en 4 t minutes.

. ET DES MACHINES A VAPEUR. 289 ... (x\ La, vapeur marquant i3o degrés centigrades.

Unkiiogrararae de vapeur s'est écoulé, terme moyen, en 3{ minutes,

70. La vapeur marquant i35 degrés centigrades. tfu kilogramme de vapeur s'est écoulé, terme moyen, en 3 minutes.

Quatrième série : mêmes expériences que les précédentes,- on augmente la température de 10 en 10 degrés centigrades.

" i*?La vapeur marquant 100 degrés centigrades.

Un kilogramme de vapeur s'est écoule, terme moyen, en 4o ■minutes.

20. vapeur marquant 1 10 degrés centigrades. Un kilogramme de vapeur s'est écoulé, terme moyen, e» 8 j minutes.

\ 3°' vapeur marquant 1 20 degrés centigrades.

Un kilogramme de vapeur s'est écoulé, terme moyen, en 5^ minutes.

4°- La vapeur marquant i3o degrés centigrades. : Un kilogramme de vapeur s'est écoulé , terme moyen, en 4 minutes. >

,11 faut se rappeler que l'aire de l'orifice dont on s'est servi pour les expériences ci-dessus , est à la surface de l'eau exposée qu feu r. comme 1 est à 21042 à peu près; or, comme la durée de l'écoulement est en raison inverse de l'aire de l'oriûce, pour une température entretenue constamment au même degré, il sera, facile de déterminer approximativement la quantité de vapeur qui doit s'écouler d'une chaudière donnée aux divers degrés de température notés dans ces expériences.

Ainsi, par exemple, dans le rapport ci-dessus de Voire de t orifice avec la surface de l'eau , si la température s clèye à un II. 37

af)0 DE LA VAPEUR COMME FORCE MOTRICE, des degrés quelconque notés c'wdessus , la durée de l'écoulement avec la chaudière donnée se trouvera par» la. proportion suivante : 18938a millimètres carrés (qui représentent la surface d'eau exposée au feu dans nos expériences) produisant uir kilogramme de vapeur , en 1 3 minutes , à 4 ©5° centigrades, en 8 -f minutes à no degrés, en 6 £ à n5 degrés, etc., combien en produira la surface de l'eau en contact avec les parois de la chaudière que l'on emploie, aux mêmes degrés de température?

Par cette règle nous pouvons juger approximativement de la valeur d'une puissance calorifiante employée, eu égard à la quantité de vapeur qu'elle est en état de produire en un temps donné.

Nous voyons en effet que, dans nos expériences précédentes, la valeur de la puissance calorifiante, qui correspond à chacune, varie et opère la production d'une même quantité de vapeur en des temps divers. Toutes les fois donc qu'on se mettra dans les mêmes conditions que celles dans lesquelles nous nous sommes placés pour faire ces expériences, c'est-à-dire qu'on aura le même rapport d'ouverture avec la surface de l'eau en contact avec la chaudière, et qu'en outre on aura l'un des degrés de température auxquels nous avons opéré , les résultats de ces expériences semblent devoir être des données suffisantes pour évaluer la quantité de vapeur qu'on obtiendra avec la puissance calorifiante qu'on se propose d'employer.

La production de vapeur croît rapidement, comme ces, expériences le font voir, avec l'accroissement delà puissance calorifiante (1) : à 100 degrés la durée de l'écoulement d'uu

(1) Nous n'entendons pas par puissance calorifiante , une masse de combustible enflammé plus ou moins grande, mais la qualité du feu , modéré ou violent, et qui se reconnaît à la quantité de vapeur produite en un temps par une ouverture et avec une chaudière données.

kilogramme de vapeur est de 4o minutes, et à 120 degrés elle n'est que de 5 minutes ; mais il faut remarquer qua cette dernière température, la vapeur n'a pas seulement une pression presque double, mais encore une densité à peu près double aussi; de sorte qu'un nombre double de molécules passent à la fois par la même ouverture avec une vitesse beaucoup plus grande. . .

Il serait superflu d'insister sur l'usage, sur les applications qu'on peut faire très-aisément des résultats fournis par les expériences précédentes j mais nous ne pouvons nous dispenser de rapporter, pour terminer ce que nous avons à dire sur la dou-r ble question qui vient d'être traitée, les résultats de quelques autres expériences que nous avons tentées principalement dans la vue de connaître à quel degré de l'échelle du thermomètre centigrade peut correspondre la puissance calorifiante d'un feu ordinaire, sur lequel une chaudière, pleine d'eau, est placée.

Pôur cela on s'est servi de deux vases cylindriques de ferblanc; la surface du fond de l'un était à celle du fond de l'autre comme 1 est à 2 -, du reste ils étaient de même hauteur.

Leurs orifices respectifs étaient dans un tel rapport avecla surface de l'eau exposée au feu , qu'un feu de charbon de bois bien allumé et présentant assez de surface pour dépasser la circonférence du fond du plus grand des deux vases, portait la température de l'eau à rot degrés centigrades.

On mettait dans chaque vase la même hauteur d'eau.

Pour connaître, avec exactitude, la quantité de vapeur produite, en un temps donné, on avait suspendu le vase à l'extré^ mité d'un des bras d'une balance , et l'on jugeait aisément quand un kilogramme de vapeur était écoulé.

Le grand vase placé sur le feu de charbon a fourni un kilo*

igi DE LA VAPEUR COMME FORCE MOTRICE ,

gramme de vapeur en 20 minutes , à ioo" 7 centigrades , terme moyen.

Le petit vase, placé sur le même feu , a fourni un demi-kilogramme de vapeur, à ioo° ~ centigrades, en a3 minutes.

On a ensuite suspendu successivement les deux vases, sur un hain d'huile , avec les mêmes quantités d'eau , dans les mêmes conditions; il n'y avait de changé que la forme, si on peut le dire, de la puissance caloriGante; le fond seul des vases touchait la surface de l'huile; et pour éviter le contact de l'air froid avec la paroi de ces vases , une plaque de tôle , percée pour laisser passer la tubulure des vases, recouvrait le bain d'huile.

Lorsque la température de ce bain d'huile est parvenue à 2 16 degrés centigrades, le premier vase a fourni un kilogramme de vapeur en 20 minutes et demie, terme moyen.

Le second vase a fourni un demi-kilogramme de vapeur à ioo° ~} en 22 minutes et demie.

Il résulte de ces expériences que la puissance calorifianle d'un feu de charbon bien allumé, sur lequel pose en entier le fond d'un vase, semble pouvoir être représentée par 216 degrés de l'échelle centigrade; puisqu'on a obtenu avec un bain d'huile, élevé à cette température , à très-peu près les mêmes elTels qu'avec un feu de charbon tel que nous venons de le décrire; et ces eflelsont été obtenus sur les mêmes quantités d'eau à la même hauteur dans chaque vase, et avec les mêmes orifices de sortie pour la vapeur.

Il y a lieu de croire qu'au moyen d'un vase d'une nature et d'une construction convenables, la durée de l'écoulement d'un poids déterminé de vapeur pourrait servir d'indications pyrométriques.

Ces expériences nous ont fait remarquer encore, d'abord, que les quantités de vapeur produites, dans une unité de temps,

ET DES MACHINES A VAPEUR. 2t)3 avec un même feu, sont à très-peu près proportionnelles aux surfaces exposées à l'action du feu; nous voyons, en effet, qu'avec un fond d'une surface sous-double, on ne produit, à peu près dans le même temps, que la moitié du poids de vapeur.

Ensuite qu'il faut environ 6 fois autant de temps pour con- ' vcrtir un kilogramme d'eau bouillante en vapeur, que pour porter le même poids d'eau, de 10 degrés centigrades, à la température de l'ébullition.