CHAPITRE XLV

Résumé des principaux faits relatifs à la vapeur.

r. Il faut nécessairement la réunion de deux éiémens pour composer le moteur qui nous occupe ; ces élémens août le'co~ lorique et Veau. La vapeur , qui est le résultat de cette combinaison, peut être considérée comme contenant toujours, sous le même poids , les mêmes proportions de calorique et de molécules d'eau ; de sorte qu'un gramme de Tapeur, marquant o degré de température, admet dans sa composition autant de chaleur et dé molécules d'eau, qufun gramme de< vapeur marquant 200 degrés ^iU donc fallu dépenser autant d'eau et de chaleur pour former ce poids de vapeur à o degré , que pour produire ce même poids à aoo degrés* Toutefois les mêmes circonstances n'ont pas accompagné la production de ces deux espèces de vapeur y elles présenteraient, de tous points, les

et quant à la nature > des principes constituaus , et quant aux proportions de ces principes.

Pour former le volume d'un gramme pesant de vapeur à o degrés, il a fallu que, dan» espace ou elle s'est répandue; il ne

3oa DE LA VAPEUR COMME FORCE MOTRICE , régnât , pendant toute la durée de «a formation , qu'une tension très-rfaible et correspondante à sa propre tension; il , a fallu qu'aucune pression étrangère et supérieure à cette forée ne vînt s'opposer, au développement du volume que doit prendre un gran^we de vapeur à o degré. - t^ï • ; i • • •

. [^our, le gramme de vapeur à aoo degrés , l'espace qui le renferme a pu présenter au développement de la vapeur une pression étrangère considérable et aussi grande que la forte même de la vapeur à cette température ; mais il en est résulté que cette vapeur a été forcée de se replier sur eïle-mémè 1 p*r les effets simultanés et de la pression étrangère et de la fort*! tension qui lui est donnée par le feu qui la produit.

Ainsi donc le gramme de vapeur, à o degré, occupe un tuesgrand volume ,et le gramme de vapeur à aoo degrés un trèspetit relativement, j ..Huci ?: - ii ■

Que si l'on comprimait ce grand volume de vapeur à o degréj sans qu'il y eût perte de chaleur , et jusqu'à le réduire aux dimensions de celui que présente la vapeur à aoo degrés , là première espèce de vapeur marquerait vaussi aoo degrés , et serait identique avec l'autre* et si, au oontraire, on laissait développer le volume de là vapeur, à aoo «kgrés au point de le rendre 'è^aV au volume d'un gramme de vapeur > à o, les aoo degrés <de cette vapeur disparaîtraient sous forme latent» , et on aurait un gramme de vapeur à o. • *••» ''•'• •')"'•' *•

xn, La vapeur occupe l'espace qui la renferme, de'deuït hia^ nières.;ou biea elle le remplit tellement qu'on ne peut pkiS éti ajouter, à. moins d'augmenter la température de l'eau1 qui 4%^ fournie, et <fen$ ce cas l'on dit qu'elle sature T espace; ou'bien elle ne salure pas l'espace qui la contient , et c'est ce qui peut arriver1 eu deux circonstances différentes!: i'j lorsqu'on -élèvela température o¥un volume de vapeur toute fermée ; a*. i<*xpe,

: a EJT DES MACHINES A VAPEUR. 3o3 fermant tonte communication avec la source productrice de la vapeur, on agrandit tout à coup la capacité du vase dans lequel on a recueilli cette vapeur. '* ■-/'»> -u •

ij 3°. Toot le calorique qui entre comme principe constituant dans la composition de la vapeur, ne se manifeste pas aux instrnmei» employés pour en mesurer la quantité absolue. Si la vapeur est comprimeesurelle-niéme, sans condensation aucdne, ejle montre d'autant plus de chaleur sensible, que la compres-» sim est plus Ibrta; si elle. peut se raréfier, sans obstacle, elle sftmhle.se refroidir, parce qu'une portion de chaleur , qui affecr tart »Q3 Htetrumoos, devient latente y ce qui vent dire qu'elle ne les affecte plus.

4% On estime qu'il y a à peu près 6 fois autant de chaleur dans iun poids donné de vapeur à xoo degrés centigrades, sous la pression moyenne de l'atmosphère, que dans le même poids 4'eajAè U&at d*ébiiUkion*,D©àcrim kilogramme de vapeur à ioo degrés m41é avec 5 kilogrammes d'eau à o'de température produira 6 kilogrammes d'eau bouillante.

5VLa vapeur se forme dans un récipient plein d'air comme daneje. yide d paraît qu'elle trouve dans l'écartement des moï&^Wd» Ûmd& y la place nécessaire pour s'y loger. A$\ Q^^»m^r l{état de la vapeur par deux moyens : ou par compressa, puieat la mettant, en contact avec un corps d'une température plus basse. Par le premier, un volume de vapeur pim ne^f ^passer entièrement à KétatJiquide; si elMtait mè- Içft^c «Vlanvune portion de cette vapeur conserverait sou ^i&nfi.Jc! njélange, quelle que soit la force- comprimante, ^arje ^cond , une portion seulement de la vapeur repasse à l'4tat, liquide j et cette; portion, en poids, est d'autant plus ' grano>que le corps en contact est plus froid et que dans le contact elle a moins, <fe mouvement. La portion qui mte ,

3o£ DE LÀ VAWttll COMITE FORCE MOTBICE ,

même dans les basses températures, peut conserver le volume

primitif.

n*. Le poids d'un volume donné de vapeur , saturant l'espace, est d'autant plus faible que la température de l'eau qui Fa produite est plus basse, et d'autant plus fort que cette température est plus élevée: environ 1700 décimètres cubes de vapeur à 100 degrés centigrades, sous la pression moyenne de l'atmosphère, pèsent un kilogramme -, donc un kilogramme d'eau entretenue bouillante fournit, en nombre rond , 1700 décimètres cubes de vapeur à 100 degrés.

88. La densité de la vapeur est sensiblement proportio-nnette à sa tension ou à sa force :, et à partir du terme de l'ébullition , 11 degrés centigrades d'addition à un degré de température déterminé semblent suffire pour doubler la densité de la vapeur formée à ce degré déterminé de température : ainsi à 121 degrés environ, 1700 décimètres cubes de vapeur pèsent 1 kilogrammes*, à i44 degrés, 4 kilogrammes; à 1G6 degrés, 8 kilogrammes, etc., etc.

A iaa degrés un kilogramme d'eau ne fournit, a saturation d 'espace, qu'environ 85o décimètres cubes de vapeur*, à i44 degrés , que 4*5 décimètres cubes, etc., etc.

9% La force de la vapeur, à 100 degrés centigrades , sou* tient une colonne de mercure de 76 à 77 centimètres de hauteur, ce qui équivaut à la pression moyenne de l'atmosphère.

Cette force peut augmenter, ou par l'action seule de la chaleur, ou par l'action combinée de la chaleur et de l'eau, ou même enfin par le seul concours de l'eau ou de la vapeur dans certaines circonstances.

Par la seule action de la chaleur : chaque degré de température que prend de la vapeur a o dègré, augmente sa force de 0,00375, et par conséquent, de 0 degré à 100 degrés, de 0,375.

. • ET DES, MACHINES A VÀPEJJR. , 3o5 . Par l'action combinée 4e la clmleur et de Veau : lorsque la vapeur se compose des proportions naturelles de ses élémens , en;un mot, lorsqu'elle se produit, saturant l'espace, sa, force augmente, à partir de ioo degrés, à peu près dans le .rapport de i ? i,o3a pour chaque dçg?é de température^ ce qui, montre la grande part qu'a l'eau dans l'accroissement de tension de;la vapeur : avec un seul degré de température de plus,ellejproduit à peu près autant que la chaleur seule sur de la vapeur pure avec 100 degrés , en la prenant de o à ioo degrés.

Enfin par le seul concours de l'eau sous de la vapeur dans Certaines circonstances : lorsqu'on introduirait de nouvelle eau dans la vapeur échauffée au delà de saturation d'espace, l'eau s'emparerait du calorique en excès et se réduirait en vapeur.

Ainsi , par exemple , $'il est perm is d'étendre jusqu'à 122 degrés centigrades et sur la vapeur la loi des gaz dilatés par la chaleur, celle-ci seule augmenterait la force de la vapeur de 0,0825 depuis 100 degrés jusqu'à 122 degrés ; tandis que par le conT cours de l'eau avec de la vapeur, jusqu'à saturation d'espace à 1 22 degrés , la force serait doublée.

, i o\ La force de la vapeur est affaiblie par deux causes : 1 °. par la perte d'une portion de sa chaleur, que ce soit par compression , ou par le contact d'un corps froid qui s'en empare, 20. par la raréfaction qu'on peut lui faire subir. t \

Dans le premier cas , le décaissement de force est non-seulement proportionnel à la quantité d'eau qui se sépare de la vapeur , mais encore au degré de raréfaction qu'elle éprouve après la condensation, toutefois lorsque cet effet a lieu par le contact d un corps froid. Le décaissement est simplement proportionnel à la quantité d'eau séparée, lorsque la condensation a lieu par compression, et qu'on rend à la vapeur son volume primitif et sa chaleur.

5o6 DE LA VÀfcfetJR COMME FORCE MOTRICE,

Dans le second cas, le décroissement de force est proportionnel à l'agrandissement devohrrae que la vapeur tfubit par la rareTactioh. Le décroissement est moindre, lorsqu'on maintient la VàpëUr au degré de température qui l'affectait, avant la raréfaction ; et il n'y attrait point de décroissement de force, si dans cette dernière circonstance le récipient à vapeur contenait de l'eau qui , venant à se vaporiser et par la diminution de tension, et par l'accumulation de la chaleur, saturerait l'espace au fur et à mesure qu'on l'agrandirait.

1 1°. Un volume donné de vapeur , (brmce sous une pression Quelconque, est comme un ressort tendu, qui se détend à mesure que la force comprimante décroît ; on dit alors qu'elle esten expansion.

ïa\ La vapeur a un maximum de force pour chaque degré de température ; ce maximum n'existe que lorsque t'espace est Saturé; ainsi la force d'expansion est toujours moindre que la tension qui règne dans un espace saturé, attendu qu'il n'y a d'expansion qu'autant que la vapeur peut s'étendre au delà de l'espace saturé , avant la détente.

i3°. Un mélange de vapeur et d'air a une tension égale à la somme des tensions respectives et de ta vapeur et de l'air, correspondantes au degré de température du mélange.

i4°. Trois à quatre kilogrammes de bonne houille peuvent produiront à peu près 28 kilogrammes de vapeur; il faudrait à peu près le double de bois de chêne pour donner les mêmes résultats, on suppose qu'il n'y a point de perte sensible de chaleur.

i5°. La quantité de vapeur produite en nn temps et avec un 'foyer donnés est proportionnelle à la surface d'eau exposée au feu ; et l'on peut admettre, eu pratique, que a-*"»*»"*^ de surface d'eau en contact avec les parois d'une chaudière, exposée

ET DES MACHINES A VAPEUR. 3o} h t action d'un feu ordinaire, produiront, par heure ? environ 38 kilogrammes de vapeur.

i6\ Il faut environ 6 fois autant de temps pour réduire un poids donné d'eau en vapeur, que pour porter le même poids de 10 à 100 degrés, terme de le>ullition, avec le même appareil.

17*. La quantité de chaleur qui pénétre, en un temps donné, du foyer calorifiant dans la chaudière et la niasse d'eau qu'elle renferme , est d'autant plus grande qu'il y a plus de différence entre la température de cette masse d'eau et celle de l'espace que la chaudière occupe dans le fourneau. S'il y avait égalité de température , l'action de la puissance caloriiiante sur la masse d'eau deviendrait nulle. Une chaudière est d'autant plus éloignée d'arriver à cette égalité, qu'elle présente plus d'espace à la vapeur pour se développer,

180. La tension delà vapeur, renfermée dans une chaudière, ««posée à l'action du feu, suivant l'usage ordinaire , ne croîtrait pas indéfiniment; au delà d'une certaine température, le rayonnement .du calorique par la chaudière suffirait seul pour dissiper la quantité de chaleur qu'elle recevrait dans un temps donné. L'espace occupé par une chaudière dans un fourneau ordinaire paraît renfermer une puissance caloriÇante d'environ a 16 degrés centigrades ; et cette température serait peut-être le terme auquel s'arrêterait, dans des circonstances communes, l'eau d'une chaudière : elle perdrait par émission ce qu'elle recevrait, dans le même temps, par absorption.

xfjf. avec une puissance caiorifiante donnée, la température, et par conséquent la tension que la vapeur peut prendre, dépend de la grandeur de l'oritice par lequel e\ie peut sortir de la chaudière.

ao*. 11 y a pour chaque degré de température une limite dé

3o8 DE LA VAPEUR COMME FORCE' MOTRICE ,

grandeur d'orifice, eu égard à la surface de Veau exposée a» feu, en dedans de laquelle limite on ne peutpaS augmenter,!* tlemrK-raturé dé ta vapeur qui sort en courant continu , quelle tpie soîtia violence du! feu auquel lavandière est «xposee.

21*. Lorsque l'aire de l'orifice de sortie est plus grande que la millième partie de la surface de l'eau exposée au feu, ou ne peut guère élever la température de la vapeur sortant d'une chaudière par un courant continu, sans tuyau de conduiteyau delà de 100 degrés centigrades, quelle, que soit la grandeur du feu.

22e. Avec une puissance calbrifiante donnée, le poids de vapepr qui sort d'une chaudière en un certain temps et eu courant continu est toujours égal, quelle que soit l'aire de l'orifice de sortie; parce que la densité et la vitesse de la vapeur croissent en raison inverse de l'aire de l'orifice par lequel elle s'échappe.

23\ La nature des substances dont on peut composer les tuyaux de conduite à vapeur , parait influer peu sur la perte de chaleur que ce fluide éprouve dans son passage rapide.

240. La longueur des tuyaux de conduite n'occasione une perte considérable de chaleur que lorsque l'aire des orifices est Ires-petite , eu égard à la surface del'eau exposée à un feu vif et soutenu. Lorsque cette aire est dans le rapport de i à moo , Ta longueur des tuyaux a une très-petite influence sur la perte Jë calorique que pourrait essuyer un courant de vapeur, dont la température ne dépasserait point ioo degre*centigrades.

25°, Ëntinla longueur d'un tuyau de conduite -d'un, certain diamètre fait le même effet pour favoriser l'élévation de température de la vapeur dans lachaudière; que' la diminution de l'orifice, placé immédiatement sur la chaudière: ainsi, on n'élèvera ''pas, sans tuyau de' conduite, la température de l'eau

ET DES MACHINES A VAPEUR. 3o$ au-dessus de 100 degrés avec un orifice dont l'aire serait environ la millième partie de la surface de l'eau exposée au feu ; tandis qu'arec un tuyau dont l'orifice aurait la même surface, et une longueur de 6 à 8 mètres, la température de la chaudière pourrait s'élever, avec le même feu , au delà de 100 degrés.