IO

lin .

Equilibre.

' lié L n3 .

• >994 • • i.ppo . .

ia5 .

)'l*fl'JL '

tqmSibtt.

l.Soi.

53,oW) ' *

1 1 iO .

• io -

L'échelle sur laquelle nous avons opéré est, à la vérité, fort j>eu étendue; niais les résultats portés dans ce tableau sont trèsexacts et proviennent d'expériences répétées plusieurs fois et suivies avec la plus scrupuleuse attention. Nous pensons dès lors qu'elles peuvent servir de base pour évaluer, d'une manière aussi approchée que la pratique l'exige, la puissance mécanique de la vapeur dans les cas du moins où on la fait agir comme il est dit plus haut.

Quoi qu'il en soi*, l'examen de ce tableau donne lieu aux remarques suivantes. •

i°. A 110 degrés centigrades, la charge, y compris la pression atmosphérique qui fait équilibre à la tension de la vapeur sur le piston, est de 3* 1,1 ,009. Pour faire parcourir, par exemple, à ce piston une course de 4o"°' 5 en une demi-seconde, ou ce qui peut être considéré comme la même chose quand il s'agit , d'une évaluation approximative dont il faut bien se contenter dans le calcul des forces mécaniques industrielles , pour obtenir une vitesse de 81 centimètres par seconde, il faut diminuer de 5 kilogrammes la charge qui fait équilibre. On élèvera donc à 81 centimètres de hauteur un poids de 27 w ,009 en une seconde de temps avec un piston de 53 millimètres de diamètre. Donc la puissance mécanique de la vapeur à 1 10 degrés centigrades peut être représentée, pour chaque centimètre carré de surface, pour la vitesse ci-dessus, par i*'1, 224 environ, élevés eu une secondé à 8i centimètres de hauteur.

a0. A 1 15 degrés , la charge d'équilibre sur le piston est de 37 k,l ,oo9 , et pour obtenir la même vitesse de 81 centimètres par seconde , il faut diminuer cette charge de 5 kilogrammes , ce qui revient à dire que la puissance mécanique de la vapeur à n5 degrés centigrades, avec cette vitesse, est de 1 k,l ,45l>

ET DES MACHINES A VAPEUR. 3^ élevés à 81 centimètres de hauteur, en une seconde, pour un centimètre carré de surface.

3°. A 120 degrés, la charge d'équilibre sur le piston est de 44 k" >o°9} et Poar obtenir la vitesse ci-dessus , on a diminué la charge de 6 kilogrammes , et la puissance mécanique de la vapeur à 120 degrés centigrades, avec cette vitesse est de iu,",723 élevés à 8i centimètres de hauteur, en une seconde, pour chaque centimètre carré de surface de piston.

4*. A i a3 degrés , la charge d'équilibre est de 48 klu,009 ; et pour obtenir la vitesse ci-dessus, il a fallu diminuer cette charge de 5 kilogrammes et la puissance mécanique à ia3 degrés centigrades , avec cette vitesse , est de i kil , gSo élevés en une seconde , à 8i centimètres de hauteur, pour chaque centimètre carré de surface de piston.

5°. A ia5 degrés , la charge d'équilibre est de 52 "',009 , et pour obtenir la vitesse ci-dessus , il a fallu diminuer la charge de 5 kilogrammes, etla puissance mécanique, avec cette vitesse, et à 125 degrés centigrades, est de 2 kil,i3o élevés en une seconde à 8 1 centimètres de hauteur, pour chaque centimètre carré de surface.

6°. A i3o degrés , la charge d'équilibre est de 59 k,l,oo9; et pour obtenir la vitesse ci-dessus , il a fallu diminuer cette charge de 6 kilogrammes , et la puissance mécanique , à i3o degrés centigrades , avec cette vitesse , est de 2 kiU,4°4 élevés à 81 centimètres de hauteur , en une seconde, pour chaque centimètre carré de surface.

7°. Enfin à 140 degrés, la charge d'équilibre est de 81 kil ,009 et pour obtenir la vitesse ci-dessus , il a fallu diminuer cette charge de 5 kilogrammes , et la puissance mécanique de la va* peur , à 1 40 degrés centigrades, avec cette vitesse , est de 3 kl ,44^

35o DE LA VAPEUR COMME FORCE MOTRICE , élevés, en une seconde , à 81 centimètres de hauteur, pôp chaque centimètre carré de surface du piston.

()n peut déduire de ces remarqaes la conséquence importante nue la différence entre ia charge d'équilibre et celle qui correspond h une vitesse de Si centimètres par seconde peut être considérée comme constante à toutes tes températures. En effet cette différence a été constamment de 5 kilogrammes $ elle n'a varié que deux fois dans le cours de ces expériences ; ce qu'on peut attribuer à quelque erreur d'observations, relative , probablement à la charge d'équilibre.

On voit , d'après la cinquième colonne du tableau , qvte dette différence est de 226 grammes à peu près par centimètre carré de surface du piston, et avec la vitesse ci-dessus, pour toutes les températures.

Si l'on comparait maintenant la charge d'équilibre avec celte qui Correspond à une vitesse de 4o , 5 par seconde , d'après le tableau , ou de 81 centimètres par 2 secondes , on trouverait que , pour cette vitesse , la différence qui existe entre l'une et l'autre est de 181 à 182 grammes.

Ce qui semble autoriser à tirer une seconde conséquence importante , savoir : que quelle que soit la pression dè la tiapëur, qu'elle soit ce qu'on appelle vulgairement, à basse , moyenne ou h haute pression , il existe, a peu de chose près , la même différence pour toute espèce de vapeur entre la charge d'équilibre et celle qui correspond à un degré de vitesse déterminé: Dès lors on pourrait savoir approximativement quelle' es* , par centimètre carré, la puissance mécanique «de la Vapeur1, à un degré quelconque de température au-dessus de 100 degrés centigrades , et capable d'imprimer au piston une vitesse , par exemple , de 81 centimètres par seconde; il faudrait soustraire 320 grammes du nombre qui exprimé, dans nos tables , la ten-

sioa: de la vapeur , soit, contre le vide , soit contre l'atmosphère; le reste indiquerait cette puissance mécanique par centimètre cwrèr, si 1* vitesse n'était que de moitié , on ne soustrairait que 18a grammes , comme nous l'avons vu plus haut.,

Que si le pistou n'agissais que sur. un vide partiel,, t#l q^'il est toujours dans le condenseur, il faudrait préalablement sous* traire la tension qui règne dana le condenseur de la tension totale de la vapeur sur Le vide , et soustraire ensuite la différence 336 ou i$2 grammes , suivant Tune ou l'autre des vitesses ci-dessus imprimées au piston.

On remarque aussi une différence constante pour toutes les températures entre les charges , correspondant respectivement, l'une aune vitesse de 4oc"",5 par&econde,iautre à une vitesse de 4oc"" ,5 par demi-seconde, et ce rapport est de 4 4 a 4^ grammes; de sorte qu'en étant ce poids, par; centimètre carré de la charge animée, dune vitesse de 4oTlJ5 par seconde, on obtiendrait une vitesse double.

Il est important de remarquer en outre que , puisqu'aux divers degrés de température cités dans le tableau ci-dessus , le rapport arithmétique des charges est le même pour passer d'un degré de vitesse à un- autre, il y a évidemment plus d'avantage, sous le rapport de l'effet mécanique, de se servir de vapeur à haute, qu'à basse pression, attendu que la charge résultant d une haute pression est diminuée dans une moindre proportion , pour avoir , par exemple , une vitesse double que ne le serait celle qui appartient à une hasse pression. .*'

Eaetfet, si vous opérez avec de la vapeur à 1 10 degrés centigrades, roua élèverez une, charge, de ik"',2Ô9 à 81 centimètres en deux secondes y par centimètre carré de surface de piston,; et pour obtenir une vitesse double, il faudra, d'après no6 expériences, diminuer cette charge d'un vingt-huitième à peu près ;

35 1 DE LA VAPEUR COMME FORGE MOTRICE , mais portez celle vapeur à t4o degrés, vous élèverez une-charge tic 3k,'',49° * 81 centimètres en deux secondes par centimètre carré; et pour doubler la vitesse, ce ne sera pas proportionnellement qu'il s'agira de diminuer cette charge, ce sera- seulement d'un soixante-dicc-Jmitième à peu près, c'est-à-dire» environ trois fois moins que si la diminution était en raison des charges.

Cette différence paraîtra considérable quand on réfléchira ab nombre de centimètres carrés que donne la surface da pistou d!unë machine à vapeur fort ordinaire.

Appliquons maintenant ce que l'expérience vient ^ de 'tatous apprendre, à une machine mue par la vapeur à son mtèxiifâni de force relative, c'est-à-dire agissant sans expansion . : '

Supposons d'abord que ce soit une machine sans condenseur qui renvoie la vapeur dans l'air. « • ,

LeOiston de cette machineu une surface de »ooa centimètres carrés; sa course est de 162 centimètres; ou ne veut travailler qu'à deux atmosphères et avec une vitesse de 3o pulsitèiànt, ou de quinze levées et de quinze descentes de piston par minute , C'est-à-dire avec une vitesse de Sî centimètres par se-

Puisque la machine agit en opposition avec 4a pression «MU* sphérique , sa force motrice doit être représentée par la'«jf> férence qu'il y a entrela tension réelle delà vapeur à ra* -degrés centigrades de température et la pression delair. Preftonruoiw d'après les tables de tension et pour valeur moyenne *èi cette différence , 1 w,o56, par centimètre carré : mais ce dernier nombre exprime la charge d'équilibre, et nous avons par ce qui précède , que pour obtenir une vitesse de 8* CenttV métres par seconde, il fallait dhnriraer cette ohargede aa6 grammes : effectuant cette soustraction , nous trouvons que la" force de la vapeur , qui s'exerce sur chaque centimètre carré , est <le

ETiDBSiHACIflNBS A VÀPEUK. 1 353

Hto grammes avec la vitesse ci-dessus, et sur la surface entière du piston, de 2000 x 810 igrainmes ou 1620 kilogrammes. Or, commet ce poids est élevé à 8i centimètres pur seconde, la puis» sauce mécanique de la machine sera représentée, par i3 1 220 kilogrammes, élevés à un centimètre par seconde, ou i3taw",ao élevés à un mètre dans le même temps.

Telle est la force réelle de cette machine , mais non l'effet utile qu'elle peut produire : il faut en. déduire les perles de vapeur, les frottemens et du piston et des; antres pièces qu'elle doit mettre en mouvement, ainsi que quelques autre», résistances occasionées par les divers accessoires de la uuachi ne. .

On ne peut guère évaluer ces résistances qu approximativement et par l'expérience , ce qui est assez; facile lorsque la machine porte un volant : il s'agira d attacher, sur un. dés bras de celui-<;i, un poids suffisant pour mettre la machine en mouvement } ce poidsexprimera la valeur des résistances passives et ce qu'il faut au moins soustraire de la puissance, mécanique, pour avoir l'elïel utile dont la machine est susceptible.

Supposons maintenant qu'au lieu d'une course de pistou de 16a centimètres, notre machine n'en eût qu'une de 81 cen- Ùmètres, qu'elle travaillât de même à 3o pulsations par minute, et avec de la vapeur à taa degrés j sa vitesse sera moitié moindre que celle de la machine précédente, c'est-à-dire de 4o""\5 par seconde; mais aussi l'on dépensera la moitié de vapeur, puisque le pistou étant le même et jouant dans un cylindre raccourci de moitié, le volume de vapeur nécessaire pour chaque pulsation dan» le premier cas est le double de celui dont on a besoin dans le second* voyons dans quel rapport la puissance mécanique de cetUî dernière machine se trouvera avec celle de la première. .

Rappelons-nous que pour n'avoir qu'une vitesse de 40' " ,5 11 4'.

354 DE LA VAPEUR COMME FORGE MOTRICE, par secondé, il ne faut diminuer la charge dVéquilihreque de 182 grammes;; des lors la force, par centimètre carré , sera de- 854 grammes et sur le piston tout entier, de 2000 x 854^*= 1708 kilogrammes -avec unevitessede4oc"%5 par seconde* La puissance mécanique est donc représentée par 69174 kilogrammes élevés à un centimètre de hauteur par seconde , ou 6$ijW*,?4 à un mètre.

11 résulte clairement de cette comparaison que la vapeur dépensée étant = 1 dans le dernier cas , l'effet produit est' représenté par 691 u*, 74 élevés 'à un mètre par seconde; tandis que dans le 'premier cas, la vapeur dépensée étantes- a, l'effet produit n'est pas double, puisqu'il n'est équivalent qu'à i3ia ^' ,20 élevés à un mètre par seconde. La vitesse de 4o'"c"'',5 par seconde, donne donc proportionnellement un- plus grand effet mécanique que celle de8icentimètreedans,lemêine temps, et la différence ici pour un piston de aooo centimètres carrés est de 7 1 k,,-,28 élevés a un mètre par seconde.

Si maintenant on détermine l'effet mécanique produit' par notre piston avec la vitesse de 4o^*B, ,5 en 1 seconde et demie , on trouvera qu'il est proportionnellement plus fort que celui qui correspond à une vitesse de 4oce" ,5 en une demi*seooode, et* celle de 4ot"",5 en une seconde, eu égard à la quantité de vapeur dépensée dans l'unité de temps; U semble donc qu'on est fondé à conclure que l'effet mécanique est d'autant plus grand proportionnellement , eu égard à la quantité de vapeur dépensée, que la vitesse du piston est plus petite.

On pense bien que ce que noua avons dit plus haut sur la manière d'évaluer l'effet mécanique de la machine à vapeur en question , après avoir déterminé la température à laquelle on porterait la vapeur, s'applique à toute autre niachine de ce genre dont on voudrait connaître l'effet , dans un instant quel-

i flT DES MACHINES A ¥ABEE*. / • i 35$ conque dé son service : H suffit de prendre la teropéraluDe de la vapeur dans . 1* chaudière avec no thermomètre centigrade , pour connaître la charge d'équilibre au moment de V&ullitiijn, et se servir ensuite des règles que noue avons proposéeM'apcès nos expériences, pour déterminer le poids en kilogramme» que la machine est capable d'éleyer à ira mètre en une seconde de temps.

. Voilà pour ce qui regarde l'évaluation approximative d'une machine sans Condenseur; supposons à présent qu elle en ait un» 831 était possible que le vide m* absolu dans le condenseur, le calcul serait tout aussi simple que précédemment : c'est une quantité équivalente à la valeur de la pression atmosphérique qu'il faut ajouter à la tension de la vapeur sur l'atmosphère; mais comme le vide ne peut jamais être que partiel, la puissance effective n?est que la différence qu'il y a entre la tension de la vapeur dans la chaudière, et celle qui règne dans le condenseur.

Admettons donc que la machine travaille avec de la vapeur dont la tension soit équivalente à deux atmosphères dépression, soit à a^'^ona par centimètre carré , et qu'un tube barométrique, par exemple, placé sur le condenseur pour reconnaître la tension que conserve le mélange d'air et de vapeur dont nous savons qu'on ne le débarrasse qu'imparfaitement; que ce tube barométrique, disons-nous, indique 'une tension équivalente à une colonne de mercure de 19 centimètres; il s'en suivra que la vapeur aura à vaincre- une résistance égale au quart de la pression atmosphérique, indépendamment de l'effet utile qu'elle doit produire ; la force de la vapeur sur le piston sera donc réduite, paît centimètre carré, à 1 "'",073, moins le quart d'une atmosphère* o'«st*à-dire moins %5g grammes , en nu mot à i" ,8i3j qui est la charge d'équilibre.

3f>6 DE LA VAPÉDR COîtàïË "FORCE MOTRICE ,

La puissance Mécanique va1 dépèhdré' maintenant de la" vitesse du piston moteur. Supposons que Celle-ci s&it de 8 r centimètres j)ar seconde : dans ce rcàs nous savons qu'il1 faut soustraire 22G grammes de la charge ci-désstis, et multipliant ce reste par 2000 centimètres carrés, Surface du piston , et le produit de celte multiplication par 81 centimètres, nous aorohs 257ok , ,o4 élevés à un mètre en une seconde, pour la puissance mécanique, ou pour l'effet mécanique , abstraction farte déboutes les circonstances qui lé réduisent dans la torâlique.

Que si la vitesse n'est que de 4o """'jS par seconde, nous n'a<vons à soustraire , de la charge d'équilibre . c|ue 182 gratfliiies , et, multipliant ensuite le reste par 2000 etîe produit par 40"* -,5, nous trouvons i32i ki,n élevés à un mètre en une secondé : ce qui nous donne une puissance mécanique proporlïonnellènYeVit plus grande que dans le cas précédent, où l'on emploie titie quantité double de vapeur dans le même temps ^ sans obtenir un résultat double , ainsi que nous l'avons déjà remarqué plis, haut. Mfi.-

Nous avons calculé sur un quart d'atmosphère de tenrion dans le condenseur ; une bonne machine n'en doit pas offrir un huitième ; prenez néanmoins cettè dernière fraction dans tecars de 40 "" ,5 de vitesse par seconde, la charge d'équilibre sera à peu près de ik,l,943, et vous trouverez, pour puissance mécanique , 1 426 w ,4 1 élevés à un mètre en une seconde. Vous v«yez que cette seule différence dans l'état du vide que présenté le condenseur , augmente la puissance mécanique de presse tûo kilogrammes élevés à un mètre par seconde. . 1 .

Si l'état du vide a uue influence si remarquable sur la valeur relative de la puissance mécanique , l'élévation de température de la vapeur en a une très-grande aussi , comme nous allons le voir. 1 ■•*.»-! . ,:\.:t p "m

Prenons, pour la tension de la vapeur , 4''\l44 Var ^ea^' mètre carré ; déduisant de cette tension 1 29 grammes pour le huitième cfatmosphère qui réagit contre la vapeur, nous aurons pour la charge d'équilibre 4w*,oi5.

Poar avoir la vinsse ci-dessus, il faudra soustraire de cette charge i8xgrammes; ce qui nous donne pour la force effective de la vapeur 3kil,833 par centimètre carré. Multipliant donc ce nombre par 2000, et le produit de cette multiplication par 4o c""',5, nous trouvons que la puissance mécanique est représentée par 3io4 lil-,73 élevés à un mètre en une seconde.

Maïs , travaillant à 4 atmosphères , nous dépensons , dans le même temps , le double de vapeur qua a atmosphères, puisque la densité de cette vapeur est double, et tout ce que nous obtiendrons au delà de deux fois la puissance mécanique que produit une. tension de 2 atmosphères, représentera l'avantage résultant d'une plus haute température , avec la même machine. Or cet avantage est de 201 k,l,9i élevés à 1 mètre en une seconde.

On s'expliquera aisément ce résultat, si l'on fait attention que la différence entre la charge d'équilibre et celle qui correspond à la. vitesse cirdessus, doit être la même pour une basse, une moyenne, comme pour une haute pression qui, comme on sait , est représentée par un poids beaucoup plus geand.

L'avantage serait bien plus considérable encore, si dans les deux casci-dessus, la maclune. n'avait point de condenseur; qu'on eût, par conséquent, la pression atmosphérique toute entière eu opposition : à. 2 atmosphères. , la puissance mécanique serait représentée par 691 ka ,74 élevés à 1 mètre par seconde ; et à 4 atmosphères , elle le serait par 2370 w ,06 élevés aussi à un mètre dans le même temps. On voit ici qu'en dépensant le

double de vapeur , .on a une puissance mécanique qui est (dus

de trois fois plus grande. ... ,: ; vu\ ^

Il faut, dans les deux cas, envoyer dans le cylindre, à chaque seconde, environ 81000 centimètres cubes de vapeur 5 mais , dans le premier , ce volume représente à peu près 96 grammes d'eau , et dans le second près de 19*. t .1

Telle est la puissance mécanique de la vapeur danslef diverses circonstances dont nous avons parlé y mais quel est le rapport de celte puissance à l'effet utile produit , dans les mêmes circonstances? .V,\rr\ -

Si, comme nous l'avons remarqué plus haut, il uefeittait pas de causes de perte, occasionées par la manière dont les machines sont construites, il est évident que l'effet mécanique représenté par un poids élevé à une certaine hauteur, en un certain temps, serait égal à la puissance mécanique. Mais ces causes existent : il en est d'inhérentes* la nature même de oesnMH chines , il en est qui ne sont qu'accidentelles ou dont l'influence dix moins peut être affaiblie par une construction soignée. Ndo* n'entendons pas parler ici des pertes occasionées par l'appareil à produire de la vapeur ; il ne s'agit que de la machine , à partir du point d'application de la force jusqu'au point oùletvavutt s'exécute. ...... M

Examinons ces causes avec ordre. ». .. . r

i°. Le piston qui, comme on le sait , est destiné à recevoir et à transmettre immédiatement l'action de la vapeur, donne lieu à une perte de force plus ou moins considérable, et par son frottement contre les parois du cylindre , et par la vapeur qui, s'ouvrant un passage entre le piston et les parois, s'échappe et va réagir au point opposé à celui sur lequel l'action utile s exerce.

Le frottement est inévitable, et il est , en général, d'autant plus grand que le piston contient mieux la vapeur., c'est-à-dire

ET DES MACHINES A VAPEUR. 35<) qu'ii s?applirrue plus ibriement et plus exactement contre les parois du cylindre. On ne peut pas dire à priori quelle est la valeur de ce. frottement ; il varie non-seulement pour chaque espèce de piston , pour chaque diamètre j mais le même piston* dans k même machine , présente encore une résistance dé frottement différente, suivant qu'il est nouvellement ou anciennement garni ou resserré ; ce né peut être qu'en faisant descendre ou monter le piston par des poids connus , par une force connue qu'on peut juger d une manière suffisamment approchée de la valeur de cette résistance. Or le poids employé pour le faire descendre ou monter doit être préalablement soustrait de la tension' totale que la vapeur exerce sur le piston.

La perte de vapeur par le piston est une cause variable de la réduction que subit la puissance mécanique pendant son action. Elle* est variable , non-seulement parce que le piston en laisse passerdes quantités différentes, suivant le jeu plus ou moins libre qu'il prend dans le cylindre , à force de frotter en montant et en descendant ; mais encore par l'espèce de vapeur que l'on met en action.

Lorsque le piston vient d'être regarni, resserré ou graissé, il contient assez bien pendant quelques heures de travail une vapeur de 100 à no degrés de température ; mais après, cette vapeur se fait jour et se porte, en petites parties à la vérité, directement dans le condenseur où elle va affecter le vide et par> conséquent la puissance mécanique. Cet effet toutefois n'est pas important, à ces degre's de température , si le piston et le cylindre sont d'une bonne construction.

11 n'en est pas de même à des températures plus élevées. Quelle que soit la construction de ces pièces, à 120 degrés et à plus forte raison an-dessus de ce terme , la vapeur passe au commencement comme dans le cours du travail, et dès lors la

3Go DE LA VAPEUR COMME FORCE MOTRICE,

perte qui en résulte est d'autant plus forte que la Tapeur a plus de densité ; on s'est livré à bien des recherches , on a fait bien des dispositions de divers genres pour éviter cette perte; toul cela a été jusqu'à présent sans succès.

11 faut donc se résigner à condenser tout à la fois et la Vapeur qui a servi y et toute celle que le piston a laissé passer; ce qui exige une puissance de condensation plus considérable, et plus d'efforts pour faire le vide que dans les machines à basse pression.

Cependant il est bon de remarquer que le désavantage des machines à haute pression sur les autres n'est pas aussi considérable en ce qui concerne la perte de vapeur par le piston , lorsque la machine marche sans condenseur. On n'a toujours en opposition , quelle que soit cette perte, que la pression atmosphérique, et Ton n'emploie aucune portion de puissance pour faire le vide. Avec ces machines , sans condenseur, on consomme seulement plus de vapeur qu'il u'en faudrait pour faire le même travail , si le piston contenait la vapeur exactement ; mais avec un condenseur, outre qu'on perd de la vapeur, il faut encore dépenser de la force pour détruire toute la vapeur perdue.

On conçoit facilement, d'après ce que nous venons de dire i qu'il est impossible de donner une valeur applicable, eu toutes circonstances , à la perle de force qui résulte de l'action primordiale la vapeur sur le piston 5 il faut nécessairement la déterminer dans chaque cas et pour chaque machine. > , s,

Cette détermination est assee facile pour les machines* condenseur, soit à basse, soit à haute pression.

Si le piston ne perdait pas , le condenseur ne recevrait qU« la quantité de vapeurqu'on a jugé nécessaire d'introduire dans Je cylindre pour produire une pulsation ; s il perd plus de vapeur

que ne l'exige le service de la machine, l'excès sera passé dans le condenseur. Or, comme on peut connaître la température cl la quanti lé de vapeur employée, ainsi que la température et la quantité d'eau d'iujectiou introduite à chaque coup, il est aisé, comme uous le verrons plus loin, de juger si l'eau provenant de la condensation est plus chaude qu'elle ne doit l'être dans le premier cas, et d'établir, d'après cet excès de chaleur, la perte de vapeur qui a eu lieu par le piston. Qn sait (pie celte eau de condensation n'est autre chose que le résultat du mélange de la vapeur à tel degré de température avec de l'eau froide à tel autre degré beaucoup plus bas,

11 ne faut pas perdre de vue que ce que nous venons de dire ne concerne que l'évaluation du rapport de la puissance d'une machine à l'effet utile produit. Lorsqu'on veut connaître tout simplement le degré de puissance dont on dispose, sans avoir égard à ce rapport, on se borne à .déterminer le degré de tension qui règne habituellement dans le coudenseur ; et quand ou le voit augmenter, sans qu'il y ait de changement ni dans la température de la vapeur, ni dans les quantités d'eau injectée au même degré de froid , on peut être sûr que le piston ne contient plus convenablement la vapeur, et qu'il faut le regarnir ou le resserrer, en un mot y retoucher.

Quant aux machines sans condenseur, on n'a, ce nous semble, aucun moyen simple d'évaluer les pertes de vapeur, puisquelle se dissipe dans 1 air. Tour cela il faudrait la condenser, et comparer la quantité d'eau qui en proviendrait avec la quantité de vapeur strictement nécessaire à chaque pulsa-

t>on- ■'•>••) 5 i

On peut néanmoins s'apercevoir si le piston laisse échapper de la vapeur , et s'il a besoin de réparation après avoir travaillé

quelque temps; c'est lorsqu'avec la même température de II. 46

vapeur la machine montre moins de puissance que dans le

premier jour de travail.

Enfin on voit par ce qui précède que cette première cause de réduction de la puissance mécanique de la vapeur est trèsimporlante et inhérente à la nature même du mode d'application; il est probablement impossible de la foire disparaître complètement.

2°. Il est rare que le mouvement rectiligne du piston , qui s'élève et s'abaisse alternativement , convienne à l'exécution du travail que doit faire la machine; ce mouvement doit être transformé, et en elTet il produit ordinairement d'abord le mouvement oscillatoire du balancier , et celui-ci ensuite le mouvement de rotation du volant, mouvement plus généralement applicable aux opérations mécaniques industrielles. Ce n'est que dans le second livre que nous apprendrons à apprécier en général ce que de pareilles transformations de mouvement peuvent faire perdre à la puissance mécanique. Ce que nous pouvons dire , quant à présent , c'est que l'étendue de la perte qu'elles occasionent dépend en assez grande partie de la construction et de la disposition des pièces qui donnent lieu à ces transformations -, or comme cette construction et cette disposition de pièces peuvent varier pour chaque machine , fût-elle exécutée par le même ouvrier, on ne peut savoir que par des expériences spéciales avec chaqne machine pour quelle part cette cause entre dans la réduction qu'il faut faire dans la puissance mécanique. .

3\ On pourrait en dire autant du mécanisme servant à faire ouvrir et fermer les orifices du régulateur, et de la force qu'il faut, employer pour faire manœuvrer les deux pompes , l'une destinée à alimenter la chaudière et l'autre à condenser la vapeur : il est vrai de dire néanmoins que si l'on fesait abstrac-

; ET DES MACHKŒS À VAPEUK. 363 tion des frottemens occasionés par la manière de faire manœuvrer ces pompes , il serait facile d'évaluer la puissance qu'elle consomme, ainsi que nous le verrons dans le troisième volume. Mais cette cause de perte a une très-petite influence en comparaison des autres sur le rapport de la puissance à l'effet.

4°- La pompe à air dont il nous reste à parler influe beaucoup sur ce rapport.

Rappelons-nous qu'on ne parviendrait pas à avoir , dans le condenseur, le vide partiel qui convient à l'activité de la machine, si l'on n'épuisait point, à chaque instant, ce condenseur, de l'air mêlé avec la vapeur, et de l'eau de condensation qui s'y accumulerait très-rapidement.

C'est aux dépens de la puissance mécanique de la vapeur que la manœuvre de cette pompe à air s'exécute; et tout ce que celle-ci exige de force doit nécessairement venir eu déduction de la puissance primitive. Si vous mettiez de côté les frottemens du piston de cette pompe et du mécanisme qui la fait mouvoir , il vous serait facile de trouver les bases d'après lesquelles vous devez évaluer la force qu'elle consomme.

Cette pompe a pour objet de faire le vide dans le condenseur et d'enlever l'eau de condensation : pour faire le vide, il faut qu'elle soulève toute la colonne atmosphérique qui répond à la surface de son piston, et son jeu présentera une réaction d'autant plus forte que ce piston aura plus de surface et de vitesse. Or cette réaction serait égale au poids de cette colonne atmosphérique, multipliée par la longueur de la course du piston, si celui-ci fesait un vide complet dans le condenseur -, mais comme il y règne toujours un certain degré de tension , on n'a pas à tenir compte dans le calcul de tout le poids de l'atmosphère.

Il sera bon peut-être d eclaircir ceci par un exemple : supposons que le piston ait un centimètre carré de surface et deux

M'il\ DE LA VAPEUR COMME FORCÉ MOTRICE ,

centimètres de course qu'il parcourt en uue seconde. Vdus savez que le poids de l'atmosphère sur un centimètre carre* cTe surface est , terme moyen , de i k,L,o36; c'est donc i wd3(> que vous devez élever par seconde à i centimètres de hauteur; c'està-dire que si vous fesiez le vide absolu dans le condenseur, par le jeu de ce piston , vous devriez défalquer, de la Jiuissânce primitive de la vapeur, 2ki,,o32 élevés à un centimètre en Une se*conde, produit de la multiplication du poids die 1 atmosphèrépar 2 centimètres de course.

Mais s'il reste dans le condenseur une tension équivalente à un huitième d'atmosphère , par exemple , cette tension aidera le piston à vaincre la résistance atmosphérique , et la valeur de cele coopération viendra en déduction du poids absolu de l'air que Vous aurez à soulever dans le cas ci-dessus : il est vrai de dire que si le mouvement de la pompe à air est favorisé par cette tension , le piston-moteur de la machine l'a constamment en opposition ; de sorte qu'il serait préférable de déduire , dé la puissance mécanique , toute celle que peut consommer là |)ompeà- air, sans avoir égard à la tension qui reste dans le con> denseur.

Quant à KeïTort qu'exige l'évacuation- de l'eau de cflndensatiin par la pompe à air, il suffit, pour 1 évaluer, de mesurer -là quantité d'eau enlevée , dans l'unité de temps , et la hauteur à laquelle on la porte pour s'en débarrasser. i

Rappelez-vous qu'on donne ordinairement au piston de celte pompe les deux tiers du diamètre du piston-moteur, et une course de moitié de longueur, ce qui dorme au corps de pompe à air entre lè quart et le cinquième de la capacité du grand cylindre de la machine , et vous trouverez que cette pompe à air doit opérer une réduction considérable dans la puissance de la machine. " • \

Et DES MACHINES A VAPEUR. 365 Il résulte de Ce qui précède que , pour trouver le rapport de 1 elTet Ulilé produit par les machines à vapeur, avec la .puissance mécanique dépensée, il faudrait connaître, i". la Valeur des frotlemens du, piston ; a*, la quantité de vapeur qui se perd entre le cylindrée! ce piston; 3*. la valeur des frotlemens et de la perte de force qui résulte des transformations de mouvement nécessaire au jeu et au travail de la machine; 4°« 'a f°rce que consomme le régulateur, la pompe alimentaire, la pompe à eau froide, avec tous les frottemens que leur manœuvre entraîne; 5'. enfin la quantité de puissance mécanique dépensée par là pompe à air , destinée principalement à établir sur les deux faces opposées du piston-moteur la plus grande inégalité de pression possible.

Or, comme la plupart de ces causes de perte de force sont variables , non-seulement par les diverses constructions adoptées pour transmettre au travail le mouvement du piston-moteur , mais encore parla manière dont les machines de là même espèce sont exécutées et entretenues , il suit qu'on ne peut apprécier rigoureusement le rapport de la puissance dépensée à l'effet produit , et en donner la valeur à priori.

H faut donc, ainsi que nous l'avons dit àu commencement de ce chapitre , déterminer lé mouvement de la machine par une force connue, si vous voulez , par un poids appliqué au volant; et pour connaître la force effective de la vapeur , soustraire ce poids dé la différence qu'il y a entre la pression qu'exerce la vapeur sur une surface du piston et celle qui lui est opposée sur l'autre surface : pour les machines sans condenseur , cette dernière pression est celle de l'atmosphère même , et pour les machines avec condenseur , celle qui règne dans ce vase.

Les détails dans lesquels nous venons d'entrer sur ce qui concerne les hases de l'évaluation des machines à vapeur , dàns

366 DE LA VAPEUR COMME FORCE MOTRICE, le cas où celle-ci agit sur le piston , avec sqn npajçirpumfa pension, tant que dure la course, suffisent amplement pour apprécier la force de ces machines. Nous avons maintenant à rechercher ces mêmes bases pour l'action de la vapeur par expansion.

Il y a trois manières de faire agir la vapeur par expansion,) savoir : i°. en ouvrant une communication telle, entre la cliau,dière ou le réservoir à vapeur, et le cylindre, que le filet de vapeur, en se précipitant dans celui-ci , n'est pas assez considérable pour saturer l'espace que le piston laisse après lui en se mouvant j la vapeur agit alors par expansion , e{ sa pression sur le piston est inférieure , tant que dure la course ^ à , celje qu'elle a dans la chaudière; 2°. en fermant la communication entre la chaudière et le cylindre , avant que le piston ait achevé sa course : la vapeur agit d'abord avec toute sa force de tension, et lorsque la communication est fermée, elle fait achever la course par sa force d'expansion; enfin, en dirigeant jla vapeur qui vient d'exercer son action sur une des surfaces du piston, dans un autre cylindre plus grand, où elle agit une. seconde fois, et par expansion.

La différence qu'il y a entre le premier cas. que nous venons de poser , et celui que nous avons examiné plus haut , consiste, seulement en ce que, dans l'un, la vapeur n'agit pas sur Je piston , avec la force de tension qui règne dans la chaudière, mais avec une force d'autant plus faible que la vapeur prend plus d'expansion, à raison de la petite quantité qui en passe eu un temps donné, et de la grandeur de l'espace que lui offre Je cylindre dans ce même temps. Diius l'autre , la tension qni agit sur le piston est la même que celle qui règne dans la chaudière ; et dans les deux cas l'action est constante tant que dure la course.

Le mode d'évaluation est doue Je, même dans ces deux cas-,

ÉT DES MÀÔtiKÉS A VAPEUR. 36; seulement il ne faudra plus s'en rapporter pour celui de l'expansion au thermomètre de la chaudière, pour évaluer la tension sur' le piston-, il sera nécessaire de déterminer préalablement la quantité de vapeur , en poids , qu'on laisse sortir de la chaudière , dans l'unité de temps , et de comparer l'espace qu'elle doit occuper dans ce même temps , avec celui qu'elle occuperait si elle saturait l'espace , si elle n'avait rien perdu de la densité qu'elle avait dans la chaudière : par exemple , que la vapeur ait dans la chaudière deux atmosphères de pression ; un kilogramme de cette vapeur occuperait , en le saturant , un espace d'à peu près 85o décimètres cubes mais que par la manière de la faire arriver dans le cylindre , celte quantité de vapeur trouve à occuper un espace de 1700 décimètres cubes, la tension sur le piston ne sera plus que d'une atmosphère ; et elle agira par expansion.

: Ldrsquela vapeur de la chaudière reste en communication avec le cylindre tant .que dure la course du piston, soit qu'elle y conserve toute sa densité, soit qu'elle y prenne de l'expansion , comme nous venons de le supposer, il est certain qu'après l'action celte vapeur jouira encore du même degré de tension qù'élïè1 'avait auparavant, dans l'hypothèse toutefois que la température n'a subi aucune altération.

Si donc on condense celte vapeur, ou qu'on l'envoie dans 1 air, on perd une force réelle d'autant plus grande qu'on travaille à une plus haute température. Bien que cette vapeur perdue ait encore sa tension primitive, il ne faut pas croire cependant quelle soit capable de produire un second effet mécanique égal au premier : elle agirait comme un ressort qui se détend et dont la force s'affaiblit graduellement-, tandis que, dans la première action , ce ressort est entretenu dans le même état de compre&r sion , par la vapeur nouvelle qui vient le maintenir.

368 DE LA VAPEUK COMME FOHOE MOTRICE,

Néanmoins , il y a toujours un avantage incontestable «i. profiter de cette force décroissante de la vapeur , et c'est ce qu'op se propose en fermant la communication entre la chaudière et le cylindre, lorsque le pistou a parcouru une portion quelconque de sa course, ainsi que nous l'avons établi plus haut. Mais dans ce cas , comment évaluer la puissance mécanique de la vapeur? Supposons qu'on seservede vapeurà deux atmosphères de pression, et qu'à l'arrivée du piston au milieu de sa course la communication soit fermée : à ce point , le piston , animé d'une vitesse qui dépend etjde la tension ci-dessus et du degré de r sistance que le travail lui oppose, coutinue de fuir devant la v peur, qui prend incontinent de l'expansion ; mais comme force de celle-ci décroît, la vitesse du piston doit décroître aussi graduellement jusqu'au bout de sa course. Or, ici , la let*sion de la vapeur, occupant un espace double, n'est plus qifle moitié de la tension primitive, c'est-à-dire qu'elle u est jdus que d'une atmosphère, lorsque le piston a achevé sa course. .

Mais il faut remarquer que, pour arriver là, la vapeur a passe successsivement par tous les degrés de force intermédiaires entre deux atmosphères et une atmosphère de tension. U faudrait doue, pour évaluer la puissance , tenir compte de la somme 4e toutes ces actious décroissantes; c'est aiusi du moins que l'a proposé Watt, à qui nous devons le tableau suivant, concernant la manière d'évaluer l'expansion . rf>ins i

U suppose que la longueur de la course est divisée en 20 parties égales, et qu'on cesse d'introduire de la vapeur lorsque le piston est arrivé au quart de sa course ; il admet en outre, .que la force de la vapeur décroît suivant la loi de Mariot te , c està-dire que cette force est en raison inverse du volanae que prend la vapeur par expansion •

1 »*•* ' ..t • ..... r '• L >>t> «-./iC'/T ii ••• • : .'**. 1