CHAUFFAGE INDIRECT

1067. Chauffage au bain-marie. — Un moyen de chauffer un liquide par l'intermédiaire d'un autre liquide est le chaufffage dit au bain-marie (lîg. 6i3).

Le vase contenant le liquide à chauffer est plongé lui-même dans un autre liquide qui est chauffé par un foyer et qui sert de véhicule de chaleur. On emploie ce mode de chauffage lors- Fig.6i3.

qu'on veut être sûr que

la température du liquide chauffé ne dépassera pas une température déterminée. Si le liquide auxiliaire est l'eau, on peut ainsi olcver la température du liquide à chauffer à 80° et même 90°, mais jamais à 100^, à moins de fonctionner sous pression.

Si on a besoin d'une température plus élevée, on remplace Teau du bain-marie par de Thuile ou des dissolutions salines.

1068. ChaufTage des vins. — Pour assurer la conservation du vin qui, en vieillissant, est exposé à des maladies dues

à l'action de ferments, M. Fasteur recommaQde de chauffer

ce liquide au baio-marie et à l'abri de l'air, de manière à \e

porter progressivement à une tempiîrature suffisante pour

amener la destruction des ferments. Le vin est ensuite refroidi,

toujours à l'abri de l'air.

et ramené à la temp«?ralure

ambiante.

M. Bréhier a construit un appareil pour effectuer industriellement celte opi^ ration, désignée sous le nom de pasleurisalion dfs vins. Cet appareil (fig. 6]f comprend une chaudière verticale ou bain-marie placée sur un fourneau et un récipient annulaire servant de réfrigérant.

La chaudière verticale est pourvue d'une chambre intérieure de combustion du sommet de laquelle partent plusieurs tubes verticaux servant de conduite de fumée et aboutissant à la cheminée. Au-dessus de la chambre de combustion se trouve disposé un serpentin que parcourt le Fig. 6ii. vin h. chauffer.

Le récipient annulaire entoure la partie haute de la chaudière et renferme un serpentin dans lequel descend le vin à refroidir. Le liquide sen'ant au refroidissement est précisément le vin à chauffer qui entre dans l'appareil et provient d'un réservoir placé en contrc-hant.

Pour effectuer une opération , on remplit d'eau le bain-marie jusqu'à la hauteur du trop-plein T et on commence le chauffage. On pousse le feu jusqu'à ce que le thermomètre M du bain-marie marque une température de quelques degrés plus élevée que celle à laquelle le vin doit être porté. Si le vin doit être chauffé à 55°, on porte le bain-marie à 62°, par exemple. Lorsque l'eau a atteint cette température, on peut introduire le vin dans Tappareil. On ouvre les robinets d'air H et H', le robinet I de sortie du vin et enfin le robinet J d'arrivée de ce liquide. Le vin pénètre dans le récipient annulaire qu'il remplit peu à peu, arrive ensuite dans le serpentin chauffé par le bain-marie. Il remonte par le tube central renflé et après avoir ainsi acquis la température à laquelle il doit être amené, il vient par le tube F dans Téprouvette E munie d'un thermomètre. Il passe ensuite dans le serpentin du vase annulaire, se refroidit progressivement et sort par le robinet I, sensiblement à la température du vin affluent. On a le soin de fermer les robinets d'air II et IF aussitôt que le vin tend à s'écouler par le siphon qui les surmonte.

Lorsque le vin, à son passage dans l'éprouvette E, n'atteint pas la température à laquelle il doit être porté, cela peut provenir de deux causes ; ou bien c'est que le feu est trop faible, dans ce cas il faut l'activer ; ou bien c'est que le liquide circule trop rapidement, et alors, on ferme plus ou moins le robinet de sortie. Lorsqu'au contraire le vin est trop chauffé, on augmente la quantité de liquide qui passe dans l'appareil ou bien on modère le feu.

La chaudière, le serpentin central et le vase annulaire sont chacun munis de robinets qui permettent la vidange à la fin (les opérations. Il est utile de remarquer que le vin qui reste dans le vase annulaire n'a été chauffé qu'en partie et qu'il ne faut pas le mélanger avec celui qui a subi le traitement complet. 1069. Gbauffage des chaufferettes de "wagons par immersion dans l'eau chaude. — Les chaufferettes ou bouillottes utilisées pendant la saison d'hiver au chauffage des voitures de voyageurs sont, à la Compagnie de l'Est, chauffées par immersion dans un bain d'eau chaude. Plusieurs Compa-

gnics emploient un procédé difTét-ent que nous décrirons plus Ioin{iai4).

L'appareil (fig. 6i5) établi par M. Rcgray, à la gare de l'Esl. se compose de deux tambours parallèles, dont les axes soût horizontaux et sur lesquels esl appliquée une double chaine sans fin. Les maillons correspondants de la chaîne senent à porter des châssis qui reçoivent les bouillottes. Celles-ci, par suite du mouvement de rotation imprimé aux tambours, viennent plonger successivement dans une citerne remplie d'eau chaude. Pour chauffer cette eau, on y injecte de la vapeur au moyen d'un tuyau descendantjusqu'aufond de la citerne. L'immersion de chaque bouillolte est de cinq minutes et s'opère d'une manière continue. La noria porte à la fois un certain nombre de chaufferettes a4, par exemple:

on ajoute et on retire une bouillotte toutes les 12 à i3 secondes. Un appareil peut senir à chauffer environ 3oo bouillottes par heure.

1070. Quantité de cbaleur à foomir pour le obaufTage d'une bouillotte. — Nous admettrons que les bouillottes renferment 1 1 litres d'eau et que la surface de leurs parois soit égale à o^^oo. L'eau de la citerne est maintenue à 100° environ par une injection de vapeur d'eau. Nous supposons que les bouilloltcs sont à la température de 0° avant

Fig. (

(l'être plongées dans l'eau chaude et sont retirées après cinq minutes d'immersion.

En admettant que le coefficient de transmission (J soit égal à 36o, par exemple, nous allons voir quelle peut être la température T de la bouillotte à la sortie du puits de chauffage.

En écrivant que la quantité de chaleur reçue par Feau de hi bouillotte est égale à celle qui traverse les parois pendant les cinq minutes d'immersion, on a la relation

d'où

(T\ 5 100 j Xtj-

1071. Chauffage par mélange d'eau. — Ce procédé consiste à mélanger au liquide froid de l'eau chaude en proportions convenables pour obtenir une température déterminée. On l'applique principalement pour les bains. On fait arriver dans les baignoires, à la fois de l'eau chaude à 70° ou 80* et de l'eau froide à la température de 10** à i5**. On règle l'arrivée des deux liquides de manière à obtenir une température finale de 3si*. Pour que la température de l'eau du bain soit aussi régulière que possible, on adapte au bec du robinet d'eau chaude un ajutage ou entonnoir cylindrique qui permet de faire descendre l'eau chaude jusqu'au fond de la baignoire. On opère ainsi dans le but d'assurer convenablement le mélange des liquides chaud et froid, et de réduire le dégagement de buée pendant la préparation du bain.

1072. CShauffage par mélange de vapeur. — Ce mode de chauffage d'un liquide peut s'effectuer de deux manières dffiérentes par barbotage ou par barboteur-injecteur.

1073. Chauffage des liquides par barbotage de vapeur. — Lorsqu'on peut mélanger la vapeur avec le liquide à chauffer, on dispose vers le fond du vase qui renferme ce liquide, un tuyau percé de très petits trous par lesquels on fait arriver la vapeur. Ce procédé est désigné sous le nom de chauffage par

barbotage. La transmission de chaleur s'effectue aussi simplement que possible, mais ce mode de chauffage n'est pas sans inconvénients. Ainsi, lorsque le liquide est froid, la condensation brusque de la vapeur produit dans le tuyau et dans la masse liquide des variations de pression qui amènent des changements de formes dans le tuyau, ainsi que des vibrations, des secousses, des claquements quelquefois très violents.

1074. Chauffage des chaufferettes de ^wagons par ii^ection de vapeur. — Plusieurs Compagnies de chemin de fer chauffent l'eau de leurs bouillottes par une injection de vapeur. A cet effet, les bouillottes sont disposées en files horizontales superposées dans des caisses basculantes portées sur des chariots. Lorsqu'elles sont froides, on les transporte dans la salle de chauffage où se trouve établie une tuyauterie de vapeur portant un nombre de petits ajutages égal à celui des chaufferettes d'un chariot. On dresse la caisse, on introduit chaque ajutage dans l'ouverture d'une chaufferette, après que le bouchon de fermeture en a été retiré, puis on envoie de la vapeur jusqu'à ce que le réchauffage soit opéré. On ferme alors le robinet d'amenée de vapeur, on relève la tuyauterie, on replace les bouchons, on recouche la caisse et on enlève le chariot. Le groupement des chaufferettes sur les chariots facilite les opérations de chauffage et le service ; il présente l'avantage de retarder le refroidissement, sauf pour le rang supérieur. On recouvre les chariots de couvertures de laine ou de corps mauvais conducteurs et on peut garder les bouillottes chaudes jusqu'au moment où on les introduit dans les compartiments des wagons.

1075. Chauffage par barboteur-injecteur. — Cet appareil (fig. 6i6), que l'on place à la partie inférieure des réservoirs dont on veut chauffer l'eau, se compose, comme l'injecteur Giffard, de deux cônes concentriques. Le cône intérieur sert à lancer le jet de vapeur destiné à produire l'entraînement dans le second. Celui-ci est muni de créneaux à sa base et se prolonge au delà de son sommet par un ajutage conique évase'. Le jet de vapeur lancé dans l'axe de l'appareil se mélange avec l'eau .appelée par les créneaux du cône extérieur et, tout en se

condensant, imprime à ce liquide un mouvement d'entrainement très rapide.

L'arrivée de vapeur se produisant sans iulermittencc, la circulation est elle-m^mc continue et l'eau chauffée par la vapeur

(|ui se condense est lancée dans la masse liquide du réservoir dont elle produit le chauiïa^c. L'injecteur fonctionne sans bruit iippri^ciable.

1076. Quantité de vapeur à condenser dans le chauffage par barbotage. — Soient P le poids de liquide à chauffer, c sa chaleur spécifique, fl sa température initiale, t la température à laquelle il faut le porter.

La chaleur utile ft fournir est

Pc((-0).

Soient W le poids de vapeur à condenser et T la température correspondante la pression de la vapeur; la chaleur abandonnée par la condensation est

et si p est le rendement

pW(tio6,5-Ho,3o3T-() = Pc(r — e).

Si on a looo kilogr. d'eau à chauiïcr de 10° à jo° avec de la vapeurà i5o" correspondantàla pression de 4'kg- environ, on a

P = 1 000 f = I f — ôo" e = I o

et si on prend p=o,8o, on trouve

O,8wx6o2=r4oooo*'''

Le chauffage de Teau par un jet de vapeur est, malgré sa simplicité, assez peu employé. La vapeur, surtout celle qui provient de Téchappement des machines, renferme des matières étrangères et des graisses qui salissent Teau chauffée et lui communiquent souvent une mauvaise odeur.

Ce procédé n'est pas applicable quand il s'agit de chauffer des dissolutions salines, car la condensation de la vapeur augmenterait la proportion d'eau que celles-ci renferment.

1077. Chauffage par transmission à travers une paroi métallique. — Le plus souvent le chauffage d un liquide par la vapeur s'effectue par transmission. On a ainsi l'avantage de ne pas altérer le liquide chauffé par son mélange avec la vapeur. On emploie pour cette opération divers appareils, les doubles fonds, les faisceaux tubulaires et les serpentins dont nous avons vu de nombreux exemples dans les chapitres de la distillation et de l'évaporation.

1078. Calcul de la surface chauffante. — Soient : T la température constante de la vapeur ;

X la température du liquide variant de t^ht^; S la surface de chauffe ; Q le coefficient de transmission par heure ; Z la durée du chauffage en heures ; M la quantité de chaleur transmise par heure. Pendant le temps rfz, la transmission sera

dM = SQ{T-x)dz dM = pc dx

/> et c poids et chaleur spécifique du liquide. De ces deux relations, on tire :

djc pcdx=:SQ{T — x)dz ou pc— =SQdz

et, en intégranl depuis x~ fç jusqu'à x=t^^ on obtient :

Si on prend

z=(2o')=:o,33 Q=iooo p=iioo c=i T=i4o% J^o = ^<^% ^, = 100° on trouve

loolognëpî^

S = :pz — =o,3x2,3oXo,477=io'"S332.

o,Jo X looo "

Si on effectuait le calcul en se basant seulement sur l'écart moyen des températures, on trouverait un résultat un peu plus faible, mais dont on peut se contenter dans la pratique.

Le calcul de la surface de chauSe se fait au moyen des coefficients de transmission qui ont été donnés dans l'étude des lois de la transmission (124). La formule générale est

M = SQ(T-e).

Nous avons vu qu'en chauffant par la vapeur un liquide qui n'est pas en ébuUition, la valeur de Q variait de 750 à 1 5oo suivant la rapidité du mouvement des fluides et que, lorsque le liquide était en ébuliition, ce coefficient pouvait atteindre 45oo

Suivant le cas particulier, il faudra apprécier, dans ces limites, le nombre qu'il convient de choisir, en ayant soin de se tenir toujours plutôt au-dessous qu'au-dessus.

1079. Prenons un exemple :

Supposons qu'on ait à chauffer 2000 litres d'eau de 5** à 85" dans un réservoir de bains.

La chaleur utile à fournir est égale à :

2ooo(85 — 5) = 160 000"' Admettons une perte de aS p. 100, soit 40000

La quantité de chaleur totale nécessaire sera M=:2ooooo''*^ Ser, II. — 34

La température de la vapeur employée au chauffage est T: i4o*; la température moyenne de l'eau est :

La différence moyenne de température entre la vapeur et Teau est :

Prenons Q=:iooo, puisqu'il s'agit d'eau non bouillante, ol nous avons l'équation :

200000= looox S X95 d'où :

yj oo«

Si on prend un serpentin formé de tuyaux de o",o5 de diamètre, sa longueur sera donnée par la relation :

?:DL = S ou 3,i4 X o,o5 X L = 2,io5

de laquelle on tire :

Dans un réservoir de i",5o de diamètre, on pourra mettre des spires de i'",3o de diamètre moyen; leur développement li-

néaire sera de 4"îo8 et il en faudra un nombre égal à -^-^ -

3"", 28 spires. On peut, si on le préfère, mettre 4 spires d'un diamètre moyen un peu plus faible ( 1^,07 au lieu de i",3o; ou augmenter le diamètre des tuyaux du serpentin pour ne conserver que 3 spires. Ce diamètre se détermine en posant Téqua-

tion

3 X ::D X L = 3 X xD X 4,08 = 2"^ 1 o5

2,io5

et par suite D = o,o55.

§ in

1080. Le chauffage des solides a de très nombreuses applications dans rindustrie. Il a pour but soit le dégagement, à l'état de vapeur, de Teau qui se trouve dans un solide (cuisson (lu plâtre), ou bien de gaz combinés (cuisson de la chaux), soit la destruction de substances organiques absorbées (revivilication du noir animal), soit le traitement des minerais, des métaux, (lu verre, soit encore la cuisson du pain, de la viande, etc.

La principale difficulté qu''on rencontre dans le chauffage des solides est de faire pénétrer également la chaleur dans toutes les parties de la masse.

Tiette difficulté n'existe pas dans le chauffage des fluides. En soumettant en effet h l'action de la chaleur, la partie inférieure des enveloppes qui les renferment, il se produit des courants intérieurs ascendants et descendants qui tendent à uniformiser la température dans toute la masse. Pour les solides, ce déplacement ne saurait exister et la transmission ne peut se faire que par conductibilité et par le mouvement des gaz interposés. Il résulte de là, que Tégale répartition de la chaleur est très difficile à obtenir et que le plus souvent on observe de grandes inégalités dans la température des diverses parties de la masse.

La transmission de la chaleur aux solides peut s'effectuer assez souvent par le contact direct des gaz de la combustion avec le solide. C'est ce qui a lieu pour la cuisson du plâtre, de la chaux, des briques, pour le traitement des métaux, etc. Les appareils utilisés dans ce but sont des sortes de chambres en briques munies de foyers disposés de manière à faire passer, aussi régulièrement que possible, la flamme et les gaz de la combustion au contact du solide.

Dans la disposition des appareils et des circulations, il faut, en vue d'obtenir la meilleure utilisation du combustible et autant que le permettent les conditions spéciales de l'opération, observer le principe suivant :

A leur sortie du foyer, les gaz de la combustion et les subfttances traitées ne doivent conserver qu'une tempéraUtre ainsi rapprochée que paisible de celle de fair exlerteur.

(le principe est «évident, car toute chaleur emportée par les gaz ou le corps solide est une chaleur perdue.

Le détail de quelques applications fera mieux comprenJri; comment le principe peut Hre réalisé.