A CELLE DE LA GLACE FONDANTE

1132. Refroidissement à, une température peu différente de celle de l'air ambiant. — Pour refroidir un corps à la température ambiante ou à une température peu différente de celle-ci, on peut recourir à différents procédés :

— Exposer le corps à l'air ou le plonger dans un liquide plus froid que lui ;

— Utiliser l'évaporation d'un liquide ;

— Faire absorber la chaleur du corps par une paroi froide. Ces divers moyens sont utilisés pour refroidir les corps

chauds, les moûts de bière, les eaux de condensation des machines à vapeur et aussi, en été, dans certains cas, pour rafraîchir Tair destiné à la ventilation des lieux habités.

1 133. Refroidissement à la température ambiante. —

Quand il s'agit de refroidir un corps qui a été chauffé artificiellement et possède une température supérieure à celle de 1 atmosphère, on a à sa disposition et en grandes masses Teau de puits, de source ou de rivière ainsi que Pair atmosphérique.

La température de Tair atmosphérique subit de grandes variations dans nos climats. Elle peut s'abaisser pendant Thiver, à — 10* et même exceptionnellement à — 3o° et atteindre en été -+-3o* et quelquefois -h 35**. Le pouvoir refroidissant de Tair dépend donc beaucoup de la saison.

La température de l'eau est beaucoup moins variable. Pour Teau de source et celle de puits, elle est à peu près constante et comprise entre lo* et iS**; pour l'eau de rivière elle varie davantage. Quand on se sert de l'air ou de l'eau pour refroidir, la limite du refroidissement est nécessairement le degré de température de ces fluides eux-mêmes, sauf dans le cas où l'on fait intervenir l'évaporation, qui permet d'abaisser de quelques degrés au-dessous de celle du fluide réfrigérant la température du corps à refroidir.

Lorsqu'il s'agit d'un liquide, le mélange direct avec un autre liquide froid est, dans certains cas, le mode le plus simple et le plus rapide de refroidissement. C'est ainsi que, pour diminuer la température de Teau chaude d'un bain, il suffit d'ajouter dans la baignoire une certaine quantité d'eau froide ; on obtient ainsi rapidement la température intermédiaire que l'on désire.

Connaissant le poids P et la température T de l'eau chaude qu on veut refroidir, ainsi que la température 6 de l'eau froide qu'on ajoute, il est facile de déterminer le poids ;; d'eau froide nécessaire pour ramener le bain à une température t.

En admettant que la chaleur perdue par l'eau chaude ait été complètement gagnée par l'eau froide, on a, entre les divers éléments qui précèdent, la relation

qui permet de calculer p. Si, au contraire, on connaît ^, l'équation permettra de déterminer t.

1 134. Refroidissement de Tair. — Lorsqu'il s*agit de i*efroidir Tair, on peut le faire passer à travers une mince coiiche d'eau. L^appareil employé dans ce cas se compose d'une caisse rectangulaire divisée en deux par une cloison en tôle galvanisée, percée d'un très grand nombre de petits trous et l^èrement inclinée.

L'eau, aussi froide que possible, se déverse par une rigole supérieure sur toute la surface de la cloison et coule en formant une couche mince. L'air à refroidir est lancé par un ventilateur dans le compartiment inférieur, passe par les petits trous, traverse la nappe d'eau, lui cède une partie de sa chaleur, et s'échappe, par le conduit qui surmonte la caisse, à une température inférieure de quelques degrés à sa température d'entrée.

On dépense un travail assez considérable pour forcer l'air à traverser la couche de liquide. Pour débiter ainsi i mèlre cube d'air par i'', soit 3 600 mètres cubes par heure, au travers d'une couche d'eau de o,025 d'épaisseur, il faut dépenser théoriquement I X 2D = 25 ''"°. et en pratique, il y a lieu de compter au moins le triple, c'est-à-dire un cheval-vapeur, à cause des résistances accessoires et du rendement dont il faut tenir compte.

Cette disposition pourrait être à l'inverse employée pour chauffer de l'air, en hiver, au moment où l'eau des puits est souvent {\ une température supérieure à celle de l'air atmosphérique.

Un autre moyen simple de refroidir l'air consiste à le faire circuler dans des galeries souterraines, aune profondeur de plusieurs mètres, où la température reste toujours voisine de ia°.

L'air qui parcourt la galerie pourra, pendant l'été, être refroidi très notablement par son contact avec les parois. Si la circulation est continue, celles-ci s'échauffent et le refroidissement, assez rapide dans les premiers moments, est beaucoup diminué au bout d'un certain temps. Quand la circulation est intermittente, comme dans le cas où il s'agit de ventiler une salle de réunion, d'assemblée, de théâtre, etc., les parois delà galerie s'échauffent un peu pendant le passage deFair, mais elles reprennent leur température lorsque, dans Tintervalle des séances, la ventilation se trouve suspendue, et ce moyen de refroidissement peut ôtre très efficace. Un procédé de ce

genre est appliqué à la nouvelle Sorbonne où il rend de grands services.

A la Chambre des députés, Pair destiné à la ventilation de la salle des séances circulait, au préalable, dans des galeries souterraines et pouvait être refroidi de 4°? 5® et même de 8", à tel point qu'on a été obligé de le réchauffer en été, au mois d'août, pour qu*il ne parût pas trop frais en arrivant dans la salle.

Lorsqu'on a mis en service la ventilation de la grande salle des fêtes du Palais du Trocadéro, construit par MM. Davioud et Bourdais, on a fait des constatations analogues. La ventilation était produite à Taide de ventilateurs hélicoïdaux de 3™, 50 de diamètre, établis par MM. Gènes te et Herscher et dont le débit pouvait s'élever à looooo mètres cubes à Theure. Cet air circulait dans des carrières voisines où règne une température d'environ ii", ou bien il était pris directement au dehors et se trouvait, dans ce cas, à la température ambiante. On pouvait aussi à volonté le faire venir de ces deux sources à la fois.

On a dû renoncer à abaisser de plus de 4* à 5', par rapport à celle de l'extérieur, la température de Tair introduit dans la salle pendant son occupation par le public. Ainsi, durant les chaleurs de Tété, lorsque la température ambiante était de 3o^ G. , il a fallu conserver à Tair de ventilation une température minima de 25®; l'écart maximum était donc de 5** C. Chaque fois qu'on a essayé de dépasser cette limite de refroidissement, les assistants se plaignaient de la trop grande fraîcheur de la salle.

1136. Refroidissement par évaporation de l'eau. -^ Pour refroidir un corps et abaisser sa température au-dessous de celle du milieu ambiant, on peut utiliser l'évaporalion de l'eau. Pour appliquer ce procédé au refroidissement de l'air, on s'est servi de toiles sans fin enroulées sur des cylindres animés d'un mouvement de rotation. Les différentes parties des toiles viennent successivement plonger dans une bâche pleine d'eau et on fait circuler l'air à refroidir au contact de ces toiles mouillées. Un moyen plus simple et qui permet de précipiter les corpuscules solides que l'air entraine consiste à le faire passer au milieu d'un véritable nuage d'eau pulvérisée qu'on obtient

en lançant sous forte pression (quelques atmosphères) un mince jet d'eau d'environ un millimètre de diamètre sur la face dua petit disque contre laquelle il se brise ; Teau se disperse alors et se réduit en fine poussière. Ce moyen est employé à la nouvelle Sorbonne, à THotel de Ville, etc.. Au Parlement de Londres, Tair déjà rafraîchi par une pulvérisation d'eau passe ensuite au contact de morceaux de glace. On obtient ainsi un abaissement de température de plusieurs degrés.

La pulvérisation d'un liquide est un moyen qui permet d'obtenir très simplement une grande surface de contact entre ce liquide et l'air à refroidir. Dans ce genre d'appareils l'abaissement de température de l'air au contact de l'eau froide est encore accru par l'évaporation qui se produit toujours en raison de ce que l'air affluent n'est jamais complètement saturé.

Cette évaporation augmente le refroidissement et peut produire à elle seule un abaissement de quelques degrés. A ce

point de vue l'évaporation est favorable, mais elle peut être nuisible dans certains cas, en augmentant l'état hygrométrique de l'air, ce qui peut donner lieu à des condensations gênantes.

Le général Morin a tenté quelques expériences sur le procède' suivant. Il faisait lancer par une pomme d'arrosoir de l'eau refoulée à l'aide d'une pompe mue à bras d'homme. On a dépensé à l'heure i™',75o d'eau prise à des températures variant de i3' à 25°. Dans ces essais, il n'y a pas eu, à proprement parler, pluvérisation de l'eau ; ou était donc dans de mauvaises conditions. L'air à refroidir, dont la quantité n'a pas été indiquée, était appelé à 25° et s'est trouvé ramené à 23° environ. L'abaissement de température a été en moyenne de 2°.

L'expérience se faisait devant la prise d'air du grand amphithéâtre du Conservatoire des arts et métiers. L'état électrique et ozonométrique de l'air n'a pas été sensiblement modifié. On a seulement constaté quelques taches sur les papiers amido-iodurés.

Le général Morin n'a pas mesuré le volume d'air sur lequel il opérait, mais il est possible d'évaluer l'abaissement de température qu'on pourrait obtenir en admettant que l'air absorbe une quantité d'eau déterminée.

Nous savons qu'un mètre cube d'air à 25° et saturé renferme 22,8 grammes de vapeur d'eau. Supposons que cet air arrive à moitié saturé et qu'il absorbe 2 grammes de vapeur d'eau, le nombre de degrés d'abaissement de température sera déterminé approximativement par l'équation

jcx 1,3x0,2378 = 0,002x597 d'où

Dans cette relation, i,3 kilogr. est le poids d'un mètre cube d air, 0,2378 sa capacité calorifique, 597 le nombre de calories nécessaire pour vaporiser, à 25°, un kilogramme d'eau pris à la température moyenne de 17°.

La température de l'air ainsi refroidi pourrait descendre à 21° et comme, à cette température, l'air saturé contient *i8,2 gr. de vapeur d'eau, on voit qu'il pourrait encore en absorber 18,2— i3,4 = 4?8 gr, par mètre cube, dans l'hypothèse où sa température reste stationnaire à 21°.

On se sert aussi de l'évaporation de l'eau pour abaisser la température de ce liquide.

Ce procédé est en usage dans les pays chauds pour rafraîchir l'eau destinée à la boisson. On emploie, dans ce but, des vases en terre poreux dits alcarazas qu'on remplit d'eau à la température ambiante et qu'on expose à l'action d'un courant d'air. Ces vases sont placés à l'ombre, afin d'éviter que la chaleur rayonnante du soleil n'empêche le refroidissement de l'eau contenue dans ces vases malgré l'évaporation du liquide qui filtre à travers leurs parois. Ce moyen de refroidissement est toujours irrégulier.

1186. Refroidissement de Teau de condensation des machines & vapeur. — Toutes les fois qu'il est difficile de se procurer de l'eau froide en quantité suffisante pour la condensation des vapeurs qui proviennent soit d'une machine, soit d'un appareil d'évaporation, ou bien lorsque les eaux dont on dispose sont incrustantes, on refroidit l'eau chaude sortant des

condenseurs afin de pouvoir la réemployer. On se sert, pour le refroidissement, d'un appareil connu sous le nom de réfrigérani à fascines. Cet appareil est formé d'une charpente en bois à plusieurs étages, reposant sur le radier d'un grand bassin en maçonnerie de peu de hauteur. Les divers étages, espacés de i",5o environ, sont tous, sauf le plus élevé, garnis d'un lit de fascines ou fagots de menu bois. A l'étage supérieur se trouvent disposées de nombreuses gouttières horizontales à bords dentelés. L'eau chaude à refroidir est amenée dans ces gouttières et, par le bas des dentelures, se déverse en minces filets sur le premier lit de fascines, puis tombe sur le second, et ainsi de suite jusquau moment où elle arrive dans le réservoir inférieur. Sa température est alors suffisamment abaissée et ime pompe la reprend pour la renvoyer aux condenseurs. L'air circulant libremenl entre les divers étages de fascines produit une évaporation abondante qui favorise le refroidissement. La pluie ne gène pas lopération, car si l'évaporation se trouve diminuée, l'eau qui tombe, se mélangeant à l'eau chaude, aide à la refroidir.

Le réfrigérant à fascines est employé dans la plupart des sucreries, où l'on a besoin d'ime énorme quantité d'eau froide pour la condensation des vapeurs des caisses d'évaporation à triple effet et des appareils à cuire dans le vide.

Une autre disposition consiste à envoyer l'eau à refroidir dans une bâche dont le fond perforé est garni de cordes pendantes. Au-dessous est une autre bâche servant de réservoir pour Teau refroidie. L'intervalle entre les deux bâches est fermé par une enveloppe métallique, qui communique par Tune de ses aces avec un ventilateur insufflant et dont la face opposée est reliée à une gaine d'évacuation.

1187. Refroidissement par transmission à travers une paroi. — Le refroidissement comme le chauffage peut s'opérer par transmission à travers une paroi métallique.

Les mêmes phénomènes de convection et de conductibilité se produisent avec les mêmes lois et les mêmes coefficients sont applicables.

Pour donner un exemple, on peut choisir les appareils em-

ployés, dans la fabrication de la bière, à refroidir le moût avant sa fermentation.

On se sert souvent de grands bacs où le liquide est soumis sur une faible surface à l'action refroidissante de l'air extérieur.

(Test un procédé lent et irrégulier et qui expose la bière aux altérations qu'on a tant à redouter dans les brasseries.

Pour opérer plus vite, on emploie des réfrigérants dans lesquels on établit une circulation d'eau. Le principe de tous ces appareils est de faire circuler de l'eau aussi froide que possible dans des conduits baignés par un courant de moût houblonné en ayant soin d'opérer méthodiquement.

1138. Réfrigérant Tamlsler. — Il se compose d'une série de plaques de cuivre étamées, disposées en zigzags parallèles, de manière à laisser entre elles deux conduits plats superposés de o",o3 de hauteur. Dans le conduit supérieur circule la bière allant de la gauche vers la droite ; l'eau arrive de Tautre côté dans la conduite inférieure et la parcourt en sens inverse. On active le refroidissement par des injections d'eau froide sur les plaques supérieures.

Un réfrigérant de 1 2 mètres de long et de 56 m* de surface développée peut refroidir en une heure Sa hectolitres de moût de 80** à aS**. On emploie par hectolitre de moût 1 10 litres d'eau prise à 12®; la dépense totale est donc de 5720 litres d'eau qui s'échauffent de 12* à 4o°.

La chaleur abandonnée par le moût est 5 200 (8o'-25*)=: 286000 calories, l'eau en absorbe 5720 (40*^-12**)= 160 160; le reste est emporté par l'air ambiant, perdu par le rayonnement et enlevé par l'évaporation.

Chaque mètre carré transmet — =tt — = 5 100 calories environ.

La différence moyenne de température étant

La transmission par degré d'écart est

-tT-F=iQa calories.

Sbr. II. — 38

Sg4 REFROIDISSEMENT.

On peut donc compter sur une transmission de 1 80 à aoo calories parmètrecarré, parheureetpardegréd'écartdelempérature.

Nous avons trouvé (n' lu} des nombres variaat de 64 à aSo"', suivant la rapidité du mouvement.

1130- Réfirlgérant Nenl^eoker. — Dans cet appareil, on fait passer le moût de bière chaud dans deux séries de tubes parallèles autour desquels de l'eau froide circule en sens inverse du liquide & refroidir.

Le réfrigérant représenté figure 644, a, b, c, se compose de dix-huit enveloppes cylindriques en fonte, placées sur deui rangs parallèles et renfermant chacune seize tubes en ciûttï (fig. 644, ê), de section rectangulaire, de largeur variable et

Fig. 6i4 a, B, c.

groupés symétriquement. Les enveloppes sont reliées enlrc elles par des tubulures horizontales réservées à la base et au sommet de la chambre comprise entre les deux plaques tabulaires, dans lesquelles sont fixées les extrémités des tubes en cuivre aplatis à l'intérieur desquels circule le moût.

Ces tubes communiquent avec le groupe voisin par des pièce? de raccord courbes sur lesquelles sont branchés deux tuyaux servant à l'introduction et à la sortie de l'eau de lavage destinée à nettoyer l'intérieur des tubes après chaque opération. U réfrigérant est fixé dans un cadre formé de deux poutres en fer dont les extrémités sont munies de tourillons supportés par

deux pieds en foote et permettant d'amener l'appareil dans le plan horizontal. Celte disposition a été prise en vue de faciliter le démontage et le nettoyage. Le moût arrive à l'une des extrémités de l'appareil et parcourt successivement chaque groupe de tubes rectangulaires. L'eau froide entre par l'extrémité opposée, circule autour de ces mêmes tubes et vient sortir près de l'entrée du liquide chaud. Il résulte de cette combinaison que le moût se trouve au cootact de parois de plus en plus froides à mesure que sa température s'abaisse.

On peut, au besoin, accoupler plusieurs réfrigérants pour obtenir un refroidissement plus complet et on a constaté que même avec un seul appareil, en employant de l'eau glacée, la température du moût à sa sortie du réfrigérant pouvait être réduite & 3 ou 4° C.

1140. Réfrigérant Baudelot. — Dans les deux appareils que nous venons de décrire, le moût pendant son refroïdis-

Fig. 6i5.

sèment reste à l'abri du contact de l'air. Dans le réfrigérant de M. Baudelot, au contraire, le moût coule autour de tuyaux horizontaux dans lesquels circule l'eau servant à le refroidir; il peste donc exposé à l'air et on a multiplié te plus possible les surfaces de contact entre ces deux fluides afin d'obtenir une

oxydation rapide et une aération partielle du moût, sans laisser

ce liquide expose trop longtemps aux germes de l'air.

L'appareil Baudelot (%. 645} se compose d'un certain nombre de tuyaux horizontaux superposés et formant un serpentin dans lequel monte l'eau de refroidissement ; le moût, après son passage au travers d'une toile métallique fine destinée à arrfter les corps étrangers, arrive dans une gouttière percée d'une multitude de petits orifices par lesquels il se répartit sur toute li longueur du tuyau supérieur du serpentin réfrigérant, coule successivement à la surface des tubes placés en contre-bas M finalement arrive dans un bassin inférieur d'où il se rend aux cuves de fermentation.

Afin de dîviserle plus possible leliquide qui coule surles tubes, chacun d'eux est muni tout le long de sa génératrice inférieure

d'une petite bavette dont le bord dentelé force le liquide à couler en petits filets entre lesquels l'air peut circuler avec facilité.

Le nettoyage extérieur est très facile et des dispositions particulières ont été prises pour permettre aisément la visite de l'intérieur des tubes du réfrigérant.

On emploie fréquemment aussi le réfrigérant LmvretUf (Kg. 646) formé de deux surfaces métalliques ondulées repliées sur elles-mêmes et entre lesquelles circule de l'eau froide; celle

DIVERS MODES DE REFROïDISSEMEiNT. 597

disposition a pour but d'accroître les surfaces de contact entre le moût et Teau sans augmenter la hauteur de Tappareil.

1141. Refroidissement de Tair. — Dans les chaleurs de Yétéj la température de l'air extérieur s'élève parfois à 3o° et 35^ Si Ton veut rafraîchir un peu l'air qu'on utilise à la ventilation des lieux habités on peut, en dehors des procédés que nous avons déjà indiqués, se servir de surfaces métalliques refroidies par un courant d'eau.

A l'Institut, l'appareil établi dans ce but se composait de deux grands coffrages en tôle, toujours remplis d'eau renouvelée par une pompe. Des tuyaux cylindriques traversaient ces coffres et la masse d'eau qu'ils contenaient. Ils étaient parcourus par un courant d'air refoulé par un ventilateur mis en mouvement par des hommes. Cet air subissait un abaissement notable de température, au contact des parois métalliques refroidies et venait déboucher à l'extrémité de la salle des séances.

1142. Le général Morin a fait au Conservatoire des arts et métiers quelques expériences sur un appareil composé d'un serpentin dans lequel circulait de l'eau froide et placé dans une gaine annulaire que parcourait l'air à refroidir. L'eau venait d'un petit réservoir dans lequel on pouvait mettre de la glace.

On mesurait le volume V d'eau débité, les températures de Teau t à l'entrée et T à la sortie du serpentin ; la température moyenne était

On faisait circuler l'air au moyen de l'appel d'une couronne portant 1 7 becs qui brûlaient jusqu'à i4oo litres de gaz à l'heure.

On mesurait le volume V de l'air sortant, sa température, V à l'entrée et t' à la sortie ; la température moyenne était

Appelant d la densité moyenne de l'air, la quantité de chaleur perdue par ce fluide est

La quantité de chaleur cédée à Teau est

C=ioooV(T — 0-

Le rapport -p est le rendement.

Si S est la surface et'Q le coefficient de transmission, on a :

ioooV(T-0=QS(T;-TJ

d'où

^ I oooV(T — t)

Le général Morin, en opérant avec un serpentin de io"',44de surface placé dans le conduit de section annulaire, a trouvé les résultats consignés dans le tableau suivant (page 599).

La vitesse moyenne dans Tespace annulaire de section o™^a88 où se trouvait le serpentin était o"*,45 et le débit o,45 X 0,188 = o™',i29;dont la racine carrée est o,36.

La formule i6^i'(n* 84, tome I*% page i55), donnerait seulement 5,76 au lieu de 8,59.

De ces expériences il résulte :

i"" Que la quantité de chaleur abandonnée par Teau est indépendante de la vitesse puisque le produit i^ (T-«) est sensiblement constant ;

2° Que le coefficient Q de transmission est 8,59 en moyenne.

Si, d'après cela, on cherche la surface nécessaire pour refroidir Tair de la salle de l'Institut pouvant contenir 3oo personnes, à chacune desquelles on fournit a5 m. c. par heure, soit en totalité 7 5oo m. c, on trouve que, pour faire descendre de aS" à ao* la température de cet air, il faudra absorber une quantité de calories

D'après le tableau suivant, le rendement étant o,45o l'eau devra absorber

C = — r? = 24373 calories.

QO

ks

VOLUME D'EAU \ écoulé par heure. j