MESURE DE L'EAU ENTRAÎNÉE MÉCANIQUEMENT
La mesure de la quantité d'eau entraînée mécaniquement par la vapeur présente certaines difficultés. Il est cependant fort utile de connaître cette quantité dans les essais de vaporisation des chaudières ou de rendement des machines à vapeur, afin de ne pas compter comme eau vaporisée celle qui est seulement entraînée et de ne pas commettre de ce chef une importante erreur.
851. M. Him s'est servi du procédé suivant pour déterminer la quantité d'eau entraînée. Dans un réservoir jaugé et renfermant un certain volume d'eau, il faisait arriver pendant quelque temps au milieu de la masse liquide et, par un tuyau percé de petits trous, la vapeur de la chaudière pour laquelle il voulait évaluer l'importance du primage; il prenait les poids et les températures du liquide du réservoir avant et après l'expérience. Ces éléments suffisent pour calculer la proportion d'eau entraînée.
Soit en effet
P le poids d'eau contenu dans le réservoir avant l'expérience;
P +;? le poids final de liquide ;
T la température de la vapeur (T se déduit facilement de la pression);
t^ et t les températures de l'eau dans le réservoir avant et après l'expérience ;
p sera le poids du mélange de vapeur et d'eau entraînée ;
Désignons par x le poids d'eau entraînée, p — .r sera le poids de vapeur écoulée ;
En prenant toutes les précautions contre le refroidissement, on a la relation
p(f-fJ=^(T-0 + (;'-^)(6o6,5 + o,3o5T-t); d'où
Pour opérer avec plus d'exactitude, il faut tenir compte de réchauffement du réservoir, ce qui d'ailleurs ne présente pas de sérieuses difficultés.
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M. Hirn, grâce à son habileté comme expérimentateur, a pu obtenir par ce procédé des résultats satisfaisants.
Si, au point de vue théorique, ce procédé est irréprochable, il faut reconnaître qu'en pratique il est très délicat et que des erreurs graves sont faciles h commettre. De plus on n*est jamais sur d'opérer sur un échantillon ayant la composition moyenne du mélange à analyser.
II est donc indispensable, lorsqu'on veut employer ce moyen, de condenser toute la vapeur produite par le générateur pendant la durée de l'expérience, et pour cela on se sert d'un condenseur à surface disposé de manière à former un calorimètre. C'est ce qui a été fait en 1871, dans un concours de chaudières à vapeur, dirigé par M. Thurston, ingénieur américain.
852. Pour déterminer la quantité d'eau entraînée, M. Vinçotte, qui abeaucoup étudié cette question et fait de nombreux essais, préfère recourir à la méthode chimique, basée sur les essais comparés de l'eau recueillie au condenseur et du liquide de la chaudière.
Théoriquement, si l'eau d'une chaudière ne contient pas de substances volatiles, la vapeur qu'elle produit doit donner par condensation de l'eau chimiquement pure et par suite, en comparant la composition de l'eau condensée à celle de l'eau de la chaudière, on aura la proportion d'eau entraînée.
En désignant par R le résidu provenant de 1 kilogr. d'eau de la chaudière et par r le résidu de - 1 kilogr. du mélange de vapeur condensée et d'eau entraînée, le poids x d'eau entraînée par kilogr. de mélange sera
Si nous supposons que l'eau d'une chaudière renferme 100 parlies d'une substance fixe quelconque et que la vapeur condensée eu contienne 2 parties, c'est qu'il y a eu 0,02 d'eau entraînée.
Lorsqu'on opère sur de l'eau ordinaire R et surtout r sont très faibles et souvent ne représentent que quelques milligrammes, un dosage exact serait imposssible tant sont grandes les chances d'erreurs dans une analyse qui porte sur des quantités aussi
ininimes. Pour obvier à cet inconvénient, oti ajoute dans la chaudière une quantité déterminée de sels très solubles^ tels que le sel marin ou le sulfate de soude.
En introduisant le premier sel dans une chaudière et le second dans une autre, on pourrait même essayer simultanément deux chaudières qui envoient leur vapeur dans une même conduite. La teneur en chlore des eaux condensées donnerait l'entrainement pour Tune des chaudières et la teneur en acide sulfurique fournirait la même indication pour l'autre.
Si la chaudière sur laquelle on opère contient des substances volatiles, il faudra en tenir compte d'après leur nature. La substance volatile qui gène le plus, c'est Tacide carbonique qu'on trouve toujours dans l'eau, lorsqu'elle est condensée dans un récipient n'offrant pas d'issue à ce gaz. Celui-ci provient de l'acide libre contenu dans l'eau, de la décomposition des bicarbonates et probablement de la décomposition du carbonate de magnésie.
En fait, on constate que toutes les eaux provenant de la condensation complète d'un certain poids de vapeur sont acides lorsqu'elles ne renferment pas d'eau entraînée. Cette acidité est due à l'acide carbonique, et, s'il y a de la boue calcaire entraînée, une partie de cette boue peut se trouver redissoute dans l'eau chargée d'acide carbonique et le bicarbonate de chaux formé vient alors augmenter le poids de la vapeur condensée.
L'eau des chaudières est le plus souvent calcaire et lorsqu'elle est entraînée en proportions notables elle communique son alcalinité à l'eau recueillie.
Divers auteurs ont signalé la présence d'acide chlorhydrique libre dans la vapeur; M. Vinçotte n'en a jamais rencontré et croit, du reste, qu'en général, l'acide mis en liberté par la décomposition du chlorure de magnésium est immédiatement absorbé par les boues calcaires contenues dans l'eau.
853. L'analyse hydrotimétrique permet de doser les sels terreux contenus dans l'eau. Elle donne des résultats satisfaisants lorsqu'on l'applique aux eaux des chaudières, mais il n'en est plus de même quand on traite des vapeurs condensées ; l'opération devient alors très difficile.
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Cela résulte de ce que Tacide carbonique, existant presque toujours à Tétat libre dans les eaux condensées, agit sur la liqueur de savon. Il faut le chasser par Tébullition avant de prendre le degré hydrotimétrique.
De plus, il faut de grandes précautions pour se mettre à Tabri d'une décomposition singulière que les eaux à faible degré font subir à la liqueur.
Prenons, par exemple, une eau qui titre un quart de degré. En y ajoutant en une fois la quantité de dissolution de savon saffisante pour obtenir la production de la mousse, celle-ci persiste quelquefois toute une journée. Mais, si dans la même eau on ajoute une quantité trop faible de liqueur de savon, la mousse ne se produit pas et, à la condition de n'ajouter ensuite qu'une petite quantité de dissolution à la fois et d'attendre quelque temps après chaque addition, on peut introduire jusqu'à oo degrés de liqueur sans obtenir de mousse. L'eau devient opaline, visqueuse et finit par former de grosses bulles, mais jamais elle ne donne la vraie mousse hydrotimétrique.
Au contraire, si après un arrêt quelconque on ajoute un peu trop de dissolution, la mousse se produit et persiste.
II faut donc procéder à reculons, commencer par mettre trop (le liqueur et continuer sur de nouvelles prises d'essai, dans lesquelles on verse une dose de liqueur chaque fois un peu moindre.
11 résulte de ce qui précède que la mousse de savon se produisant d'une manière assez irrégulière dans les eaux presque pures, la méthode hydrotimétrique ne doit pas être employée dans les essais d'eau entraînée. Cependant on a quelquefois recours à ce procédé en raison de ce qu'il est généralement applicable sans préparatifs.
864. L'essai chlorométrique se fait en colorant l'eau à essayer en jaune serin, au moyen de quelques gouttes de chroniate de potasse et en y versant une solution titrée d'azotate d'argent, dont i degré correspond à o*', 00887 d® chlore. Tant qu'il y a du chlore dans l'eau l'azotate y forme un précipité blanc et la teinte jaune serin persiste. Au contraire, aussitôt que tout le chlore est précipité, il se forme du chromate d'ar-
gent rouge brique dont la moindre quantité suffit pour altérer la nuance initiale.
Pour essayer une eau très pure, M. Vinçotle opère sur deux ballons d'un litre chacun, teintésde lamème façon en jaune et dont Tun ne sert que comme point de comparaison. De cette manière, les changements de nuances s'accusent nettement et Ton peut déceler un quart de milligramme de chlore dans un litre d'eau. Cependant le dosage exact d'aussi petites quantités présente des difficultés. Si en effet l'on prend le titre d'une eau au moment où elle sort du condenseur et après l'avoir préalablement refroidie, elle marque toujours quelques milligrammes de plus par litre qu'après avoir séjourné quelque temps à l'air ambiant. L'acide carbonique est en partie cause de cet effet, mais il y a encore d'autres influences indéterminées ; par conséquent, lorsque les eaux sont très pures, il est difficile de reconnaître, s'il y a ou non, quelques traces d'eau entraînée, bien que la méthode chlorométrique appliquée à l'eau ordinaire permette de reconnaître avec certitude 0,00 1 d'eau entraînée.
Dans plus de cent essais, faits dans ces dernières années sur des chaudières de sucrerie, auxquelles on demande une production de vapeur généralement exagérée, M. Vinçottc n'a trouvé que trèspeu de cas où l'entraînement d'eau fût certain et dépassât i p. 100. 856. M. F. Brocq a imaginé pour la mesure de l'eau entraînée mécaniquement un appareil très ingénieux.
Cet appareil est fondé sur ce principe qu'une vapeur en contact avec son liquide générateur a, pour une température fixe, une pression déterminée dont la valeur est absolument indépendante des variations qu'on peut faire subir au volume occupé par le mélange de vapeur et de liquide, tandis qu'une vapeur sèche donne une dépression pour toute augmentation de volume.
L'appareil (fig. 498) se compose d'une première caisse A renfermant une boite prismatique en bronze B, dans laquelle se meut au moyen d'une vis et d'un volant-manivelle un piston P. La boîte B est munie de deux orifices T et T' que l'on peut ouvrir ou fermer simultanément au moyen de deux tiroirs manœuvres par une même manette.
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Sur le dessus de cette boite B est une ouverture fermée par une membrane flexible en maillecbort plisséecirculairement qui permet d'accuser à Textérieur les variations de pression dans la chambre B. A cet effet une vis à pas très court qu'on manœuvre de Textérieur par un bouton moleté en bois et qui est isolée au
Fig. 498.
moyen d'un tube de verre peut venir appuyer son extrémité sur la membrane. La vis communique avec Tun des pôles d'un élément de pile et la membrane avec l'autre pôle ; dans le circuit est interposée une sonnerie.
Voici comment fonctionne l'appareil. On ouvre les deux tiroirs du prisme B et la vapeur circule à la fois à l'intérieur et à l'extérieur de ce dernier. L'équilibre de température étant établi, on ferme simultanément les tiroirs et on isole ainsi dans la boite un volume connu du mélange. Cela fait, on amène la pointe de la vis à toucher légèrement la membrane, la sonnerie se met en marche. On agit alors sur le volant-manivelle pour tirer le piston P. La capacité libre de la boite B augmente et, si la température ne varie pas, c'est-à-dire si la vapeur venant de la chaudière conserve la même pression et circule toujours autour de la boite, la pression reste également constante dans la boite tant que celle-ci renferme de l'eau. Mais aussitôt que toute l'eau est vaporisée, le moindre accroissement de volume dans la boite B est accompagné d'une dépression, la membrane
fléchit, le contact avec la vis cesae et la sonnerie s'arrête.
Le volume du piston et le pas de la vis qui le tire sont réglés de telle sorte que, pour chaque tour, l'augmentation de volume dans la boite B est de i centième du volume initial ; par conséquent le nombre de tours faits par la vis, au moment où la sonnerie s'arrête, indique en centièmes la proportion d'eau entraînée que contient le mélange.
Pour que cet appareil fonctionne régulièrement, il faut que, pendant la durée de l'expérience, la pression de la vapeur qui circule autour de la boite B conserve une valeur absolument constante ; le moindre excès fait fléchir la membrane plissée et peut arrêter la sonnerie avant que toute l'eau entraînée contenue dans la boite B n'ait été vaporisée.
L'objection faite à la méthode de M. Hirn se représente ici. On n'est jamais bien certain d'opérer sur un échantillon présentant la composition moyenne. Cependant, en raison de sa facilité d'application, ce procédé peut rendre des services.
En résumé, la détermination de la quantité d'eau entraînée est une opération difficile et délicate lorsqu'il s'agit de quantités minimes. Mais, dans ce cas, le dosage exact présente rarement de l'importance en pratique. Lorsque les entraînements sont considérables, la détermination devient plus facile et l'application des méthodes précédentes permettra de faire des constatations suffisamment précises.
