CONDENSATION

Il n’en es! pM moins évident, d'après ce qui précédé, que l'effet mécanique de la vapeur d'eau a une tendance à S’accroître avec la température, quelque faible que soit cet accroissement. C'est donc un argument en faveur des machines a hante pression ; mais si nous considérons, d'un autre cdté, que la vapum a une température élevée est plus susceptible de perdre de sa force élastique, par suite de dépression , que la vapeur a basse pression, les pertes étant toujours proportionnelles a l'excès de la température, et si, en même temps, nous examinons les dangers et les dépenses plus considérables qu’entrainent les machines â haute pression, nous reconnaissons qu 'elles le cèdent encore, dans les mêmes circonstances d'ailleurs, aux machines a basse pression. v

Voyons maintenant quel est l'effet mécanique de la vapeur, développé par In condensation.

CONOERSATIOR.

La même figure 1 71 nous servira a faire comprendre l'effet mécanique que l'on peut obtenir par la condensation de la vapeur d'eau. Supposons que la vapeur, après avoir soulevé le piston à 17 mftres audessus de la base du cylindre, soit subitement condensée. Il est clair que le piston sera pressé par line force égale à celle de l’atmosphère, force qui serait capable de lui fuire descendre précisément la même hauteur a laquelle il a été soulevé par le dégagement de la vapeur d'eau. Ainsi, Il est évident que le piston, dans sa descente, pourra soulever, au moyen d'UD 111 enroulé sur une poulie, une masse d’un poids égal a la pression atmosphérique, et à une hauteur exactement égale à la hauteur maximum du pistou au-dessus de la base du cylindre.

Si l'on plaçait un poids sur le piston, en addition à la pressiou atmosphérique, le piston, ainsi que nous l'avons vu, ne s’élèverait plus, par le dégagement de la vapeur, à la même hauteur que dans le cas ou la pression de l'atmosphère agissait seule. Par suite, lors de la condensation de cette v apeur, la masse soulevée parla descente du pislon n’atteindre pasalo même hauteur qu'auparn vont; mais, par compensation, le poids de cette masse sera plus considérable, u peu près dans la même proportion de la diminulion de hauteur. Ainsi, la puissance mécanique d’une quantité donnée de vapeur d'eau, qui est obtenue (Kir lé moyen de la condensation de celte vapeur, reste à très peu près constante, quelle que soit la pression a laquelle elle est engendrée, la différence étant en faveur de la plus grande pression.

Nous voyous, d’après cela, que la puissance mécanique, développée par la vspeur d’une quantité d’eau donnée, est la même, soit que cette puissance se trouve être le résultat de la vaporisation directe, ou qu'elle soit duc à la condensation Instantanée de la vapeur. Cette puissance mécanique est, d'ailleurs, a peu prés constante, quelle que soit la température de la vapeur d'eau.

Nous poserons donc la loi générale suivante :

Un centimètre cube d'eau, réduit en vapeur, produit une force mécanique capable d'élever 1 7 • kilogrammes n la hauteur de I mètre, que celle force soi! développée par la vaporisation directe de l’eau ou par ta condensation de la vapeur ; et celle force mécanique ne varie que faiblement, suivant la température ou la pression à laquelle l'eau est vaporisée, la petite différence qui a lieu étant en faveur de la plus grande pression.

Kn évaluant les effets dus a la condensation, nous l’avons supposée complété et instantanée. On sait qu'il n'en peut être ainsi dans la pratique. Les procèdes les plus parfaits de condensation exigent quelque temps pour produire leur effet, et jamais encore on n'a pu parvenir a obtenir un vide complet. Si la v apeur est condensée lentement, comme cela a lien par l'application extérieure d'ung substance froide sur une surface de refroidissement insu fil saute, l'effet produit est considérablement réduit, car alors la force motrice, quelle que soit la période que l'on considère de In course du piston, n'est pins que la différence entre la pressiou atmosphérique et la force élastique de la vapeur d'eau. Cette circonstance ne pent

l'ritnitr § SdchQn. 43

PUISSANCE MECANIQUE DE I.A S APEUR D'EAU

cependant modifier d'une maniéré sensible la mesure que nous avons donnée de la puissance mécanique

développée par la coiulensation, en disant que cette puissance est proportionnelle a l'espace qu'occupela vapeur, la) temps employé pour accomplir le même travail est nécessairement plus considérable lorsque la coudeusutioii n’est pas instantanée.

Nous ajouterons aux remarques precedentes une considération sur la méthode employée dans les machines ordinaires a haute pression, pour développer la force mécanique de la vapeur d'eau. Supposons, comme dons le cas precedent, qu’un piston charge d'un certain poids ait été soulevé par la force de la vapeur, et qu'alors cette vapeur, au lieu d'être subitement condensée, puisse s'échapper librement par une valve ou soupape ouverte a cet effet, ce qui est le cas des machines a haute pression. Il est évident qu'alors la puissance qui aurait été développée par la condensation sc trouve perdue. Cette perte de puissance est mesurée par la pression de l'atmosphère agissant sur le piston, et lui faisant parcourir toute la hauteur à laquelle il a été soulevé par la vapeur. On voit donc que la perte d'effet due au défaut de condensation est d'autant moindre que la force élastique de lu vapeur est plus considérable, puisque In hauteur a laquelle le piston est soulève est en raison inverse de cette force élastique. Si, cependant, l'ouverture de la soupape de décharge était trop étroite, la vapeur ne pourrait s'échapper avec la rapidité nécessaire, et, par suite, une partie du poids dont le piston est chargé serait employée à chasser cette vapeur. Ce poids partiel représenterait ainsi exactement la perte de force effective de la vapeur due à la cause que nous venons de signaler.

Pour nous rendre un compte exact de la perte due à une condensation incomplète, nous représenterons par p la force élastique de la vapeur non condensée qui reste encore après l’application du réfrigérant, opposant ainsi une certaine résistance a la marche du piston. Cette vapeur non condensée agit contrairement a la puissance motrice dans toute l'étendue de l'espace qu’elle occupait avant la condensation, espace que nous savons être égal au volume

p et t étant, comme nous l'avons dit page 335, la force élastique et la température de la vapeur remplissant l’espace V.

Des lors la résistance, produite par la vapeur non condensée, ayant une force élastique p\ sera égalé au produit de p par V. soit :

Nous aurons donc, pour représenter cet effet dans la circonstance présenté, l'expression suivante :

La vapeur d'eau, séparée du liquide qui l’a formée, suit, comme tous les autres gaz , la loi dite loi de Mariette, et qui peut s'énoncer de la manière suivante :

Pour une condensation complète, l'effet mécanique aurait été représente, page 33S, par

CXPAISION-

EXPANSION

Les rnltimet occupes par les ffuirles élastiques varient en raison inverse des pressions auxquelles ces fluides sont soumis.

Cette loi n'est mathématiquement vraie qu'au tant qu'il n’y a aucune variation dan» la température des gaz Oïl de la vapeur soumis aux diverses pressions. Cette dernière circonstance n'a jnmals lieu, car, du moment qo'on fait occuper à un même corps un volume autre que celui qu’il occupait primitivement, il y a absorption ou dégagement de chaleur, selon qu'on dilate ou qu’on comprime ce corps 1 ; mais ces variations sont si minimes qo'on peut appliquer la loi dcMariotte , dans la circonstance présente , sans erreur sensible.

D’apres ce que noos avons dit, pages 54 et soivantes, dans l'histoire des premières applications du principe de la détente de la vapeur, il est facile de mesurer In tension de la vapeur agissant par détente, dans un moment quelconque de la course du piston, lorsque l’on connaît la tension initiale de celle vapeur et le point de la course dn piston où l'on a fermé toute communication avec le générateur.

Si, pur exemple, une machine travaille à une pression de 1,74 kilogramme au-dessus de la pression atmosphérique, In tension de lu vapeur au commencement dn coup sera, par centimètre carré du piston, de 1,74 -|- 1,033 5,783 kilogrammes. Si la vapeur est coupée au quart de la course du piston, la

tension aura toujours été In même pendant le premier quart de cette course. I.a tension minima correspondra à la limite de la eourse du piston, point auquel la vapeur ocrupant un volume quadruple de son volume primitif n’mirn plus qu’une tension de =o,69fi kilogramme, soit o,337 kilogramme au-dessous

de la pression atmosphérique ordinaire. La ligure que nous avons donnée, page 56, peut servir à déterminer toutes les autres tensions intermédiaires de la vapeur correspondr.nl aux divers points de la course du piston; mais nous allons nous rendre compte du travail effectués dans cette circonstance, d'une manière plus générale.

Considérons toujours, comme tout A l'heure, le même piston chargé d'un certain poids, et supposons qu’il ait été soulevé, par la conversion en vapeur d’une quantité donnée d’eau, a une hauteur correspondante au poids dont il est chargé et à la température de la vapeur. Dans cette situation, si l’on vient a enlever une partie du poids, la vapeur se dilatera jusqu'à ce qu'il y ait équilibre eHtre sa force élastique et la pression sur le piston résultant du poids restant et de la pression atmosphérique. Il est évident que l’effet mécanique, ainsi développé, est obtenu en pur gain. Dans le fait, on peut prouver que lorsque lu vapeur est douée d’une grande force élastique, et qu’on enlève le poids en totalité, de manière à permettre à la vapeur de se dilater librement jusqu’à ce que sa force élastique fasse équilibre à la pression de l’atmosphère, on peut prouver, disons-nous, qu 'alors sa puissance mécanique est à 1res peu près doublée.

Tel n’est point, cependant, le meilleur procédé u suivre pour appliquer le priuci|)e de l’e.vpansion. Ce prinelpe peut être développé d'une maniéré beaucoup plus uvuutageusc, en faisant en sorte qu’au lieu d'enlever le poids d'un seul coup, ce poids soit enleve graduellement et pur degres insensibles, de manière à permettre a la vapeur de se dilater d’une manière continue jusqu'à ce que sa force élastique fasse équilibre a l'excédant de poids qui agit sur elle. C’est d’après cette considération que nous allons évaluer d’une maniéré générale l'effet mécanique obtenu en pur gain par l’expansion de la vapeur dans les machines à délente.

Supposons que le piston ayant dans le cylindre la position EL' (lig. 173), toute l’enu se soit convertie en vapeur, et qu'il y ait équilibre entre in force élastique de cette vapeur et la charge sur le piston. Si cette charge vient alors à être diminuée graduellement, la sapeur se détendra d une manière continue au fur et a mesure de la diminution de pression , et, comme nous l’avons déjà dit, l'excedant de poids qui se trouve ainsi soulevé sera autant de puissance gagnée sans mienne nouvelle dépense de vapeur. Igi force

* Voir lu corisi-ivrslioo» sur la rhalsur istmiu-, psg»* li* u 6»;

PUISSANCE MECANIQUE DE LA VAPEUR D’EAU

élastique de la vapeur diminuera conformément a la loi de Mariottc, en même temps que les espaces , occupés par celte vapeur augmenteront. O E' étant le

volume occupé par la vapeur, au moment ou elle va commencer à agir par détente, représentons par E K’ l'intensité de sa forci’ élastique a cet instant. tarsquVn se détendant elle viendra occuper le volume O S, sa force élastique sera évidemment moindre et nous la représenterons par la ligne PM.

D'apres la loi de Mariotte, nous aurons :

Vol. OS : Vol. O E' : : EK' : PM, ou bien :