SO

et le rendement effectif s'élève, dans ce cas, à 0J69 ^.,^ \ 0,169 0;275 - ^^'^' "^ ^^ ô;287 du maximum théorique qui correspond àla chute de tempérafïïî

Dans les conditions de chute de température que nous av( indiquées et qui sont celles que Ton adopte pour les meilleures machines qui fonctionnent avec la vapeur saturce, le travail de 1 cheval correspondant à 635 calories et rntilisation possible de la chfJeur ne s'êlevaot qu'à 0,275 de la chaleur dépensée pour la limite inférieure de température 35°, et a 0,287, pour la limite itiférieare de 40^, la quantité ^ de chaleur théorique indispensable à la production de 1 cheval de travail eji terne, sera donnée par la proportion J

3S : 635^^^'- = 1 : 0,275 ; d'où x = 23O0<^»i' dans le 1*' cas, 1 et par la proportion a; : 635 = 1 : 0,237 ; d'où a? -- 2212*^*^' dans le second.

Comme chaque kil. de houille ne fournit à la chaudière que les I de la chaleur totale que développe sa combustion, soit 5000 calories^ cette dépense obligée de chaleur correspond à la consommation de

^'' ■ = 0»«'i',462 de houille dans le 1*' cas,

et de

--— - = 0*"^*,452 dans le second.

oOOO

Il y a donc lieu d'affirmer que la meilleure machine motrice imaginable, fonctionnant sans pertes de chaleur, sans frottements, sans résistances passives d'aucune espèce, entre les limites de température 159** et 35*' à 40**, ne pourrait consommer

CHOIX DUN CORPS TRAVAILLEUR

moins de 0^**',46 environ, de bonne homllg par cheval et par lieure.

Cette chute de température correspond k un cjcle qui s'accomplit entre 6 atmosphères, tension de la vapeur a 159*', et 0^055 à 0,072 atmosphères, tensions de la vapeur à 35 et 40 degrés.

En faisant la part obligée aux pertes de toute nature, il est clair que des machines qui fonctionnent régulièrement avec uae consommation totale de 1'^"^ de houille brûlée sous la chaudière, par heure et par cheval de travail transmis à Tarbre moteur, sont d*excellentes machines, dont le cycle de fonctionnement ne s éloigne pas considérablement de celui de Curoot^ et qu'il n'est guère possible d'y apporter d'importants perfoctionDements :

Il n'y a d'amélioration possible que par un accroissement de la chute de température dont la réalisation expose à d'assez graves inconvénients pratiques, et par une atténuation de plus en plus grande des résistances passives et des pertes de chaleur è travers les parois des capacités que traverse la vapeur avant d'achever son cycle.

n y a des machines imparfaites dont la consommation s'élève à 4 ou 5 ^^^' de bouille par cheval et par heure ; celles-là seules sont susceptibles de recevoir d'importants perfectionnements et les considérations développées jusqu'à présent sont suffisantes pour indiquer les moyens à l'aide desquels ils peuvent être réalisés.

La vapeur surchauffée paraît au premier abord, le moyen le plus rationnel d'accroître l'effet utile de la chaleur, en augmentant la chute de température par accroissement de la température supérieure sans abaissement de la température limite inférieure et sans élever la tension de la vapeur jusqu'à un degré incompatible avec la sécurité du travailleur ; mais quoiqu'on en ait tiré quelques avantages dans certaines applications, elle n'a pas répondu à tout ce que l'on en attendait» à cause de certains inconvénients qui lui sont inhérents, comme sa capacité calorifique qui n'est pas considérable ; la chaleur qui h produit la surchauffe, est assez rapidement enlevée par les

parois des cylindres, pendant la période d'admission, lorsque ceT parois ne sont pas réchauffées extérieurement ; puis, dans Phypothese du maintien de la surchauffe dans le cylindre^ le cycle suivant lequel la vapeur fonctionne, s'écarte plus du cycle de Carnot que lorsqu'elle est employée à l'état de saturation ; et enfin elle expose à Taltération des graisses, aux fuites qui en sont la conséquence et qui sont aggravées par Textréme subtilité du fluide, et à la détérioration rapide des surfaces frottantes internes C'est pour cela que l'on se contente aujourd'hui d'un simple chauffage qui vaporise Feau que la vapeur entraîne avec elle, ou qui se forme par condensation au sortir de la chaudière, en élevant très peu la température au-dessus de celle de vaporisation ; on utilise ainsi plus complètement la chaleur transmise à la chaudière et on diminue la quantité d'eau liquide qui se dépose dans le cylindre pendant chaque période d'introduction. Cependant il no faut pas condamner la surchauffe à haute température dime manière absolue, car dans certaines machines construites et entretenues avec un soin exceptionnel, on en a obtenu un notable accroissement d'effet utile. Nous reviendrons plus tard sur cette question*

Des vAPEims dVutres liquides que i/eau, — Les vapeurs autres que celle de l'eau sont soumises aux mêmes restrictions que cette dernière, et elles présentent pour la plupart, un inconvénient supplémentaire qui est celui d être inflammables. D*ud autre côté, quand le liquide est plus volatil que l'eau, la tension devient très élevée à une température assez basse, ce qui diminua la chute possible de température et le maximum de rendement correspondant au meilleur cycle de fonctionnement ; mais si le liquide est moins volatil que Teau, on peut, sana dépasser les mêmes tensions maxima, obtenir une chute de températore plus considérable et améliorer ainsi le maximun de rendement possible.

Jusqu'à présent, les seuls essais qui aient été faits dans cette voie, l'ont été sur une dissolution d'ammoniaque dans l'eau ; le cycle que Ton faisait décrire à cette nouvelle vapeur était le môme que celui des machines à vapeur d'eau ordinaires.

Les expériences comparatives faites avec la même machina

CHOIX DUN CORPS TRAVAILLEUR

Ee tantôt de vapeur d'eau, tantôt de vapeur d'ammonia- ^ ^ donné 50 7» d'économie de combustible avec la vapeur d^amnaoniaque; mais il faut observer que ces machines étaient très médiocres, qu Viles consommaient environ 4"'^- de houille ^oar cheval et par heure, avec la vapeur d'eau seule, et que, ^Krès probablement, les inconvénients de ces vicieuses condi- ^jous de fonctioijnement , étaient moins prononcés avec la vapeur d'ammoniaque. Cette dernière, employée dans d'autres machines bien réglées, nVn a pas moins exigé une consommation de 2,85 à 3*^^'- de bouille par cheval et par heire, ce qui n'est pas très avantageux.

Ces machines fonctionnaient généralement entre 118** et 40"*^ ce qoi réduisait leur rendement maximum à

n nVst pas possible de fonder de grandes espérances sur Temploi d'une vapeur dont le rendement maximum est aussi faible.

En somme, l'usage de ces machines ne s'est pas répandu depuis 1867, époque de ces expériences et de la construction de quelques locomobiles de ce genre, pour le compte de la marine militaire de France*

Outre leur manque de supériorité théoriqoe sur la machine à vapeur d'eau, ces locomobiles ont révélé plusieurs inconvéniefits pratiques de l'emploi de Fammoniaque.

Il se produisait souvent dans les chaudières, des ébullitions tumultueuses et des projections de liquide que Ton a attribuées à l'influence de certaines graisses. Ces inconvénients se mani» fesient généralement dans les appareils où la condensation l'effectue dans des capacités fermées , par refroidissement extérieur, et l'on ne peut, dans le cas dont il s'agit, et à cause daprix de Tammoniaque et des dangers auxquels il expose les ouvriers, y porter remède par des évacuations assez fréquentes pour renouveler suffisamment le liquide de la chaudière.

D'un autre côté, Tammoniaque attaque le cuivre et le bronze et il faut que tous les organes exposés à son contact soient en

fer on en fonte, C6 qui ne laisse pas que de présenter certaine difficultés d^établissement. Comaïc compensation à cet inconvénient, il conserve parfaitement le feir ; ainsi les parois internes des chaudières, les surfaces frottantes dans les cylindres et celles des organes de distribution de vapeur, restent dans le meilleur état possible et les dernières s'améliorent de plus en plus par Tusage, ce qui est probablement dû à la neutralisation par l'ammoniaque, des acides que les graisses contiennent.

Cet avantage est si marqué qu'il y aurait probablement lieu Ae vérifier si le mélange d'une petite quantité d'ammoniaque à Teau dVlimentation des machines ordinaires, ne suffirait pas pour produir-* le même effet. Dans ce cas, il serait peut être utile d'employer le procédé, même au prix du remplacement de certaines pièces en cuivre ou en bronze, par d'autres semblables eu fer ou en fonte.

Des vAPEi'ES combinées, — Le système des vapeurs mixtes employées dans un même appareil, semble plus propre que tout autre à l'application d'une grande chute de température, en choisissant convenablement les liquides qui doivent fournir les vapeurs successivement utilisées* On sait que ce système consiste u appliquer les vapeurs qui s'échappent d'une première machine, à la vaporisation d'un second liquide beaucoup plus volatil que le premier et à faire travailler cette nouvelle vapeur dans un cylindre spécial dont le piston agit sur le même arbre que le pistou de la première machine. Ces appareils exigent deux condeoseurs à surfaces refroidies extérieurement et sont d'un^ complication coûteuse qui expose à de fréquents dérangements ; puis , comme nous allons le voir , ils n'offrent aucun avantage réel sur la machine à vapeur d'eau.

Le liquide auxiliaire vaporisé par la chaleur que met liberté la condensation d'une première machine à vapeur d'eau, a été jusqu'à présent Téther sulfurique qui bout à 38* 60U8 la pression atmosphérique et dont la chaleur de vaporisation n'€ que de 133 calories.

Le plus actif partisan de ce système a été M. Du Trembla qui a publié les résultats de ses recherches dans le Manuel conducteur des machines à vapeurs combinées (Lyon 1850), Les

CHOIX BUN CORr\S TRAVAILLEUR.

appareils construits pour la marine française, sur ce principe, ^iat eu une assez grande vogue jusque vers l'année 1866 et ils ^pni aussi été emplojés sur plusieurs porieurs qui desservait nt ^■l^rives de la Seine. Ils avaient mêuie été adoptés par une ^^msde compagnie do navigation de Marseille, vers 1858, et elle

les avait fait établir sur huit de ses navires. K Ces appareils fanciionnaient dans les conditions suivantes :

^Ê Vapeur f Pression absolue dans les chaudières,

^P d'eau l Température de la vapeur,

B 1** 1 Pression absolue dans le condenseur,

n machine. ( Température dans le condenseur,

Oui ru.

120'* Oatiiri',30

Vapeur d'éther

machine.

Pression absolue dans le vaporisateur, l*t^ijn Température dans ce vaporisateur, 52*"

Pression absolue dans le Cdndeuseurd'éther,0 '^^"'',5 7 Température dans ce condenseur, 20"

Lu détente, dans chaque machine, ne dépassait pas une fois et demie le volume de vapeur introduite, de sorte que le cycle décrit était fort incomplet. La consommation de houille, par cheval et par heure, s'élevait à 2^*^-, 7 d'après le travail total transmis à l'arbre moteur, et à 2*^"- d'après le travail sur le piston, mesuré avec l'indicateur. Cette consommation comprend 0''^,25 de charbon, ajoutés à la consommation réelle, pour ttprésenler le prix de l'éther qui se perdait par des fuites à travers les joints des capacités qu'il traversait.

Le cycle décrit par les deux catégories de vapeur, était analogue au cycle habituel des machines à vapeur d'eau.

D'après les données qui précèdent, le rendement maximum (le la vapeur d'eau, serait ici, de

Celai de la vapeur d'éthcr, de

Rendement total, 0,23 ,

rendement maximum, entre les mêmes limites extrèjucs

iù

CHAFITRE SEPTIEME,

lie température, si la machine avait été alimentée de vfl d'eau seîileraent, eût été de

Ce nombre l'emporte sur le premier parce qu'il y a eu ut perte de chute de 70^ ^ 52 ^ IS® ftntre les dt^ux opéra tio^ successives que comporte le premier système»

Quant aux avantages économiques de ce système, la cor sommation de 2'^"* de houille par heure et par cheval de travail transmis au piston, prouve qu'ils étaient nqls et pouvaient être réalisés aisément par Temploi de la vapeur d'eau seule, en l'utilisant plus qu'elle ne Tétait dans la première machine de ce mode iiarticulier d'emploi de la chaleur.

Comparativement aux machines à vapeur de l'époque eu ployées pour la navi^^ition à vapeur, ces appiireils à vapeul combinées constituaient cependant un progrès, parce que la seconde partie de l'appareil servait à utiliser de la chaleur qui eût^té en partie perdue, à cause de Timperfection du mode d'emploi de la vapeur d'eau dans la première machine*

Au bout de quelques années d'expérience, la compagnie qui employait ces appareils, y a renoncé et s'en est tenue aux machines à vapeur d'eau seule, et voici pourquoi :

P La machine à vapeur d'eau s'était perfectionnée et l'on pouvait y réduire la consommation de combustible au même chiffre que dans la machine à vapeurs combinées.

2"* Le prix d'achat des machines à éther était, relativemenl fort élevé, à cause de la complication des appareils et de la perfection d'exécution de certaines parties de ces appareils, exigée par la nature du fluide employé,

3** Le bénéfice définitif y était presque nul, malgré les imperfections des machines à vapeur d'eau de Tépoque, à cause des réparations continue] les qui absorbaient à peu près les économies résultant d'un meilleur rendement de la chaleur dépensée.

4" La condetjsation de l'éthcr était difficile dans un grand nombre de cas et, quand les navires se trouvaient dans les pays chauds, elle devenait presqu'impossible, à cause de la haute température des eaux qui servaient à le condenser.

CHOIX D ex CORPS TRAVAllXEfR.

De soD coté, la marine de l'État les a étadiées pour son propre compte, et un petit navire a été construit dans le but spécial d'expérimenter les machines à vapeurs combinées* Ces expé- (.riences ont fait, immédiatement, rejeter Téther, n cause des Ifoites et des dan^^ers d'explosion et d'incendie qui en résultaient [et qui étaient d'autant plus redoutables que les navires de frÉtat portent, habituellement, une quantité de poudre consi- Ldérable.

Un officier de marine, M. Lafond, avait proposé de remplacer

[réther par le chloroforme ou par Tesprit de bois (alcool mé-

Ithylique), Le chloroforme présente Favantage de se vaporiser

let de se condenser facilement, mais il a une action fâcheuse sur

[réeonomie animale et, en cas de fuite, il pourrait asphyxier

lies mécaniciens sans révéler le danger par une odeur suffisam*

Lmeat prononcée. Qi/ant a l'esprit de bois il n'a pas d'action

[|bien délétère sur les hommes qui le respirent ; cette action se

réduit à des picotements sur le bord des paupières, lorsqu'il

n'est pas respiré en trop grande quantité. II présente, d'autre

ptrt, quelques avantages ; il coûte peu, et il est extrêmement

colable dans l'eau, condition très favorable à son emploi.

Les résultats économiques de tous ces essais n'ont pas été jugés assez favorables, surtout en présence des inconvénients sipalés, pour faire prendre le système en sérieuse considération et Ton a abandonné toutes les tentatives d'application des vapeurs combinées.

Depuis cette époque, vu rinutilitd des essais faits dans celte

^oi€ et surtout, vu les peiTectioDnements rapides qui ont été

rtalisêa dans la machine à vapeur d'eau, au point de vue de la

L oonstructioD et de la -bonne utilisation de la chaleur, tous les

■ efforts se sont portés sur cette dernière machine qui a été ^^plu^ivement employée à la production des grandes quantités ^■R travail . Aucun liquide ne coûte moins et n'est aussi répandu ;

■ Httcun autre corps ne peut utiliser plus de chaleur, sous une H loa&se relativement faible ; aucun ne peut fournir des chutes H 4© température plus grandes, sans engendrer les inconvénients

que Ton rencontre dans Temploi de la siirchauff*3 quand on Teot faire fonctionner la vapeur avec de plus fortes chutes de

rilAPlTRl': îSiîrTIKJMK,

température; de sorte que, fiualeiaent, on peut corniJérer Li vapeur d eau comme le meilleur de tous les corps qui peuvent servir d'intermédiaires dans la productiou du travail par la chalftur, et que, dans l'état actuel de la science, il est inutile de chercher les perfectionnements dans une autre voie, au moins quand il s'agit de produire économique meJit dea quantitéis de travail considérables et que remploi de la vapeur d'eau est possible.

Du rendement des machines à vapeur d'eau, ordinaires. ■

Quand on examine attentivement chacun des cas qui se présentent dans les applications de la chaleur aux machines ordinaires, on reconnuit aisément que le modo d'action de la chaleur peut y être représenté par un ci/cle fictif qui serait décrit dans un cylindre fermé, sous Taction continue d'un même corps travailleur et dont Tidée appartient à M, Ledieu; ce cycle fictif consommant exactement la même quantité de chaleur et produisant la même quantité de travail externe entre les mêmes limites de température. Cette substitution permettra d'apprécier la valeur du mode ri'el de fonctionnement, comparativement à l'effet théorique maximum qui est représenté par le cycle do Carnot.

Dans la machine à vapeur réelle, toute la chaleur dépensée à chaque coup de pistou se trouve exclusivement employée à chaufler et à dilater, avec on sans changement d'état, le tluide alimentaire considéré dans l'état où il se trouve à son entrée dans la chaud iêre. Le poids du corps travailleur^ pour chaque cycle décrit, peut y être considéré comme égal au poids de liquide introduit dans la chaudière à chaque coup de piston \ quant au surplus do la masse tluide contenue dans tout l'appareil, chaudière comprise, ce n'est en réalité qu'un stock qui, une fois l'état de régime établi, possède une quantité de chaleur invariable, quoique sa température et sa densité puissent varier, surtout pendant la période d'introduction dans cet appareil.

Le cycle fictif doit donc être cotçu de manière que le corps

REXDEWIiNT h¥.S MACIilNEî^ A VAPEUR.

lîllear, à la fin de ce cycle à cylindre fermé, so retrouve Miqu^ment dans Tétat ou il était à Tépoque de son introlucUon dans la macLine réelle.

Il faut observer que la fin et le déliit du cycle se confondent,

^iiiais il arrive souvent, en égard à la nature de ce cycle, que

cette tin et ce début ne se confondent pas avec le commence-

lerit du mouvement du piston de la macbine réelle ; ainsi, par

exemple, le piston moteur une fois revenu à son point de départ,

peut no recommencer une nouvelle opération, dans la machine

idéale à cylindre fermé, qu'après que la substance motrice a

Uabi un certain écliauffemeut soks rolunte constoni^ de façon à

Irelever la température et la pression jusqu'à la pression et

Ijusqu'à la température que posî^édnit cette substance au com-

Imencement de son introduction dans la machine réelle. Il en

I îésulte que si la temi)érature du corps travailleur peut n'être

pas la même au début du cycle et au début du mouvement, il

en est autrement pour le volume qui reste le môme pour les

deux débuts.

Dans tout ce qui va suivi e, il doit être bien entendu que ce ^ue nous nommerons éiat initia! du rorps trûTaUleur setidiid de w« tùlume tt de sa température au délui dtù cycle et non au déhul du mouvement f si ces deux débuts ne se confondent pas.

Dans cette comparaison, la machine réelle et la machine idéale à cylindre fermé, doivent avoir même capacité de cylin- <Ire, mais la course du piston de la machine réelle doit surpasser la course de la machine idéale, de la quantité correspondante au volume du iluide d'alimentation.

D'autre part, dans la machine à cylindre fermé, le retour do corps travailleur, a son état initial, s'effectue par le piston lui mAme et il y a compensation entre le travail de compression «t la chaleur qui en résulte et qui est nécessaire à Taccompliss^cment du cycle. Dans les machines réelles à cylindre ouvert, il en est au fond de même, parce qu'il y a une pompe d'alinieu- .tition dont le travail entendre également de la chaleur qui Jélèvc la température de la substance motrice employée. Cepeniles choses se passent uu peu ditiéremmcnt dans la pratique luse des frottements de la pompe alimentaire et des autres

rHv\PITIlK SEPTIEMK.

frottements provenant lîes pièces conductrices, surtout quai la pompe est puissante, comrae dans les machines à air chaud mais certains de ces frottements trauformés en chaleur, peuvent être plus ou moins utilisés, de façon à amoindrir les pertes.

Ces frottt'ments sout nuisibles, surtout quand ils développent assez de chaleur pour exiger un refroidissement artificiel et quand i!s occasionnent des grippements entre les surfaces froUantes ; c'est pour éviter ces derniers inconvénients et pour aun^menter la durée des machines, que Ton luhrîfio les surfaces frottantes pour conserver le meta! et pour uliliser une plus grande fraction de la chaleur produite.

Ces observations s'appliquent à Femploi de tous les fluides, gaz ou vapeurs, mais nous allons les appliquer spécialement à Ja machine à vapeur d'eau et chercher le cycle fictif à Faide duquel on peut apprécier la valeur de son mode de fonctionnenient ordinaire, en négligeant les pertes de chaleur h travers les parois des capacités et parles frottements noti utilisés.

Nous supposerons que la machine fonctionne à détente, sous une tension initiale de O**"^-, que la condensation s*y effectue à 35** centigrades et que son cycle de fonctionnement que iiouâ allons analyser, est représenté par la figure 13.

1" Au début de lopération^ le cylindre est mis en commuT cation avec le générateur, le piston part du fond 0 de ce cylindre et Tun introduit un volume de vapeur OA*

Pendant cette période d'introductioïi, sous tension et sous température constantes, la ligue des tensions, w«, est une ligne isothermique parallèle à la ligne des volumes,

2° Après cette période, on ferme l'ouverture de communies tîon du cylindre avec la chaudière et la vapeur se détend depuis le point A jusqu'au point B par exemple, si la détente n'est pas poussée jusqu'à la limite inférieure de température, ou jusqu'au point C si elle est poussée jusqu'à cette limite inférieure, comme dans le cycle de Carnot. Cette détente s'eflectue, du reste, suivant une loi quelconque, de sorte que la courbe ?is peut être une courbe adiabatique ou, tout simplement, une courbe de détente pratique, et nous supposerons que le pistou «^arrête en B.