POMPES
Les pompes sont des appareils deslinés à élever 1
eau.
256. Pompe aspirante. — Description. — Une pompe aspirante se compose d'un gros tuyau cylindrique ou corps de pompe C dans lequel se meut un piston P percé dans son épaisseur d'une ouverture
que ferme une soupape b s'ouvrent de bas en haut ; lu corps de pompe communique par un tuyaa d'aspiration t avec le puisard R, réservoir contenant l'eau à élever.
A l'orifice du tuyau d'aspiration une soii pape a s'ouvre aussi de bas en haut; un tuyau de déversement D, horizontal ou recourbé vers le bas est disposé latéralement à la partie supérieure du corps de porap itig. !98).
Fonctionnement. Amorcemenl. — Supposons la pompe remplie d'air et le piston au bas de sa course; l'eau est au même niveau dans le tuyau et dans le puisard. On soulève le piston, le vide se fait au-dessous de lui, la soupape b "' reste fermée par son poids et par la pression atmosphérique, tandis que la soupape a s'ouvre, pressée par l'air du tuyau d'aspiration qui est à la pression atmosphérique et qui se répand dans le piston a laissé au-dessous de lui. Par
l'espace suite de
Fig. ID3.
vide
que son accroissement de volume, cet air n'a pins qu'une
(t) Une des soupapes les plus friSquemment employëes Im pompes est la soupape à clapet (fig. t'j9). Le clapet b uns plaque Je laiton fixée à charuiére sur la bord de l'oriflce. La soupape et les bords sont ajustés de manière ù rormcr un joint hermétique.
PBSANTEDR
force élastique inférieure à celle de l'amosphère, d'où l'ascension dans le Uiyau il'une colonne liquide dont la pression s'ajoute à celle de l'air intérieur dilaté pour faire équilibre à la pression extérieure qui s'exerce en A sur la surface libre de l'eau du puisard.
Quand li; piston est arrive au haut de sa course, la soupape d'aspiration a se ferme par son poids. Si on abaisse le piston, l'eau reste wxpenduo dans le tuyau d'aspiration au point où elle a été soulevée; l'air du corps de pompe est comprimé, prend bientôt une force élastique supérieure à la force élastique de l'atmosphère, ouvre la »ou|i(HH) hel s'échappe au dehors.
U piston étant revenu au bas de sa course, on le soulève de nouveau, l'euu continue à monter dans le tuyau d'aspiration, et par la «lescenle du piston, une nouvelle quantité d'air s'échappe.
Kjitis un certain nombre de coups de piston, .vi' Li hauteur du tuyau fupirtlionne dépasse pas la hauteur barométrique (189) en hauteur iun (10"33), l'eau atteindra la soupape .7. l'ouvrira et pénétrera dans I* corps de pompe. La pompe sera alors amorcée.
tiinrlionnement régulier. — Pendant la descente du piston, l'air •jni reste dans le corps de pompe est comprimé et s'échappe. Si la fit* inférieare du piston aoulet<i ne se trouve pas A plus de lO^SS du oiTeiiu du puisard, l'eau suit le piston dans son mouvement ascendant «n (i)rinnnl une oolonne continue puisqu'il n'y a plus d'air dans le cofl» de pompe et remplit toute la capacité du corps de pompe.
•^ la descente du piston, la soupape h est immédiatement soulevée ** le»u du corps de pompe passe au-dessus du piston. Dans le moiivenieiii ascendant qui suit, cette eau est élevée et versée au dehors par le tuyau D, la soupape h restant fermée. K partir du Œuroeni où l'eau a rempli le corps de pompe, on déverse au dehors, fliaque fois que le piston est soulevé, un volume d'eau égal au volume Jo corps de pompe.
257. Espace nuisible. — Tliéori(|uement, une pompe aspirante P*naiu.(ii,.||t construite ne peut être amorcée si le tuyau d aspiration «plus de ICSS. A cause des imperfections de la construction, on ne ?'"<"'' pas en général la soupape d'aspiration à plus de 7 à 8 mètres ""i-dfîMus du puisard. Le piston, au bas de sa course, n'est pas en •witacl avec la portie inférieure du corps de pompe et laisse au-des-
" '^1^ lai un espace nuisible de volume u, rempli d'air à la pression ^'^'*^pliériqiio H ; cet air, (|uaiid Ir pistou est soulevé, prend dans le
corps de pompe de capacité C, une force élastique -^ ; la que l'eau peut atteindre dans le tuyau d'aspiration est c de -rr- (H est exprimé en colonne d'eau). La hauteur limite <
d'aspiration est donc H (1 — t^I-
A cet air de l'espace nuisible s'ajoutent souvent des rentr( au-dessous du piston pendant sa montée et un dégagemen dissous dans l'eau aérée du puisard.
258. Effort nécessaire pour manœuvrer le piston. — No le calculer à partir du moment où la pompe est amorcée.
Effort pendant la descente. — Pour faire descendre le piston, il vaincre les frottements, il n'y a pas d'eiTort à exercer résultant des [ car il y a pendant la descente communication entre le liquide auau-dessous du piston.
Effort pendant la montée. — Désignons par h la distance de I'
déversoir & la face supérieure du piston, par h' la distance de la I
rieure du piston au niveau dans le puisard, par H la hauteur de h
d'eau qui fait équilibre à la pression atmosphérique du moment,
poids de l'unité de volume de l'eau en dynes, par S la section du
centimètres carrés : la face supérieure du piston supporte de hac
une pression (en dynes) :
SHdff + SMg
la face inférieure supporte de bas en haut une pression :
SRdg — Sh'dg.
L'eiTort pendant la montée sera la différence :
&{h + h-)dg h + k' = L — e.
L distance verticale de l'orifice de déversement au niveau du e épaisseur du piston.
En négligeant la faible épaisseur du piston, l'effort qu'il faut exei soulever le piston est donc égal au poids SLdg, poids d'une color ayant pour base la section du piston et pour hauteur la distance d< du tuyau de déversement au niveau dans le puisard.
Soit X le parcours du piston, l'effort étant indépendant de la pc piston, le travail dépensé dans la montée est XShdg. Le poids de s'écoule à chaque coup de piston étant SXdg, le travail est celui qu'i dépenser pour élever directement l'eau à la hauteur L. Par suite di ments, le travail exigé par le fonctionnement de la pompe est sup
PB8ANTKUR
>Tti] qni serait dépcasé en élevant l'eau directetneat. L'avantage de f^aploi de la pompe résulte de sa manoeuvre qui a lieu par l'intermédiaire Uw levier (fig. 200).
11 convient de remarquer que lorsque l'eau a été élevée au-dessus du P>4U)o, c'est la force ascensionnelle du piston qui élève l'eau, et la hauteur T^'^llc peni atteindre ne dépend que de l'eflFort appliqué au piston, quelle que '">> l'dlévstmn du lu^au de déversement.
Rg. 200.
259. Pompe foulante. — Le tuyau d'aspiration est supprimé. L» pompe foulante sitnpie se compose d'un corps de pompe plongeant rfitelemenf dans le réservoir et muni à sa partie inférieure d'une •"pape â'ouvrant de bas en haut. Le tuyau par lequel l'eau est •épuisée prend naissance latéralement au bas du corps de pompe et P'^Bûle à son entrée dans le corps de pompe une suupapc s'ouvrant *il'imérieur à l'extérieur (fig, 201).
^û piston /j/f/H se meut à frottement dans le corps de pompe. Quand '•piston g cl^-ve, le vide se fait au-dessous de lui, et la pression atmos- P^^T'é pousse l'eau dans le corps de pompe. Si le piston s'arrête, Wwijpapj inférieure retombe en vertu de son poids. Dans la descente
COtjnS DB PHYSIQUE
du piston, la soupape latérale s'ouvre, et l'eau est refoulée dans Ii tuyau d'ascension ; elle s'y élève à une certaine hauteur.
Après un nombre sulFisant de coups de piston, l'eau se déverse . la partie supérieure. C'est la pression du piston qui fait directemen monter l'eau ; plus la hauteur du tuyau de refoulement sera grande plus l'effort nécessaire pour abaisser le piston sera grand, à cause d la pression exercée par l'eau soulevée. La pompe débite, à chaqu coup de piston, un volume d'eau égal au volume du corps de pompe Rien ne limite la hauteur du tuyau de refoulement et par conséqueD la hauteur à laquelle on peut élever l'eau.
260. Effort nécessaire pour manœnvrer le piston. — Effort ^Ê dant la inontée. — Si l'on ne lient pas compte des froltements, il n'y a guè d'effort extérieur à vaincre pour faire monter le piston, car les pressions 8^ les deux faces sont sensiblement les mêmes.
Effort pendant la descente. — Soit h la hauteur de l'eau dans le tuyau !&■ rai au-dessus du niveau dans le réservoir, et H la hauteur de la colonatmosphérique.
La .soupape latérale étant ouverte, la pression supportée par la face ion rieure du piston qui descend est Sllrf^ + t^hdg : elle s'exerce de bas en ham La pression supportée par la face supi-rieure est SUdg : elle s'exerce de ha en bas.
La pression résultante est égale à la différence; c'est Shdg : elle s'exec de bas en haut ; c'est le poids d'une colonne d'eau ayant pour base la aectâdu piston et pour hauteur la hauteur de l'eau dans le tuyau de rêfouIeiD£ au-dessus de la surface du réservoir. Shdg est exprimé en dynes.
Si X est la course du piston, le travail dépensé pour un coup de piston * ShdgX; X étant mesuré en centimètres, le travail sera exprimé en erf SXd est la masse de l'eau r[ui s'écoule par le tuyau latéral. Le travail est m£me que si cette eau était portée directement à la hauteur /». Quand ■ dispose d'une force suffisante, la pompe foulante peut élever l'eau à tm. hauteur quelconque. H
261. Pompe à incendie. — La pompe à incendie ordinal consiste en deux pompes foulantes accouplées, dont les tuyaux latraux très courts débouchent dans un réservoir clos R rempli d'air. I pompe est immergée dans un récipient portatif que Ion rempl d'eau; cette eau est refoulée par la pompe dans le réservoir, d'où el est poussée dans la direction voulue à l'aide d'un tuyau T qui ploog jusqu'au fond du réservoir. Dans la pompe foulante décrite plus hai3 l'écoulement ne se produit que pendant la descente du piston, le l'addition d'un réservoir d'air au tuyau de refoulement rend le J continu. Kn effet, l'eau s'élève dans le réservoir, commence pj
PESANTEUR
<*niprimcr l'air qui s'y trouve ; après quelques coups de piston, elle *ort par le tuyau, et, comme l'air presse continuellement, l'écoulement **' continu.
Fig. -'OV.
^^s tiges dos deux pistons sont articulées h un double levier MM' ^ui reçoit un mouvement alternatif (fig. 202).
262. Pompe aspirante et foulante. — Elle se compose d'un ^ corps (Je pompe dans lequel se meut un pislon/j/oin. L!n luyuu d'as- MpifBlion plongeant dans le puisard est -^a ^Hntéàla partie inrérieure du corps ^^W^mpe dont il est séparé par une Wttptpe s'ûuvrant de bas en haut *nune dans une pompe aspirante.
A la Imse du corps de pompe prend "^wsûnco latéralement un tuyau de fïioulpinent qui porte à sa partie in- ■éneurc une soupape s'ouvrant de Imtcrii'ur à l'extérieur comme dans "M pompe foulante (fig. 203).
•juiind on soulève le piston, la sou-
l*pe <lf refoulement se ferme, la sou-
("1* d'aspiration s'ouvre, et l'air qui
*" «-ompris entre elle et le niveau de
""• 'Inns le tuyau d'aspiration se ré-
, ■'""' cil partie dans le ville formé au-
J*s»oujj ,j„ piston. En faisant jouer
[ "'*aniraont le piston, on élève l'eau
'■"^••aus de la .soupape d'aspiration Kig, wi.
pourvu que celte soupape ne soil pas à plus de tO^SS au-dessnsm niveau dans le réservoir.
Une fois la pompe amorcée, l'eau est poussée pendant la descenh du piston dans le tuyau de refoulement. On fait monter l'eau asseï haut dans ce tuyau pour qu'elle s'écoule par l'orifice de déversement A chaque descente du piston, il sort un volume d'eau égal au volunu du corps de pompe. ^Ê
263. Presse hydraulique. — Elle se compose d'une pompe aspirante et foulante qui extrait l'eau d'un réservoir inférieur R et U pousse par un tuyau dans un cylindre à parois résistantes A où st meut un large piston métallique terminé supérieurement par un pla-
Bf
Fig. 204.
teau C. Le large piston F étant descendu par son poids jusqu'au fom du cylindre, on fait fonctionner la pompe : la pression exercée pai le piston p se transmet à la face inférieure du piston P, et l'oblige i s'élever ; les matières à presser sont comprimées entre le plateau ( et une plateforme fixe E (fig. 204). Quand la compression a éU exercée, on fait écouler l'eau par un robinet à vis placé sur le Iraje du tube, le piston P redescend au bas du cylindre. Pour éviter que h pression ne dépasse la résistance des parois, l'appareil est muni d'un( soupape de sûreté conique réglée par un poids et s'ouvrant lorsque h pression a atteint une limite fixée à l'avance. ^M
264. Calcul de la pression. — La tige du piston p de la pompe es mise en mouvement p.ir un levier mobile autour d'un point fixe o voisin de li
PESANTEUR
tigri. SuppoAOns que la distance du point de l'application de l'eflbrt au point Gif o «oit <^gale à 10 fois la dislance 06 du ])oint fixe au point d'articalitivn lie la tige. D'apr(>s la théorie du levier (61), un effort de 30 kilos a]ipii(|ij« en l équivaut à «u efTort de 30.10 ou 300 kilos en h.
D'tulrc part, en vertu du principe de la transmission des pressions (143), lilticctiun S du large piston est 100 fois plus grande que la section s du pillou lie In pompe, une pression de 300 kilos exercée sur la lète du petit piilvu produira une pression de 300.100 ou 30 000 kilos sur le large piston. On pijurrn donc, avec un effort de 30 kilos en l exercer une (ircssion de 30000 kilos en C.
Lo chemins X et X' parcourus par le petit et le grand piston sont en raison ÎBH'rjc clc leurs sections, car le volume d'eau qui pénétre dans le large c^liudrc est égal au volume déplacé par le petit piston :
»X = s», , il ou T- = -r
D«TO> noire exemple, le grand piston ne s'élèvera que de 7-r de millimètre
poornoe course de 1 centimètre du petit. Si p est la pression exercée par mité de «urfacc, ps sera la pression exercée ^lar le petit piston et pS la C**»'iiu re<;ue par le grand pi.tton. Le travail dOpensé est ps'/., le travail (""luit est pSX' ; CCS travaux sont égaux (conformément au principe de la ■*wn-ation de l'énergie), puisque jX = SX'. La presse hydraulique permet > ^nsrcer de grands oITorts, mais le déplacement est extrêmement lent. On f*'^ «» titeate ce que l'on yagnc en fûrcc.
385. Cuir embonti (Gg. 205). — Pour empêcher l'eau de s'échap-
jweiilri' les parois ilu cylindre et celles du piston, on entoure le
M'islon d un cuir embouti, anneau de cuir flexible, ayant la forme
l '** goattière renversée, qui est logé
Une rainure circulaire 77' pratiquée
la paroi du cylindre (Kg. 20i). Sous
iinlliience de la pression, l'eau s'infiltre
•"o le cylindre et le piston, mais elle , •' . Fig. 205.
*neini dans la concavité du cuir em-
ouU el le force ù s'appliiiuer d'une pari contre le piston et d'autre rt coulre les parois du cylindre. La fermeture est d'autant plus
Derntctique (jue la pression est plus considérable, ^vani que l'ingénieur anglais Bramah eût trouvé en 1796 ce moyen
' wiltT les fuites, la presse hydraulique n'avait pu être utilisée. ^ complète la presse hydraulique en ajoutant : un manomètre
"•"■ ttiosurer la jiression obtenue ; une vis latérale qu'on engage len-
^""■«il dans le liquide du cylindre A pour augmenter la pression **«''C"Se par le piston C.
COUHS DE PHYSIQUE
266. Applications. — Les applications industrielles de la presse hydraulique sont nombreuses ; citons le foulage des draps, la compression des graines oléagineuses pour la fabrication des huiles, l'extraction du jus de la pulpe de betterave, la compression de substances encombrantes telles que le coton et le foin, l'essai des chaudières des machines k vapeur, etc.
Applications. — 1* Quelle est la plus grande hauteur A à laquelle uo liquide de deniitti 1,5 pnurru dire porté par un siphon quand le mercure «e tient à 76 centimètret? Poids tpécifii|uedu mercure, 13,6.
2* Le tuyau d'aspiration d'une pompe a t mitres de haut et 3 cenlimétres carrés de section ; la ix^clion du corps de pompe est égale & 200 centimètres carrés. Quelle doit être la hauteur h du corpti de pompe pour que, au preniii-r coup de piston, l'eau s'éUve au sommet du tuynn d'aspiration? Pression exti'ricure, 'U.
y he corps de pompe d'une poropo aspirante a une longueur de 40 cenliniMres, n hase iufériKure est à 6 mètres de la surface du ri^servoir, la section du tuyau Mt
- de celle de la section S du corps de pompe. Quelle sera la hauteur de l'eau dAM I*
toyau après qu'on aura soulevé le pistou? Hauteur haromi'trii|ue, 76.
4» Une pipette cylindrique de 2.i centimètres do hauteur e»! plongée de 20 cantimitre< dans le mercuro. On lu {orme avec le itoigt ù »a partie supérieure et on la sort dn murcure. Qunlle hauteur occupe le liquida qui reste quand l'écoulement sarrâte? Hautsor barumvtrii|ue, 75,
,S* I.e large piston d'une presse hydraulique a an rayon de 5 centimètres : quel doil être le rayon du piston de la pompu pour qu'un effort du 20 kilogrammes eiercé sur la long hras du levier transmotte une pression de iûOU kilogrammes? Le rapport des bras da levier de la pompe est 4.
HISTORIQUE
267. Notions de mécanique. — Le principe de l'inertie et le principe de l'indépendance des effets des forces sont dus à Galilée. Newton a énoncé ces deux |irincipcs sous leur forme actuelle et y a ajoute le principe de l'égalito de l'action et de la réaction. Desc<irtes est le premier qui a présenté une déiinition précise du travail mécanique; enfin, c'est à Leibnilz que nous sommes redevables de la notion de la force vive et du théorôme de l'équivalence de la force vive et du travail. ^H
Pesanteur. — Les premières recherches sur le centre de gravité sdP dues ù Archimèile qui détermina géométriquemen idans plusieurs cas particuliers la position du centre de gravité d'un corps Itamogënc. ^H
Les lois de la chute des corps ont été découvertes par Galilée. En faiaflB tomber du haut de la catliedrale de Pise plusieurs sphères de volumes égaux, mais de poids différents, il vit que toutes arrivaient au sol à peu près en même temps; il attribuait t la résistance de l'air les retards observés dans le mouvement des moitis pesants. Pour trouver la loi des espaces, il substitut à. la chute directe suivant la verticale la chute très ralentie le long d'un pla incliné.
PESANTEUR
I.ololsHu pendule sont également dues à Galilée. Il découvrit la loi de l'iMchroniime en comptant les oscillations d'une lampe suspendue h la •oOle d'imc église. 11 vil que le nombre des oscillations restait constant '"•lifré le décroissement graduel des arcs décrits.
Liilrtermination de l'intensité de la pesanteur par le pendule a été pro-
P'^v pu llaygens, elle fut appliquée pour la première fois par Borda à
Pvii C'est aussi a Huygens qu'on attribue l'idée d'appliquer le pendule à
l* (Vçulaiion des horloges.
Kipler avait reconnu l'attraction des planètes par le soleil ; Newton
I WRDuJa ta loi de la trravitation universelle et démontra que la pesanteur en
(«f im ca« particulier, en faisant voir que l'attraction exercée par la Terre
Icurik Liuiit? était précisément égale à la pesanteur terrestre, réduite suivant
> 'oi de la raison inverse du carré des distiuices.
HjrdroBt&tiqae. — Le principe de la transmission des pressions fut pour il* première fois nettement exprimé par Paxcal qui donna en même temps Tiiléfr «Id lu construction de la presse hydraulique.
NiJtri; démonstration expérimentale de la loi de la pression exercée par un
udc pt'siuu sur le fond du vase qui le renferme (130) est celle de Pascal.
lui et la loi des pressions latérales avaient été énoncées antéricure-
nent ^ti Slevin, savant flamand auquel on doit aussi la régie du parallélo-
I gramme dei» forces.
^rthimtde avait trouvé la valeur de la poussée exercée de bas en haut sur im Corps pionv'é dans mm liquide et eu avait déduit plusieurs conséquences,
Kécanique des gaz. — Galilée démontra la pesanteur de l'air en Ifi-SS en pcani un ballon de verre d'abord plein d'air pris dans l'atmosphère, puis '' wr Comprime ; il observa une au^menlatiLin de poids.
'•1 16W, lorrieelli réalisa l'expérience du baromètre et en donna l'expli- «tion conrinnéc par Pascal en 16-46 dans l'expérience du Puy-de-Dôme. Ce "" ** découverte de la pression atmosphérique.
"• loi de la com[iressibilité des gaz, énoncée & peu près en même temps pw Boylc en Angleterre et par Mariotte en France (1670) est encore démon- '■^c JaiLs les oours & l'aide des dispositions expérimenlalos imaginées par te. lh'»pretz montra en 1827 que les gaz facilement liquéfiables se comit plus que l'air. Les expériences Je liegnanlt (18-i5) et d'Atnagat ''880| ont fait voir dans quelles limites la loi de Mariotte pouvait être regarda*** (X)fflin« ris^oureuse.
^ft^ ers 1650, Otco de Guèricke, bourgmestre de Magdebourg, invente la pre-
^^|H^ machine pneumatique. Pesant un grand ballon successivement plein
^^^HFct Vide, il confirme la pesanteur de l'air déjà établie par Galilée. Il cxé-
'" ''«ipérience de» hémisphères de Magdebourg.
^*'!/te fit mouvoir le piston a l'aide d'une crémaillère et d'une roue dentée.
^"*** Papin emploie deux corps de pompe au lieu d'un. Imagine la platine,
^^^'•ue aux robinets des machines antérieures des soupapes qui s'ouvrent
forment alteruativement par le jeu même de l'appareil.
"* pompe foulante est décrite dans la pneumatique d'Héron d'Alexandrie;
y trouve aussi le siphon, la pipette. La théorie du siphon est due à Patcal.
CHALEUR
