Perte thermique

“ Dans les appareils de chauffage munis d'un foyer, l'air est obligé de traverser une grille chargée d'une couche de combustible plus ou moins épaisse, et il éprouve, à ce passage, une résistance considérable qui se traduit par une perte de charge. ”

“ En second lieu, il y a la chaleur perdue par la transmission dans l'atmosphère à travers les parois du foyer et des carneaux où circulent les gaz de la combustion. A chaque surface S1, S2, S3, correspond en général une surface de refroidissement et une perte de chaleur qui dépend des températures, de la nature et des dimensions de la surface et des parois. ”

“ Un trop grand refroidissement empêche la combinaison; une température trop élevée pourrait produire la dissociation, mais cet excès n'est pas à craindre dans les foyers industriels.
Il suffit d'énoncer ces conditions pour comprendre qu'elles sont indispensables, et cependant il est bien peu de foyers industriels où elles soient complètement réalisées. Trop souvent une ou plusieurs d'entre elles sont négligées, et la combustion laisse à désirer ; une partie de la chaleur n'est pas dégagée et la perte peut être quelquefois très importante. ”

“ C'est ainsi que, dans tous les appareils avec introduction d'air au-dessus de la grille, une condition indispensable, pour réaliser une économie et même pour ne pas produire une perte, c'est de régler l'accès de l'air supplémentaire suivant l'état du foyer, et de l'arrêter quand les gaz combustibles se sont dégagés. Sans cette précaution, l'air, entrant à partir de ce moment en quantité trop considérable, refroidit les gaz de la combustion, augmente leur masse, et il se perd par la cheminée une quantité de chaleur qui en définitive diminue le rendement. ”

“ La même perte de force vive se produira lorsque l'orifice d'entrée dans la conduite ou dans la cheminée a une aire A' moindre que celle A de la section de la cheminée. C'est ce qui a lieu dans les appareils de chauffage, tels que les calorifères, dont l'orifice d'entrée est rétréci pour activer la combustion. La même perte de force vive se produit au passage de l'air chaud au-dessus du mur de l'autel, dans les fourneaux à réverbère, ou bien encore lorsqu'on abaisse les registres destinés à régler le tirage des foyers, etc. ”

“ Les phénomènes qui se produisent, dans l'écoulement par des tuyaux de conduite, sont encore plus compliqués pour la vapeur que pour les gaz permanents. Non seulement la vapeur éprouve une perte de charge par le frottement, et autres résistances, mais encore, quelles que soient les précautions prises, elle se refroidit, se condense en partie, ce qui produit une nouvelle perte de pression. ”

“ Les inconvénients, qui résultent du manque de gaz en certains endroits du périmètre et de son excès dans d'autres, sont souvent très-grands, et quelquefois l'air atmosphérique peut prendre la place du gaz. Un excès de pression entraine, comme nous l'avons déjà fait remarquer, une perte de gaz qui est nuisible de toute manière. ”

“ Comme pouvoir de transmission moyen de la surface de chauffe totale, on peut admettre pour une allure de combustion raisonnable, les valeurs suivantes : a) Chaudières sectionnées en fonte : 8.000 caloriesheure par mètre carré; b) Petites chaudières : 10.000 calories-heure par mètre carré.
Pertes et rendement des chaudières. — Il se produit dans toute chaudière des pertes de chaleur dont les causes principales sont : Perte par combustion incomplète (production d'oxyde de carbone) ; Chaleur entraînée inutilement par les fumées; Chaleur entraînée par les cendres et les imbrûlés ”

“ Dans nos cheminées modernes, plus perfectionnées sans contredit, le chiffre de la chaleur utilisée est si minime, que beaucoup, en le lisant, se montreront incrédule? Ainsi, il résulte d'un très-beau travail de M. Grouvelle que, dans les différentes industries qui se servent d'appareils d'évaporation, la perte de chaleur est de 50 pour 100; dans le travail des métaux, verreries, porcelaines, etc., de 95 pour 100; dans le chauffage des cheminées d'appartement, de 97 pour 100; et dans celui des poêles et calorifères bien construits, de 50 pour 100 seulement. ”

“ Dans la nouvelle édition de son livre (1865) , M. Hirn cite (p. A6) de nouvelles expériences, desquelles il résulte que, pour une même quantité de travail produit, il y a toujours la même quantité de chaleur détruite, et que, quelle que soit la manière dont travaille une machine à vapeur, que ce soit avec détente ou non, avec vapeur saturée ou avec vapeur surchauffée, on trouve toujours une proportionnalité exacte entre le travail rendu par le moteur et la perte de chaleur qu'éprouve la vapeur en passant de la chaudière au condenseur. ”

“ Dans un fourneau de chaudière, il y a perte de chaleur pour plusieurs motifs dont voici les principaux : 1° Parce que la combustion et le chauffage se font en un même lieu ; 2° Parce que la combustion du combustible est incomplète à cause de l'insuffisance de la quantité d'oxygène nécessaire pour transformer le carbone en acide carbonique; 30 Par l'emploi du tirage naturel qui emporte dans l'atmosphère les gaz de la combustion non complètement refroidis ”

“ Bref, quel que soit le genre de l’enchaînement entre un changement mécanique et un changement thermique, on retrouve toujours prix égal pour résultat égal : il y a équivalence des enchaînements possibles, comme entre changements mécaniques et comme entre changements thermiques, ou encore :
Aucun dispositif n’est plus avantageux qu’un autre pour acheter de la chaleur avec du travail. ”

“ Dans le foyer, il y a des températures très diverses, toutes supérieures à celle de la paroi de la chaudière, et dont certaines sont extrêmement élevées, aux points mêmes où se produit la combustion et dans les flammes auxquelles elle donne naissance. Ces températures n’ont rien de commun avec celle de la source thermodynamique, à laquelle le fluide emprunte l’énergie thermique exigée pour son évolution. Nous avons d’ailleurs évité ce malentendu en définissant (§ 9) la source chaude comme constituée par les parois de la chaudière. ”

“ Le chauffage par les poêles à air chaud donnerait lieu à une perte de chaleur (1) cinq fois plus forte et il aurait, de plus, de graves inconvénients : dessèchement de l'air, introduction de fumée, de suie, de cendres; nettoyages salissant toutes les plantes, chaleur trop intense et de trop courte durée, oxydes de fer ou condensations acides des gaz brûlés tombant sur les plantes, etc. ”

“ Avec l'air chaud, on peut, sans diminuer la consommation de combustible, réduire la hauteur du foyer, parce que ce gaz se combine plus vite avec le carbone que l'air froid. En outre, par la chaleur qu'il apporte, l'air chaud compense, en partie, la perte de chaleur qui a lieu par les parois du foyer.
DÉTERMINATION EXPÉRIMENTALE DE LA TEMPÉRATURE DES PRODUITS DE LA COMBUSTION.
58. Thermomètre à mercure. — Tant que la température des produits de la combustion est inférieure à 350° environ, on peut l'évaluer à l'aide du thermomètre à mercure. ”

“ Non seulement le rayonnement se disperse dans tous les sens , et une bonne partie de la chaleur passe par le tuyau ; mais le courant d'air qui se forme par l'alimentation de la combustion se perd aussi presque totalement par le même conduit. Cette perte d'air chaud a pour conséquence son remplacement par de l'air froid , qui pénètre par les fissures des portes et des fenêtres ; de là des courans d'air froid ou de la fumée, lorsque ces fissures ne présentent pas uue surface suffisante. Les vasistas à plaque mobile ou à moulinet augmentent la force des courans d'air froid. ”

“ Indépendamment des obstacles que l'imperfection des machines apporte au bon emploi de la vapeur à des pressions très élevées, il en est d'autres encore, relatifs à l'excès de perte de chaleur que l'on éprouve en raison de l'élévation de température, qui est la suite d'une grande tension. ”

“ La perte de poids fait connaître la quantité de gaz non combustibles, spécialement la vapeur d'eau.
On chauffe à nouveau, jusqu'à ce que tout dégagement de gaz combustibles ait cessé ; on laisse refroidir, on repèse et la perte de poids représente les éléments volatils. ”

“ Je n'ai pas à m'occuper des accidents provoqués par cette dernière cause et qui ne rentrent pas dans le cadre que je me suis imposé. Quant à ceux occasionnés par des gaz provenant de la combustion; j'en dirai quelques mots à propos du défaut de ventilation. Il ne me reste donc à étudier que les phénomènes dus à une température excessive.
Une chaleur trop considérable a bien évidemment sur l'économie une influence nuisible, quoique mal définie, parce que précisément elle n'a pas été dégagée des autres circonstances dont je viens de parler, et qui l'accompagnent toujours. ”

“ Symétriquement sont « moteurs » ou « négatifs » les changements thermiques (refroidissements, congélations, absorptions de radiation, etc.) qui enrichissent l’extérieur comme peut faire un abaissement de poids, étant capables, par exemple, de déterminer l’échauffement d’un corps « froid ».
23. Équivalence des enchaînements entre changements thermiques. — Un changement thermique a été défini comme pouvant être la cause ou l’effet d’un autre changement thermique, rien d’autre ne se passant. ”

“ Mais cette dernière dispo-
sition est mauvaise, parce que l'air entrant d'une pièce ne se mélange pas assez aux gaz et s'échappe par la cheminée avant d'avoir pu opérer la combustion.
287. Foyers à alimentation continue. — Lorsqu'on charge un foyer, ainsi que nous l'avons déjà dit, il s'introduit par la porte ouverte une énorme quantité d'air froid, même si l'on abaisse autant que possible le registre du fourneau. L'entrée de cet air occasionne nécessairement un grand abaissement de température du fourneau, et partant une forte perte de chaleur. ”

“ La perte de chaleur provenant du contact de l'air est indépendante de la nature de la surface des murailles ou parois, elle ne dépend que de l'excès de la température des parois sur celle de J'air extérieur, de la forme et des dimensions des parois extérieures et de la vitesse du vent ”

“ Quelle que soit la disposition adoptée dans les calorifères à air, il y a nécessairement
une déperdition considérable de chaleur toutes les fois que le trajet à parcourir par l'air chaud estun peu long. La perte est surtout fort grande lorsque les conduits ont un grand dianiètre et traversent horizontalement un sol toujours plus ou moins humide. ”

“ Mais comme, d'autre part, un excès d'apport d'air dans le foyer a pour conséquence de faire perdre sans profit pour le chauffage des pièces une quantité considérable de calorique qui s'échappe par le tuyau de la cheminée avec les gaz de la combustion, le problème consiste à régler cet apport de façon à ce que la quantité de chaleur perdue, ou, pour parler plus exactement, transformée en mouvement, soit juste ce qui est nécessaire au maintien d'un tirage régulier. ”

“ Il faut même remarquer que comme la perte par le refroidissement de la tôle de la chaudière augmente à peu près proportionnellement à sa surface totale, il arrive un moment où le faible
SURFACE TOTALE DE CHAUFFE. 549
accroissement de chaleur transmise par l'augmentation de surface ne compense pas l'accroissement de perte, et à partir de ce point le rendement diminue. Dans les conditions où nous sommes placés, cet effet se produit à partir d'une surface de chauffe S=55 s environ; la chaleur utilisée par mq (col. 9) devient négative et la perte s'accroît à mesure que la surface augmente. ”

“ Un grand nombre d'expériences qui ont été faites pour évaluer cette perte ont amené à ce résultat : que de la vapeur à 100° enfermée dans des enveloppes de tôle ou de fonte de fer exposées à l'air, éprouve un refroidissement qui est exprimé par la condensation de 1kg, 8o de cette même vapeur par heure et par chaque mètre carré de surface exposée à l'air.
La perte de calorique est d'autant plus grande que la vapeur est plus tendue ”

“ Bien entendu, n’est pas forcément égal au travail extérieur , ni à l’action thermique extérieure . Mais la somme égale à mesure aussi bien la répercussion extérieure du changement. Bref :
Tout changement peut se payer par une variation de niveau d’un poids, et par un échauffement d’un thermostat.
32. Mesure thermodynamique d’un changement. — Ainsi nous pouvons regarder comme résolue la question que nous nous étions posée : chaque changement efficient peut être payé par un travail (moteur ou résistant) et un échauffement de thermostat. ”

“ R. Des matières excessivement dures qui se forment sur les surfaces de chauffe, par l'action de la chaleur sur les dépôts salins (*) . Après une campagne on est quelquefois obligé d'employer le burin pour enlever ces incrustations.
101. D. Quels sont les inconvénients des incrustations?
R. Ils sont très-graves : 1° ces matières, étant très-mauvais conducteurs du calorique, empêchent la chaleur d'arriver à l'eau et causent ainsi une grande perte de combustible.
2° Par cette raison , la chaleur s'accumule dans les tôles , les rougit et quelquefois les brûle ”

“ Ainsi, pour maintenir notre corps à une température constante sous des climats fort différents et par des températures qui peuvent varier de plus de 100°, il est nécessaire de faire varier l'activité des combustions internes en proportion de la chaleur à fournir pour faire équilibre aux pertes dues au rayonnement du corps, et au contact de l'air plus ou moins froid et plus ou moins agité. ”

“ Le mieux serait de les abandonner. Mais la vue du feu, qu'on trouve gaie, est devenue chez nous un besoin, auquel on sacrifie le bien-être plus réel d'une température élevée. Aussi les architectes ont-ils cherché à perfectionner la cheminée en augmentant son rendement calorifique et en modifiant son mode de ventilation. Fréquemment, de nos jours, l'air- nécessaire au tirage et à la ventilation est introduit par des conduits spéciaux qui longent le foyer. On a ainsi
supprimé presque complètement les vents coulis, en même temps qu'on a diminué la perte de chaleur. ”