Régulation thermique

“ 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 les systèmes par vapeur à basse pression et par l'eau chaude à basse pression, le réglage à la main du robinet provoque même à la chaudière une régulation automatique de l'énergie de la source de chaleur, puisque, si le radiateur est fermé en tout ou en partie, la pression de la vapeur, ou la température de l'eau chaude, tend à s'élever, et le régulateur automatique de combustion agit immédiatement pour rétablir l'équilibre. ”

“ 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. ”

“ 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. ”

“ L'équipement thermique
17. — L'énergie thermique. — Les moteurs thermiques sont actionnés : — soit par la force d'expansion de la vapeur d'eau (machines à vapeur) ; — soit par l'explosion de gaz ou du pétrole (moteurs à explosion) . En outre, il existe des accumulateurs thermiques ou de vapeur (types Rateau, Ruths, etc.) .
Section première
Machines à vapeur
18. — Chaudière. — La vapeur est produite par le chauffage de l'eau dans une chaudière (dite générateur de vapeur) , récipient rempli d'eau partiellement et chauffé par un combustible (charbon, bois, etc.) . ”

“ En fait, dans la pratique industrielle courante, on crée sur place l’énergie thermique nécessaire, au contact des parois externes de la chaudière, au moyen d’un foyer qui l’entoure, dans lequel on réalise la combinaison chimique d’un combustible avec l’oxygène de l’air : l’énergie potentielle chimique qui disparaît dans la réaction se transforme en fournissant l’énergie thermique désirée. ”

“ 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. ”

“ Elle suppose la connaissance des caractéristiques à toutes les températures de travail, la zone thermique intéressée pouvant avoir une grande étendue, comme pour les moteurs d'aviation celle de la limite élastique aussi réelle que pos sible, afin que l'on puisse déterminer un taux de sécurité avantageux sans être illusoire. ”

“ Maintenant que le chauffage par l'eau chaude tend à prendre un grand développement en France, et à se substituer au chauffage par la vapeur à basse pression que l'extrême recherche du bon marché a discrédité, il est à souhaiter qu'un bon régulateur soit créé, qui donne complète sécurité de marche. ”

“ Il semble, tout d'abord, que la chaleur agissant directement dans une cheminée, le rendement doit être plus grand que pour les appareils mécaniques où elle n'agit que par l'intermédiaire de la vapeur produite dans une chaudière, puis d'une machine et enfin de transmissions. Mais, quand on pense à la grande quantité de chaleur perdue par les gaz s'échappant au sommet des cheminées, on conçoit que, malgré tous ces intermédiaires, les appareils mécaniques puissent avoir un rendement supérieur, et c'est en effet ce qui a lieu dans la plupart des cas. ”

“ La Terre elle-même contient d’énormes réserves d’énergie thermique. Mais le second principe de la Thermodynamique nous apprend que la transformation de cette énergie en travail ne peut être obtenue qu’en mettant à profit les différences de température qui peuvent exister entre diverses portions de cette réserve, et les écoulements spontanés de chaleur qu’elles provoquent. Ces différences de température sont rarement assez grandes et assez stables, entre masses importantes voisines, pour permettre l’installation de machines dans des conditions pratiques. ”

“ Dans les installations importantes de chauffage par la vapeur, qui comportent une certaine quantité de thermostats, de valves électro-pneumatiques et de robinets réglés, on pourrait craindre que le régulateur ordinaire de combustion et de pression ne soit pas assez sensible pour fermer instantanément l'entrée d'air sous la grille et le registre de la cheminée. ”

“ Enfin, ajoutons que le régulateur n'est applicable qu'aux chauffages par la vapeur détendue, et ne peut compléter ni une installation de calorifère à air chaud, ni de vapeur à basse pression ou d'eau chaude.
Nous préférons de beaucoup les systèmes de réglage qui agissent individuellement sur chaque radiateur, et permettent de diminuer sa puissance de chauffage, quand la pièce qu'il chauffe est à une température suffisante, sans modifier le chauffage des autres pièces, dont la température est peut-être trop basse. ”

“ Lorsqu'on doit transporter la chaleur à distance, dans des conduits ou des tuyaux, par un courant d'air chaud, d'eau chaude ou de vapeur, il importe, pour réduire, dans le transport, les pertes de chaleur qui tendent toujours à se produire, sous l'action refroidissante du milieu ambiant, d'entourer ces tuyaux d'une enveloppe de corps mauvais conducteur de la chaleur. ”

“ Quand on veut régler directement le chauffage d'un radiateur, on place le thermostat dans la pièce chauffée, et on fait agir le régulateur sur le robinet d'admission de vapeur ou d'eau dans le radiateur. 1 On comprend, par ce qui précède, que le système de thermostat et
régulateur Powers s'applique surtout à un réglage d'ensemble d'un chauffage à air chaud, eau chaude ou vapeur, mais qu'il devient encombrant et coûteux si on veut régler isolément le chauffage de toutes les pièces. ”

“ 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. ”

“ Une autre condition spéciale aux appareils de chauffage, c'est la facilité des nettoyages. Les gaz de la combustion, en circulant dans les conduits, déposent des cendres, de la suie, qu'il faut pouvoir enlever à temps pour ne pas gêner la marche de l'appareil. D'un autre côté, les matières chauffées, l'eau des chaudières à vapeur par exemple, donnent souvent lieu à des dépôts, des incrustations qu'il est encore plus important de pouvoir enlever facilement. Nous verrons dans l'étude des appareils que cette nécessité a conduit à des dispositions fort intéressantes. ”

“ Il est impossible de bien comprendre l'étude des appareils de chauffage sans avoir une notion précise des lois physiques qui régissent la production et la transmission de la chaleur. Aussi un ouvrage sur le chauffage doit-il être précédé d'une courte révision des phénomènes qui accompagnent la chaleur, et qui sont étroitement liés à son utilisation. ”

“ Les surfaces chauffantes étant en fer ou en fonte, métaux de capacité calorifique faible, le poids de matière étant lui-même aussi réduit que possible, le refroidissement des appareils de chauffage est très rapide, dès qu'on supprime l'admission de la vapeur. ”

“ Enfin un appareil de chauffage doit être fait dans le but de la plus grande économie de combustible, le foyer disposé au point de vue des formes et des dimensions de façon à réaliser la combustion aussi complète que possible, et le récepteur afin d'utiliser la plus grande quantité de la chaleur produite. ”

“ L'installation d'un appareil lourd et encombrant, comme une chaudière à vapeur par exemple, est très difficile, sinon impossible à une grande hauteur. Il y a de plus une perte de chaleur considérable à travers les parois de la cheminée parcourue par des gaz à une température très élevée, perte qui fait plus que compenser le bénéfice réalisé par un refroidissement plus complet au delà ”

“ La principale raison de ce fait est que la grande résistance que l'air et les gaz éprouvent pour aller du cendrier à la cheminée est celle qui leur est opposée par le clapet de réglage de l'entrée d'air, la grille, la couche de combustible, le régistre de fumée et la cheminée elle-même. ”

“ Pour utiliser la chaleur dégagée dans les foyers, il faut, comme nous l'avons déjà dit, la transmettre aux corps qui, sous son influence, doivent s'échauffer, se transformer ou se décomposer. Dans certains cas, notamment dans la plupart des fourneaux métallurgiques, cette transmission peut s'effectuer par le contact direct des gaz de la combustion; mais le plus souvent il est nécessaire d'établir des appareils intermédiaires qui laissent passer la chaleur tout en empêchant le contact des gaz. Ces appareils intermédiaires peuvent être désignés sous le nom général de récepteurs de chaleur. ”

“ Dans ces foyers, la condition du chauffage préalable des gaz est réalisée, comme dans les flammes des becs à gaz, par la chaleur même que développe la combustion, après la mise en feu que le foyer perpétuel a pour but de déterminer. La vitesse d'arrivée des gaz et de l'air doit être faible pour que la combustion ne s'effectue pas dans un espace trop restreint, ce qui aurait pour effet la concentration de la chaleur au lieu de sa dissémination. Pour assurer, autant que possible, le contact entre l'air et les gaz, il faut donner à ceux-ci un excès de vitesse, de façon à provoquer des remous. ”

“ Quand la température de la vapeur n'est plus nécessaire, on règle le régulateur pour diminuer l'intensité du feu, la vapeur contenue dans le réservoir 0 et les radiateurs se condense, l'eau redescend du tuyau d'échappement et du réservoir d'expansion, remplit alors la chaudière et les radiateurs indirects, qui fonctionnent en tout ou en partie comme -chauffage à eau chaude. ”

“ Le problème des applications de la chaleur aux opérations industrielles peut être énoncé comme suit : Étant donné un effet calorifique à produire, déterminer la nature du combustible à employer pour Le réaliser, le mode de combustion, ainsi que la forme et les dimensions de l'appareil de chauffage.
Le nombre de leçons dont nous disposons est beaucoup trop restreint pour que nous puissions traiter ce problème dans toute sa généralité. Nous nous bornerons donc à l'examen des points les plus importants, en insistant spécialement sur les appareils de chauffage et de ventilation des lieux habités. ”

“ Le réglage d'ensemble du système peut être fait depuis la chaudière, en faisant simplement varier la température de l'eau en circulation, au moyen de la manœuvre d'un organe très simple du régulateur, et sous le contrôle d'un seul employé, rendu responsable, et facile à surveiller.
L'eau étant moins chaude, tous les appareils chauffent moins, et, si les fenêtres sont ouvertes, l'augmentation de la combustion de charbon est beaucoup moins sensible. ”

“ CHAUFFAGE PAR LA VAPEUR A HAUTE PRESSION
Difficultés et emploi. — L'alimentation directe des
corps de chauffe par la vapeur à une pression de plusieurs kilogrammes présente deux inconvénients considérables : Haute température des corps de chauffe : Impossibilité de réglage de l'émission de chaleur.
Des difficultés d'exécution viennent compliquer la pratique de ce système: la nécessité de résistance des tuyauteries et appareils; la difficulté d'obtenir l'étanchéité des tuyauteries (sauf si l'on emploie la soudure autogène) ”

“ La cheminée est quelquefois remplacée, pour produire le mouvement des gaz, par un ventilateur ou un autre appareil d'aspiration ou d'insufflation.
Les appareils de chauffage, indépendamment des conditions générales de stabilité auxquelles toute construction doit satisfaire, sont soumis à des conditions particulières qui résultent de l'action de la chaleur et de la nécessité d'assurer un fonctionnement économique et régulier. ”

“ On peut perfectionner les fourneaux et les générateurs servant à produire la vapeur; et on peut aussi perfectionner la machine à vapeur afin qu'elle utilise mieux l'énergie que contient la vapeur d'eau. Les perfectionnements qu'il est urgent d'apporter à beaucoup de générateurs consistent dans un plus long parcours à donner aux gaz chauds, afin d'avoir un contact plus étendu avec les surfaces de chauffe, de façon à rejeter les gaz dans la cheminée à la plus basse température possible. On obtient ce résultat en ajoutant aux bouilleurs ordinaires, des bouilleurs réchauffeurs. ”

“ 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. ”

“ Les bons constructeurs doivent s'appliquer à - renvoyer dans l'appartement là plus grande somme de calorique rayonnant; à réduire au minimum l'air appelé pour une quantité donnée de combustible ; à alimenter la cheminée avec de l'air préalablement chauffé ; enfin, à utiliser une partie de la chaleur emportée par la flamme - et la fumée du combustible pour chauffer l'appartement. ”