Source thermique

“ Pour être complète, l'étude d'une machine thermique doit aujourd'hui s'appuyer sur les principes de la théorie mécanique de la chaleur, aussi nécessaire aux ingénieurs que l'est celle de la résistance des matériaux. ”

“ Si la série des opérations de dilatation et de compression du milieu, auxquelles répondent les deux états extrêmes du gaz auxquels se rapporte l'égalité ci-dessus, ont commencé alors que les molécules se trouvaient au contact, ou, par le fait, au repos absolu ou sans énergie thermique de translation, la température t, dans le premier membre de l'égalité, n'est autre que la température absolue T, à
laquelle le milieu se trouve amené définitivement. ”

“ 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. ”

“ Ce qui nous amène à penser que l’énergie thermique présente dans une masse d’eau par exemple apparaîtrait à un grossissement suffisant comme une somme d’énergies potentielles et cinétiques en transformation réciproque incessante, et réparties, selon un régime permanent fixé à chaque température, entre un nombre immense de systèmes excessivement petits. ”

“ Ce flux d'énergie, qui maintient l'état d'équilibre dynamique des milieux, répond exactement au flux de chaleur qui, dans la théorie de l'équilibre thermique de l'atmosphère moléculaire, considérée comme centre de refroidissement, vient, des limites extrêmes du milieu général ambiant, se concentrer sur la molécule et faire équilibre à la perte constante de chaleur subie par l'atmosphère centrale. ”

“ Alors le régime naturel d’aération que nous venons de décrire — régime que l’on peut appeler thermique comme étant engendré par les différences de température, et qui aurait pour effet d’engendrer et de maintenir une ventilation plus ou moins active de l’extrémité plus basse à celle plus élevée — peut être complètement troublé. ”

“ 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. Par exemple la fusion de glace peut être achetée par le refroidissement d’une masse de mercure qui passe de la température de l’eau bouillante à celle de la glace fondante, sans autre répercussion. ”

“ 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.) . ”

“ Nous ne saurions pas au reste faire cette analyse dans le cas d’un solide, disons du cuivre, dont la température s’élève et qui de ce fait emmagasine de l’énergie thermique.
44. Énergies chimiques. — Plus généralement, nous avons vu (31) que tout changement efficient d’un système peut s’obtenir en faisant pénétrer dans ce système à la fois de l’énergie mécanique (travail ou énergie cinétique) et de l’énergie thermique (chaleur) . ”

“ Cet accroissement de pression intérieure du milieu peut résulter d'un accroissement de température du gaz sous volume constant. Nous supposerons qu'il en a été ainsi, et nous chercherons à apprécier l'accroissement de la force qui tend à rapprocher les molécules du milieu gazeux.
Si la température du gaz. en équilibre s'est relevée d'une quantité représentée par t°, sans changement de volume, l'énergie thermique de la molécule s'est accrue d'une quantité E cat, en même temps que son énergie potentielle ou de tension s'est affaiblie d'une valeur égale. ”

“ La surface léchée par les gaz de la combustion ou surface de chauffe indirecte a un pouvoir de transmission moins élevé. On s'efforce de la développer le plus possible avec le minimum d'encombrement, de façon à bien absorber la chaleur des gaz. ”

“ Dans le cas où le fluide que l'on chauffe est un gaz ou une vapeur qui ne se condense pas, la température du métal est, sensiblement, la moyenne entre la température des produits de la combustion et celle du fluide que l'on chauffe. ”

“ L'application des principes de la théorie nouvelle de la chaleur aux gaz permanents ainsi considérés est d'une extrême simplicité. La totalité de la chaleur qu'ils reçoivent du dehors est employée à élever leur température ou est convertie en travail mécanique extérieur. ”

“ Ensuite nous nous occuperons des phénomènes de la combustion : tous les facteurs qui y influent doivent être étudiés pour leur donner leur valeur numérique.
L'emploi de la chaleur produite demande ensuite la détermination de la chaleur spécifique de tous les corps qui entrent dans le haut-fourneau pour des températures élevées, la chaleur latente et celle de combinaison ainsi que les volumes des matières, et la résistance de la colonne de fusion au courant de gaz ascendant. ”

“ Pour transformer d'une manière continue de la chaleur en travail, le corps homogène dont l'expansion sous pression développe le
travail externe prend de la chaleur à la source chaude, en cède à la source froide, et revient à son état primitif, ayant transformé en travail, au plus, l'excès de la chaleur prise à la première source sur la chaleur cédée à la seconde. ”

“ Les foyers, ayant pour but essentiel la production de la chaleur par la combustion, doivent être conduits de manière à obtenir une combustion aussi parfaite que possible. C'est la première condition pour utiliser la puissance calorifique du combustible et réduire par conséquent la consommation au minimum. ”

“ Les conditions, dans lesquelles se développent, se transforment ou se conservent les énergies thermiques, sont, au contraire, absolument différentes, pour les milieux liquides et pour les milieux gazeux. ”

“ Désormais, nous devrons donc ranger la chaleur parmi les principes constituants de la vapeur d’eau. La chaleur, on ne l’obtient qu’en brûlant du bois ou du charbon ; la vapeur a donc une valeur commerciale supérieure à celle du liquide, de tout le prix du combustible employé dans l’acte de la vaporisation. Si la différence de ces deux valeurs est fort grande, attribuez-le surtout à la chaleur latente ; la chaleur thermométrique, la chaleur sensible n’y entre que pour une faible part. ”

“ Ce principe de l'équilibre des couches fluides trouve de nombreuses applications dans l'industrie : séchoirs, ventilateurs, aérage des puits de mines, calorifère, chauffage à l'eau, etc., etc. Presque toujours il s'agit d'établir l'équilibre par le mélange de couches d'air de densité ou plutôt de température différente. ”

“ 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. ”

“ Enfin il faut bien noter que, dans le chauffage d'un métal, on peut produire dès transformations allotropiques ou des réactions qui absorbent de la chaleur et de ce fait prolongent singulièrement le chauffage, lorsqu'on veut avoir une température régulière dans toute la masse métallique. ”

“ Chauffage. La puissance calorifique d'un combustible est représentée par le nombre d'unités de chaleur produites par la complète combustion de sa substance. Principes de Welter. Chaleur produite par divers combustibles à Paris. Le prix de 1000 unités de chaleur, produites par la houille, est de 0,0072 ; par le coke, de 0,0097 ; par le bois, de 0,047 ; par le charbon de bois, de 0,026. — Combustible dit charbon de Paris, p. 27. Ventilation. Documents théoriques fournis par la respiration. — Eclairage. Il agit comme la respiration ; il prend de l'oxygène et rend de l'acide carbonique. ”

“ 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. ”

“ La puissance d'un appareil de chauffage est directement liée à la quantité de combustible que l'on peut brûler dans le foyer, et cette quantité dépend ellemême du tirage de la cheminée, c'est-à-dire du poids de gaz qu'elle peut appeler et par conséquent de sa section et de sa hauteur. ”

“ Avant de terminer ce qui est relatif à la combustion du gaz il nous reste à formuler notre opinion sur la production de chaleur qui dérive de sa combustion, en même temps que sur son utilisation par rapport aux moyens employés et aux appareils existant dans l'industrie. ”

“ L'appareil producteur de chaleur dans un calorifère à air chaud se compose essentiellement de deux parties : le foyer, dans lequel se produit la combustion du charbon, et la surface de chauffe, dans laquelle on fait circuler les gaz de la combustion, qui transmettent leur chaleur, au travers des parois métalliques, à l'air qui circule à leur contact. ”

“ Lorsque la pierre a touché le sol, l'énergie qu'elle possédait en tombant se transforme en chaleur; chaque kilogrammètre d'énergie ou de travail qui disparaît est remplacé par une certaine quantité de chaleur ; de même, comme nous le constatons chaque jour dans nos machines à vapeur, chaque kilogrammètre de travail produit remplace une certaine quantité de chaleur qui disparaît. La chaleur n'est qu'un mode de mouvement, comme la lumière, le magnétisme, l'électricité, l'affinité chimique. L'énergie industrielle répandue dans l'univers nous apparaît ainsi sous des formes diverses. ”

“ 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. ”

“ Si deux barres métalliques de dimensions égales, mais formées de substances différentes sont couvertes d’un même enduit qui puisse leur donner une même conducibilité extérieure, et si elles sont assujéties, dans leur extrémité, à une même température, la chaleur se propagera plus facilement et à une plus grande distance de l’origine dans celui des deux corps qui jouit d’une plus grande conducibilité. ”

“ Ce tableau montre que tous les métaux ont une capacité beaucoup plus faible que celle de l'eau pour la chaleur, et comme les corps qui absorbent le plus de chaleur pour un accroissement donné de température sont aussi ceux qui en restituent le plus pour un abaissement égal, on voit combien les réservoirs et les récipients d'eau chaude sont convenables pour produire un chauffage régulier, malgré les irrégularités du feu. ”

“ On voit que l'humidité exerce une influence considérable sur la puissance calorifique des bois ; mais elle a, pour certaines applications, un inconvénient plus grave.
La vapeur produite s'ajoute au poids des gaz de la combustion, et la température obtenue est plus basse, parce que la. chaleur dégagée se répartit sur une masse plus grande. ”

“ Généralement, les gaz chauds sortant du four circulent verticalement de haut en bas, tandis que l'air monte soit en entourant les tubes traversés par les produits de la combustion, soit en passant par des couloirs horizontaux en céramique qui sont léchés extérieurement par les gaz chauds ”

“ Dans tous ou presque tous nos appareils modernes, on s'est efforcé de résoudre ce problème : Utiliser le plus complètement et le plus économiquement possible la chaleur dégagée en bridant les combustibles proprement dits. ”

“ Quand il y a plusieurs appareils de chauffage, déversant les produits de la combustion de leur foyer dans une cheminée unique, la section des carneaux, pour chacun d'eux, doit être déterminée proportionnellement au volume des gaz qui doit y passer ou, ce qui revient au même, au poids de combustible brûlé dans chaque foyer correspondant. ”

“ Cependant il est aisé de sentir combien ces nouvelles théories sont essentielles aux progrès de l'art de chauffer : ce sont elles, en effet, qui nous enseignent pourquoi l'air atmosphérique est indispensable à la combustion; comment les gaz se trouvent engagés dans les corps; la nature et les propriétés des combustibles, etc., etc.; elles nous font connaître la chaleur et ses principaux caractères ; et les observations multipliées auxquelles des expériences journalières donnent lieu, étendent la sphère des connaissances physiques et chimiques dont tous les arts profitent. ”