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" Procédé et appareil automatique de calorimétrie pour la détermination du pouvoir calorifique supérieur ou inférieur des gaz et en particulier du gaz d'éclairage
Le présent procédé est basé sur le principe bien connu que la chaleur dégagée par une combustion quelconque est absolument indépendante des états intermédiaires par lesquels les éléments carburants et comburants peuvent être passés et ne dépend que de l'état initial et de l'état final.
Sur ce principe le procécé consiste : a) A réaliser une combustion complète du gaz dont
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on veut mesurer le pouvoir calorifique supérieur et ceci dans un premier calorimètre ; b) A provoquer la condensation de l'eau et le refroi- dissement des gaz provenant de la combustion, dans les conditions initiales de température et de pression des éléments carburants et comburants ;
c) A provoquer de nouveau, mais cette fois-ci élec- triquement, dans un second calorimètre, réchauffement du mélange gazeux à la marne que celle due à la combustion pré- cédente, la masure ,Les calories s'effectuant alorspar une mesure watt-métrique qui donne ainsi directement le pouvoir calorifique du gaz utilisé.
La mesure du pouvoir calorifique inférieur s'obtien- dra en évacuant l'eau de combustion à la suite de l'opération b.
L'énoncé même du principe calorimétrique du procédé met en évidence le fait que, disposant en dernière analyse d'une mesure électrique, l'ordre de grandeur des phénomènes peut être quelconque ; on est ainsi conduit à envisager une réalisation telle qu'en définitive les dimensions de l'appareil puissent être extrêmement réduites. On réalisera ainsi le maximum de chance pour obtenir un appareil sensible. Du point de vue industriel, le calorimètre automatique obtenu sera moins encombrant les calorimètres actuels facilement transportable et moins coûteux.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de l'appareil, en coupe schématique à la fig.l, la fig.2, étant une coupe horizontale suivant II-II de la fig.l.
Le premier calorimètre A1 comporte essentiellement une chambre de combustion C où aboutit le brûleur à gaz 13.
L'ensenble de est entièrement calorifugé, mais à la partie supériourede la chambre de combustion se trouve une résistance de contrôle x1 dont l'enceinte calorifugée extérieurement, enrobe deux jeux de résistance R1 et R'1 qui assurent, tout le long du flux des fumées, entre ce
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flux et le calorifuge, des surfaces rigoureusement isothermes.
La résistance x1 assurela mesure de la température T1 et ajuste l'effet Joule de la résistance' R'1, de telle Manière que la surface 'cylindrique en contact avec les gaz.dans la région considérée soit rigoureusement isotherme par rapport¯ à la température T1.
L'appareil de réfrigération et de condensation comporte un tube D muni intérieurement d'une hélice b et extérieurement d'ailettes c. Le tout se trouve dans une chambre d'éération S en vue de provoquer un refroidissement énergique des gaz traversant D.
Le tuyau D se termine par une partie hélicoïdale D1 noyée dans un aouraiit d'eau H d'une enceinte E, les flèches a indiquant l'entrée et la sortie de l'eau. C'est dans cette partie de l'appareil que l'on réalise la condensation de l'eau provenant de la combustion et que l'on assure les mêmes condi- tions initiales, d'une part, pour le carburant et le comburant et d'autre part, pour les .produits de la comhustion. En effet, deux autres tubes hélicoïdaux placés dans le même courant d'eau sont parcourus l'un par l'air F, l'autre par.le gaz G et le courant d'eau est suffisamment abondant pour que les trois éléments., air, gaz et produits de la combustion soient rigou- reusement à la même température.
Le second calorimètreA2 est semblable au premier.
Il comporte à la partie inférieure une- coupelle I.
Au-dessus de cette coupelle, des résistances r sont disposées clans une chambre J et sont parcourues par du courant électrique de telle façon que soit provoqué l'échauffement du mélange gazeux à une température finale T2 rigoureusement égale à la température T1.
Deux jeux de résistance Ret R'2 enrobées dans le calorifuge du calorimètre A2, assurent comme il est indiqué plus haut, tout le long du flux des fumées, entre ce flux et le calorifuge, des surfaces rigoureusement isothermes.
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L;t chambre J est surmontée pur un dispositif d'entraîne- ment de gaz K.
Le contrôle de la température T1 et la réalisation d'une
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couche de séparation lSOtlL'1:lCl:le entre la xi et le calorimctre r1 sozr réalisés de la fucon suivante : Les résistances xl et sont insérées dans un :'.,ont de \7heastone nt soumises au contrôle d'un galvanomètre qui envoi du courant par î'inie±w4diaire de contacts avYiliaires q-,..1" la résistance 2t gr.ce line source auxiliaire adéquate.
.'. chaque variai;ion e Tl de lé, te,npérature Tl cO:cresj)on- dra une variation ß xl de la résistance de contrôle x, et le galvanomètre manoeuvrera ses contacts auxiliaires dans le sens qui modifiera l'effet Joule provoqué dans la résistance R'1, de façon que la variation consécutive de la résistance R1
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rétablisse l'équilibre du ,noiat. L'6galité de !-',l et xl assure l'égalité des températures des résistances considérées.
On voit ainsi que la température du calorifuge suivra les variations de la température Tl de la résistance X1 et, par suite, il n'y aura pas d'échange de calories entre le
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malange gazeux et la partie supérieure du calorimëtre, soumise l'action de la résistance i 1. Ceci constitue une articula- rité de la méthode qui assure sa précision et sa sensibilité.
Le contrôle de la tet))pératuTa Tz et la réalisation d'une couche de séparation isothermique entra la résistance x et le calorimètre A2 résultent des moyens suivants :
Les éléments x2 et R2 rigoureusement identiques aux
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éléments Xiet 211 réagiront 'de la fugon aux variations de température T2 du mélange gazeux échauffé dans le second calorimètre ci; réaliseront l'isothermisme de la coucho de
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séparation ainsi qu'il a été dit pour la teél1:pératul'6 T18
Enfin le contrôle des températures T1 et T 2 l'alimenta- tion des résistances r2 R'2 et la réalisation d'une couche
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i .othermiaue de séparation'entre les résistances R 2 ot le calorimètre A sont obtenus comme suit :
Les résistances x1 et x2 font partie l'une et l'autre
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d'un pont de Wheatstone comme il a été dit. De plus elles entrent dans la composition d'un troisième pont de Wheatstone dont le rôle est d'assurer l'égalité des tempéra'ures T1 et T2 en agissant de façon convenable sur le courant qui parcourt les résistances r2 du calorimètre A2.
Si, par exemple, la température T2 est inférieure à la température T1, le pont de Wheaststone est désiquilibré et provoquera une augmentation de l'effet Joule des résistances r2 ; le second calorimètre reçoit un apport de calories de télle manière que la température T2 atteigne la température T1.
On voit ainsi que l'apport de calories mesuré par un wattmètre contrôlant les résistances r2 ,est ajusté à chaque instant.
Afin de rendre isothermes les zones successives de passage des gaz dans le second, calorimètre, le contrôle des résistances r et r'2 sera assuré d.'une manière permanente de façon analogue au contrôle des résistances x1 et R1 ou des résistances x2 et Ra. On utilisera ici un pont du genre de Kelvin puisque les résistances r2 sont parcour@es par le courant principal dont la mesure fournira le pouvoir calorifique du gaz. On noted'ailleurs qu'on peut remplacer les résistances x1 x2 R1 R r'2 par des couples thermoélec- triques fournissant immédiatement les mesures des températures des veines fluides et des calorifuges.
Les résistances r''2 ont un rôle identique à celui des résistances R'1.ou R'2.
Il serait superflu d'insister sur les détails de réalisation qui s'imaginent aisément en fonction des dimensions de l'appareil.
Dans un tel appareil il est facile d'établir la formule donnant le pouvoir calorifique supérieur à pression constante 0 et 760mm de -mercure, soit PCS calories par m3. par m.
PV est la puissance mesurée par le watt-mètre ;
V est le débit du gaz traité en m3 par seconde ; p est la pression du gaz ;
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f est la tension de la vapeux d'eau à la température t; t est la température ambiante; [alpha] est le coefficient cle dilatation des gaz.
On aura :
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pas s Constante numérique x FV x 760 (1 t) ' (p -f)
PV indique donc directement PSC si l'on effectue au- tomatiquement la correction
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760 ( 1 t ) v ( p - f )
Un moyen convenable d'arriver à ce résultat consiste à appliquer la tension du chauffage aux borhes des résis.. tances r2, et à alimenter le fil fin du wattmètre ou du compteur électrique par une tension dépendant de la tension précédente et du coefficient
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1 t p - f
On montrera succintement comment on peut, à titre d'exemple de réalisation non limitatif, atteindre ce résul- tat, lequel exige de plus que les conditions initiales et finales dans le fonctionnement des deux calorimètres soient égales chacune à chacune et que le volume de gaz V soit ri- goureusement constant.
Pour les conditions initiales il a été indiqué plus haut le moyen de les rendre rigoureusement identiques.
Quant aux conditions finales elles sont exactement les mêmes puisque températures, débits, sections et par suite pressions-sont identiques à la sortie de chaque calorimètres
On observe que la circulation des gazdans lesdeux calorimètres, et l'identité des conditions initiales et finales exigent la présence, entre la sortie du premier calorimètre et l'entrée du second, d'un petit surpresseur
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commandé automatiquement par le compteur dez gas pénétrant dans le système et un régulateur qui s'imagine aisément.
Pour maintenir le volume constant, il suffit, par exemple d'utiliser un compteur tournant à vitesse constante, entraîné par un moteur synchrone ou synchronisé par un moyen quelconque.
Le dispositif permettant de réaliser'automatiquement-la correction :
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1 4. 00 t B - . ± peut être comme suit :
Il comprend, à titre indicatif, une première enceinte où il est introduit un gaz parfait, saturé d'eau quelle que soit la température de l'ambiance.(de l'air, par exemple).
Une seconde enceinte est soumise à la pression du gaz dont il s'agit de mesurer le pouvoir calorifique. Un joint hydraulique ou oléique assure la séparation des deux enceintes. Un flotteur sui les variations de niveau du joint hydraulique à l'inté- rieur de l'une des enceintes en fonction des variations de pression dans l'une ou l'autre des enceintes et modifie le rapport de transformation d'un petit transformateur.alimentant le fil fin du wattmètre. Le flotteur peut agir aussi sur un simple potentiomètre. Le fonctionnement en question est correct si la garde hydraulique n'introduit pas d'erreur appréciable.
On peut échapper facilement à cette correction du second ordre - en donnant une forme convenable à la cloison qui, plongeant dans le joint hydraulique, sépare les enceintes.
On vérifie aisément que la limite supérieure de l'erreur de l'appareil est nettement inférieure à 2%.