La vapeur
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La vapeur

La vapeur d'eau est l'intermédiaire le plus utilisé pour transporter la chaleur au sein d'un complexe industriel et pour convertir l'énergie thermique en énergie mécanique ou électrique.

Elle est facile à produire et à utiliser en toute sécurité (non toxique et ininflammable).

Elle est le plus souvent produite dans une installation de combustion, mais peut aussi être produite en refroidissant une flux de procédé chaud.

Son contenu énergétique à volume identique est supérieur à d'autres fluides; les canalisations de transport seront donc plus petites.

On obtient par condensation de la vapeur des transferts thermiques plus faciles, ce qui conduit à des échangeurs de plus faible surface.

La vapeur doit être générée et transportée à la pression la plus élevée possible pour réduire le diamètre des tuyauteries.

Elle doit être surchauffée pour éviter la condensation en ligne.

Applications thermiques

La majeure partie de l'énergie libérée par la vapeur se produit au cours de sa condensation. C'est aussi la condensation qui produit le transfert thermique le plus efficace. La vapeur saturée est donc préférée pour alimenter les échangeurs de chaleur. Si la vapeur disponible est surchauffée, une désurchauffe est possible par injection d'eau.

La température de condensation varie avec la pression à laquelle est s'opère. Elle est indépendante des conditions de production de la vapeur. La pression de condensation est le principal paramètre permettant d'ajuster la puissance de chauffage d'un échangeur. On utilise pour cela soit un détendeur mécanique si la précision nécessaire est faible, soit une vanne de réglage asservie pour plus de précision.

Le liquide formé (condensats) doit être évacué seul (sans que de la vapeur ne s'échappe).
Pour cela on peut utiliser:
- un ballon de réception équipé d'une mesure de niveau et d'une vanne de soutirage dont l'ouverture permet de maintenir le niveau constant
- plus simplement un purgeur

Les condensats amenés derrière le purgeur à une pression inférieure, peuvent libérer de la vapeur.
L'écoulement dans la tuyauterie, par la perte de charge qu'il crée, peut générer une contre pression dont on doit tenir compte dans le dimensionnement du purgeur

Applications mécaniques

La vapeur est souvent utilisée pour son énergie mécanique:
 - pour entraîner des pompes ou des turbo-alternateurs au moyen de turbines.
 - dans des éjecteurs pour faire le vide dans des capacités

Ces usages abaissent fortement l'enthalpie contenue par la vapeur et peut provoquer sa condensation partielle. Les gouttelettes d'eau produites et animées d'une grande vitesse provoque des érosions dramatiques sur les équipements. Afin d'éviter cela, la vapeur utilisée dans ces applications doit être surchauffée.

Table de propriétés de la vapeur

La table ci-dessous présente les principales propriétés utiles de la vapeur d'eau à saturation.
 - Température d'ébullition de l'eau et de condensation de la vapeur à la pression
 - Enthalpies de l'eau liquide à son point d'ébullition
 - Enthalpie de vaporisation et de condensation de la vapeur
 - Enthalpie de la vapeur à son point de condensation
 - Volume spécifique de la vapeur saturée

Ces valeurs ont été calculées à l'aide de la bibliothèque de calcul CoolProp en conformité avec les recommandations IAPWS-95.
Une feuille de calcul de tableur permettant de retrouver l'ensemble des propriétés de la vapeur est disponible ici.




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