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Applications thermiques de la vapeur

Sommaire de la page:

Applications thermiques
Energie cédée par condensation
Table de propriétés de la vapeur

Voir aussi ...

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.

Que la vapeur soit utilisée pour le chauffage (application thermique) ou pour entrainer une machine (application mécanique), dans les deux cas l'énergie cédée correspond à la variation d'enthalpie de l'eau.

Dans la grande majorité des situations, l'usage de la vapeur pour le chauffage conduit à sa condensation. L'un des intérêts de la vapeur d'eau est la grande quantité de chaleur qu'elle libère en se condensant, comparée à celle libérée par un autre fluide.

Chaleurs de condensation de quelques fluides:
	Chaleur de condensation [kJ/kg]
Eau	2265
Toluène	350
Ammoniac	1370

La condensation de la vapeur peut se faire dans un échangeur de chaleur, ou en mélange avec le fluide à chauffer.

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

Energie cédée par condensation

Le tableau ci-dessous donne la quantité d'énergie cédée sous forme de chaleur par 1 kg de vapeur à une pression initiale, lors de sa condensation à une pression inférieure.
C'est le cas habituel d'un réchauffeur alimenté en vapeur prélevée d'un réseau, et détendue au travers d'une vanne pour ajuster la puissance du réchauffeur.

- pressions en bars effectifs
- température en °C
- énergie en kcal/kg de vapeur

1 kcal/kg = 4,187 kJ/kg

Pres. de la vapeur (bars eff)	Chaleur libérée (kcal/kg)
Pres. de condensation (bars eff)	100	50	20	10	5	atm
Temp. de condensation (°C)	319	265	215	184	159	100
100	315	375	430	465	490	550
50		390	450	480	510	570
20			450	485	510	570
10				480	505	565
5					500	560
atm						540

Exemple:
De la vapeur
- 20bars saturée dans le réseau,
- condensée à 159°C (5bars) dans un échangeur,
libèrera 510 kcal/kg de vapeur condensée.

Table de propriétés de la vapeur

Ci-dessous les propriétés principales de l'eau et la vapeur à saturation:
- Température d'ébullition de l'eau et de condenstation 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

Press absolue (bar)	Temp à saturat (°C)	Enthalpie (kJ/kg)			Volume spécif vapeur (m³/kg)
Press absolue (bar)	Temp à saturat (°C)	Liquide	Vaporis	Vapeur	Volume spécif vapeur (m³/kg)
0,01	6,97	29,30	2484,37	2513,67	129,178
0,012	9,65	40,57	2478,01	2518,58	108,670
0,015	13,02	54,68	2470,04	2524,72	87,959
0,02	17,49	73,43	2459,45	2532,88	66,987
0,025	21,08	88,42	2450,97	2539,39	54,240
0,03	24,08	100,98	2443,86	2544,84	45,653
0,035	26,67	111,82	2437,71	2549,53	39,466
0,04	28,96	121,39	2432,28	2553,67	34,791
0,045	31,01	129,96	2427,41	2557,37	31,131
0,05	32,87	137,75	2422,98	2560,73	28,185
0,06	36,16	151,48	2415,15	2566,63	23,733
0,07	39,00	163,35	2408,37	2571,72	20,524
0,08	41,51	173,84	2402,37	2576,21	18,099
0,09	43,76	183,25	2396,97	2580,22	16,199
0,1	45,81	191,81	2392,05	2583,86	14,670
0,2	60,06	251,42	2357,51	2608,94	7,648
0,3	69,10	289,27	2335,27	2624,55	5,228
0,4	75,86	317,62	2318,43	2636,05	3,993
0,5	81,32	340,54	2304,67	2645,22	3,240
0,6	85,93	359,91	2292,95	2652,86	2,732
0,7	89,93	376,75	2282,67	2659,42	2,365
0,8	93,49	391,71	2273,47	2665,18	2,087
0,9	96,69	405,20	2265,12	2670,31	1,869
1	99,61	417,50	2257,44	2674,95	1,694
1,1	102,29	428,84	2250,33	2679,17	1,549
1,2	104,78	439,36	2243,69	2683,05	1,428
1,3	107,11	449,19	2237,46	2686,64	1,325
1,4	109,29	458,42	2231,57	2689,98	1,237
1,5	111,35	467,13	2225,98	2693,11	1,159
1,6	113,30	475,38	2220,66	2696,04	1,091
1,7	115,15	483,22	2215,58	2698,80	1,031
1,8	116,91	490,70	2210,71	2701,41	0,977
1,9	118,60	497,85	2206,03	2703,88	0,929
2	120,21	504,70	2201,53	2706,23	0,886
2,1	121,76	511,29	2197,18	2708,47	0,846
2,2	123,25	517,63	2192,98	2710,61	0,810
2,3	124,69	523,74	2188,92	2712,65	0,777
2,4	126,07	529,64	2184,97	2714,61	0,747
2,5	127,41	535,34	2181,14	2716,49	0,719
2,6	128,71	540,87	2177,42	2718,30	0,693
2,7	129,97	546,24	2173,80	2720,03	0,669
2,8	131,19	551,44	2170,27	2721,71	0,646
2,9	132,37	556,50	2166,82	2723,32	0,625
3	133,52	561,43	2163,46	2724,88	0,606
3,2	135,74	570,90	2156,95	2727,85	0,570
3,4	137,84	579,91	2150,72	2730,63	0,539
3,6	139,85	588,52	2144,73	2733,25	0,510
3,8	141,77	596,75	2138,97	2735,72	0,485
4	143,61	604,65	2133,40	2738,05	0,462
4,2	145,38	612,25	2128,01	2740,27	0,442
4,4	147,08	619,58	2122,80	2742,37	0,423
4,6	148,72	626,64	2117,73	2744,37	0,405
4,8	150,30	633,47	2112,81	2746,28	0,389
5	151,83	640,09	2108,02	2748,11	0,375
5,2	153,31	646,50	2103,36	2749,85	0,361
5,4	154,75	652,72	2098,81	2751,52	0,349
5,6	156,15	658,77	2094,36	2753,13	0,337
5,8	157,51	664,65	2090,02	2754,66	0,326
6	158,83	670,38	2085,77	2756,14	0,316
6,5	161,98	684,08	2075,52	2759,60	0,293
7	164,95	697,00	2065,75	2762,75	0,273
7,5	167,75	709,24	2056,41	2765,64	0,256
8	170,41	720,86	2047,44	2768,30	0,240
8,5	172,94	731,95	2038,81	2770,76	0,227
9	175,35	742,56	2030,47	2773,03	0,215
9,5	177,66	752,74	2022,41	2775,14	0,204
10	179,88	762,52	2014,59	2777,11	0,194
10,5	182,01	771,94	2007,00	2778,94	0,186
11	184,06	781,03	1999,62	2780,65	0,177
11,5	186,04	789,82	1992,43	2782,25	0,170
12	187,96	798,33	1985,41	2783,74	0,163
12,5	189,81	806,58	1978,56	2785,14	0,157
13	191,60	814,60	1971,86	2786,46	0,151
13,5	193,35	822,39	1965,30	2787,69	0,146
14	195,04	829,97	1958,88	2788,85	0,141
14,5	196,69	837,35	1952,58	2789,93	0,136
15	198,29	844,56	1946,40	2790,96	0,132
16	201,37	858,46	1934,36	2792,82	0,124
17	204,31	871,74	1922,72	2794,46	0,117
18	207,11	884,47	1911,43	2795,91	0,110
19	209,80	896,71	1900,47	2797,18	0,105
20	212,38	908,50	1889,79	2798,29	0,100
21	214,86	919,87	1879,39	2799,26	0,095
22	217,25	930,87	1869,23	2800,10	0,091
23	219,56	941,53	1859,29	2800,82	0,087
24	221,79	951,87	1849,56	2801,43	0,083
25	223,95	961,91	1840,03	2801,93	0,080
26	226,05	971,67	1830,67	2802,34	0,077
27	228,08	981,18	1821,48	2802,66	0,074
28	230,06	990,46	1812,45	2802,90	0,071
29	231,98	999,51	1803,56	2803,06	0,069
30	233,85	1008,34	1794,81	2803,15	0,067
31	235,68	1016,99	1786,19	2803,17	0,065
32	237,46	1025,44	1777,69	2803,13	0,062
33	239,20	1033,72	1769,30	2803,02	0,061
34	240,90	1041,84	1761,02	2802,86	0,059
35	242,56	1049,80	1752,85	2802,64	0,057
36	244,18	1057,61	1744,77	2802,38	0,055
37	245,77	1065,27	1736,78	2802,06	0,054
38	247,33	1072,81	1728,88	2801,69	0,052
39	248,86	1080,21	1721,07	2801,28	0,051
40	250,35	1087,49	1713,33	2800,82	0,050
42	253,26	1101,71	1698,08	2799,79	0,047
44	256,07	1115,50	1683,09	2798,60	0,045
46	258,78	1128,90	1668,36	2797,26	0,043
48	261,40	1141,94	1653,86	2795,80	0,041
50	263,94	1154,64	1639,56	2794,21	0,039
52	266,40	1167,04	1625,46	2792,50	0,038
54	268,79	1179,14	1611,53	2790,67	0,036
56	271,12	1190,98	1597,76	2788,75	0,035
58	273,38	1202,57	1584,15	2786,72	0,034
60	275,58	1213,92	1570,67	2784,59	0,032
62	277,73	1225,06	1557,31	2782,37	0,031
64	279,83	1235,99	1544,07	2780,06	0,030
66	281,87	1246,72	1530,94	2777,67	0,029
68	283,87	1257,28	1517,91	2775,19	0,028
70	285,83	1267,66	1504,97	2772,63	0,027
72	287,74	1277,88	1492,11	2769,99	0,027
74	289,61	1287,95	1479,33	2767,28	0,026
76	291,45	1297,87	1466,62	2764,49	0,025
78	293,25	1307,65	1453,97	2761,62	0,024
80	295,01	1317,31	1441,37	2758,68	0,024
82	296,74	1326,84	1428,83	2755,67	0,023
84	298,43	1336,26	1416,33	2752,60	0,022
86	300,10	1345,57	1403,88	2749,45	0,022
88	301,74	1354,77	1391,46	2746,23	0,021
90	303,34	1363,87	1379,07	2742,94	0,020
95	307,25	1386,23	1348,20	2734,43	0,019
100	311,00	1408,06	1317,43	2725,49	0,018
105	314,60	1429,45	1286,68	2716,13	0,017
110	318,08	1450,44	1255,90	2706,35	0,016
115	321,43	1471,10	1225,03	2696,12	0,015
120	324,68	1491,46	1193,99	2685,45	0,014
125	327,81	1511,58	1162,72	2674,31	0,013
130	330,85	1531,51	1131,17	2662,68	0,013
135	333,80	1551,29	1099,25	2650,54	0,012
140	336,67	1570,96	1066,90	2637,86	0,011
145	339,45	1590,58	1034,01	2624,59	0,011
150	342,16	1610,20	1000,50	2610,70	0,010
155	344,79	1629,88	966,24	2596,12	0,010
160	347,35	1649,69	931,10	2580,79	0,009
170	352,29	1690,03	857,47	2547,50	0,008
180	356,99	1732,09	777,74	2509,83	0,008
190	361,47	1777,15	688,85	2466,01	0,007
200	365,75	1827,21	585,13	2412,35	0,006
210	369,83	1887,56	451,04	2338,59	0,005
220	373,71	2011,34	161,75	2173,09	0,004
220,64	373,95	2084,26	0,00	2084,26	0,003