Etude Générale De La Production De La Vapeur D'eau

n de volume; cette variation peut être très importante lors des transformations liquide gaz.

Notons que l'eau, l'argent, le bismuth et la fonte de fer sont les rares corps dont le volume augmente lors de la solidification (ce qui explique que des canalisations ne résistent pas au gel) ; ainsi l'eau se dilate en se congelant. A 0 °C, sa masse volumique est de 916,8 kg/rn3 alors qu'à l'état liquide elle est de 1000 kg/rn3. Cette dilatation, de l'ordre de la 10 % est à l'origine de nombreux dégâts dans les réseaux vapeur/condensat soumis au gel.

Figure3.3 : Courbe de création de la vapeur d’eau (dont le domaine est en grisé) ; en ordonnée (échelle logarithmique), la pression en bars ; en abscisse, la température en degrés Celsius.

3.3 Propriétés physiques :

Les propriétés de la vapeur d’eau ont fait l’objet de très nombreuses études en raison de son usage courant dans de nombreux domaines, notamment dans l’industrie, et de son rôle important dans divers phénomènes naturels, comme les échanges thermiques au sein de l’atmosphère terrestre.

La pression de vapeur saturante est une fonction de la température pour laquelle de nombreuses formules d’approximation ont été établies. La plus simple est la formule de Duperray dont la précision est de quelques pourcents entre 95 °C et 230 °C :

Qui donne pS en atmosphères pour t exprimé en degrés Celsius.

Propriétés de la vapeur d’eau et de l’eau liquide aux conditions de saturation :

|Tempéra- |Tension |Volume massique (m³/kg) |Chaleur de |

|ture |de vapeur | |vaporisation |

|(°C) |(kPa) | |(kJ/kg) |

| | |Liquide |Vapeur | |

|-15 |0,191 8 | |

|0 |0,611 |0,001 000 21 |206,310 |2 500 |

|100 |101,325 |0,001 043 5 |1,673 |2 257 |

|200 |1 555,0 |0,001 156 5 |0,127 18 |1 938 |

|300 |8 592 |0,001 403 6 |0,021 62 |1 403 |

|374 |22 087 |0,002 79 |0,003 65 |147 |

Le point critique de l’eau est : 374,1 °C, 220,87 bar.

Chaleur massique à volume constant, 100 °C, 1 atm : 1410 J/ kg.K

Vitesse du son : 401 m/s à 130 °C ; celle-ci augmente très fortement avec la température : elle est d’environ 800 m/s à 1 000 °C.

3.4 Tables de vapeur :

Les tables de vapeur sont des tables de données thermodynamiques concernant l'eau et la vapeur. Les bases de données informatiques ont remplacé les tables imprimées. Elles sont utilisées par les chercheurs et ingénieurs dans la conception des processus et des équipements utilisant la vapeur. Les diagrammes thermodynamiques des phases eau/vapeur, les diagrammes entropie/température, les diagrammes de Mollier sont aussi d'usage courant dans ce domaine

3.5 Utilisation industrielle :

L’industrie a fait de nombreux usages de la vapeur d’eau ; principalement comme fluide caloporteur ou pour le fonctionnement de machines à vapeur. Accessoirement, sa détente est utilisée dans des éjecteurs à vapeur servant à pomper des fluides (pour faire le vide, par exemple), ou dans des sirènes ou sifflets. On utilise aussi ses propriétés de transfert de chaleur pour les procédés de stérilisation.

La vapeur est produite dans des chaudières chauffées par un combustible fossile, parfois électriques, ou bien plus généralement par ébullition de l’eau mise au contact d’une source chaude, comme dans les générateurs de vapeur de certaines centrales nucléaires, dans les réacteurs nucléaires à eau bouillante, ou dans le sous-sol afin d’exploiter l’énergie géothermique.

3.6 La vapeur surchauffée :

Elle est obtenue à partir de vapeur saturante plus ou moins sèche que l'on chauffe dans un corps de chauffe qui n'est pas en contact avec l'eau de la chaudière (surchauffeur). On obtient alors un gaz parfait ou presque. li n'y a plus de relation entre la pression et la température. La chaleur nécessaire qui a surchauffé cette vapeur s'appelle la chaleur de surchauffe. li faut environ 2,09 kJ (0,5 kcal) pour élever de 1 "C une masse de 1 kg de vapeur à pression constante. Cette vapeur ne peut pas contenir de gouttelettes d'eau, son titre est de 1.

La vapeur surchauffée aura un coefficient de transfert de chaleur équivalent à celui d'un gaz, très inférieur à celui de la vapeur saturante, ce qui en fait un mauvais fluide de transfert thermique. Elle n'est donc généralement pas utilisée dans les corps de chauffe pour des échanges de chaleur.

3.6.1Utilisations :

On utilisera donc de la vapeur surchauffée dans les applications suivantes:

3.6.2 Turbines :