Principes de la vapeur : la vapeur surchauffée
La vapeur surchauffée est la solution idéale pour les applications telles que le séchage, le nettoyage ou le durcissement. Découvrez ses avantages dès aujourd'hui et devenez un expert de la vapeur.
La vapeur surchauffée est un autre type de vapeur comme la vapeur saturée ou non saturée. Ce type de vapeur s'obtient en la chauffant au-delà du point d'ébullition. Par conséquent, la température de la vapeur est plus élevée (la densité est plus faible). Ce type de vapeur est principalement utilisé pour la production d'énergie et dans les turbines à vapeur.
Dans la pratique, la vapeur saturée n'est jamais sèche à 100 %. Elle contient généralement 3 à 5 % d'humidité, ce qui génère donc un risque de réduction de l'efficacité du transfert de chaleur ou même de corrosion des tuyaux. La vapeur surchauffée quant à elle ne contient pas d'humidité, ce qui en fait la solution idéale pour les applications telles que le séchage, le nettoyage ou le durcissement.
Vapeur surchauffée ou saturée : quelle est la différence ?
Lorsque vous chauffez de la vapeur saturée au-delà du point d'ébullition, vous obtenez de la vapeur surchauffée. Au cours de ce procédé, vous séparez la vapeur des gouttelettes d'eau restantes. Il existe donc quelques différences entre la vapeur surchauffée et la vapeur saturée.
Relation pression-température
Contrairement à la vapeur saturée, il n'existe pas de relation directe entre la pression et la température dans le cas de la vapeur surchauffée. Cela signifie qu'il est possible d'obtenir de la vapeur surchauffée sur une large plage de températures. En général, elle est spécifiée par la pression et un degré de surchauffe (= le degré au-dessus de la température de vapeur saturée).
Diminution de la température
Par rapport à la vapeur saturée, la vapeur surchauffée a également une densité plus faible. La diminution de la température de la vapeur saturée la ramène à son état liquide, y compris les gouttelettes d'eau, ce qui n'est pas le cas pour la vapeur surchauffée.
Utilisation dans les applications
Selon l'application, vous aurez besoin d'un type de vapeur différent. Ce tableau vous donne un aperçu du type de vapeur le plus adapté à chaque application. Mais il y a bien sûr quelques nuances ! Pour en savoir plus, consultez cet article.
Application |
Vapeur saturée |
Vapeur surchauffée |
Chauffage |
V |
|
Stérilisation |
V |
X |
Séchage |
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V |
Stripping |
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V |
Nettoyage |
X |
V |
Désinfection |
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V |
Catalyse (reformage à la vapeur) |
|
V |
Comment créer de la vapeur surchauffée ?
La vapeur surchauffée est obtenue lorsque de la vapeur saturée sort du ballon de la chaudière dans une zone de chauffage secondaire appelée surchauffeur. C'est ce chauffage secondaire qui transforme la vapeur saturée en vapeur surchauffée. La vapeur surchauffée et l'eau ne peuvent pas coexister car la chaleur l'évapore, et c'est pour cela que la vapeur surchauffée doit être créée à l'extérieur du ballon principal de la chaudière.
La vapeur surchauffée est créée en plusieurs phases
Avantages et inconvénients de la vapeur surchauffée
Nous avons déjà mentionné que la vapeur surchauffée ne contient pas d'humidité. C'est important pour plusieurs raisons :
- L'absence d'humidité augmente l'efficacité de la chaudière.
- Cela réduit les risques de corrosion ou de « coup de bélier ».
En outre, la vapeur surchauffée présente d'autres avantages :
- Température élevée à une pression normale
- Dans la mesure où il est possible d'atteindre des températures élevées sans appliquer de haute pression, la tuyauterie à mettre en œuvre peut être simple. Il est possible d'atteindre des températures élevées indépendamment des spécifications du réservoir de pression ou de la chaudière.
- Conductivité thermique extrêmement élevée
- La vapeur surchauffée offre une conductivité thermique extrêmement élevée par rapport à l'air chaud. La raison à cela est qu'elle a une capacité thermique par unité de volume élevée.
- Faible teneur en oxygène
- La vapeur surchauffée est un gaz à faible teneur en oxygène, ce qui empêche l'oxydation des éléments chauffés et réduit les risques d'incendie ou d'explosion.
Qu'est-ce que la corrosion lors de la production de vapeur ?
Lorsque la vapeur s'évapore du ballon de la chaudière, elle y laisse des impuretés. En cas de vapeur humide, ces impuretés se dissolvent dans les gouttelettes d'eau. Par conséquent, les impuretés sont transportées dans le réseau de vapeur et l'équipement. Ces condensats peuvent causer des dommages dus à l'érosion ou à la corrosion carbonique.
Qu'est-ce que le phénomène de « coup de bélier » ?
Le « coup de bélier » est le nom donné au phénomène qui survient lorsqu'un liquide en mouvement provoque une onde ou un pic de pression. Il est également connu sous le nom de choc hydraulique. Dans le cas de la vapeur, il s'agit d'une masse de condensats se déplaçant à grande vitesse qui heurte la tuyauterie. Ce phénomène peut provoquer différents problèmes, du bruit et des vibrations à la rupture ou à l'affaissement du tuyau. Il existe des moyens d'éviter ou de réduire ces effets, comme utiliser la vapeur adaptée à chaque application. Mais certains préfèrent utiliser des valves de décompression, entre autres.
La vapeur surchauffée présente également certains inconvénients, surtout si vous souhaitez l'utiliser pour le chauffage :
- Faible coefficient de transfert de chaleur
- Cela se traduit par une productivité réduite et par la nécessité d'une plus grande surface de transfert de chaleur.
- Température de vapeur variable, même à une pression constante
- La vapeur surchauffée doit être maintenue à une vitesse élevée. Dans le cas contraire, les températures chutent au fur et à mesure de la perte de chaleur.
- La chaleur sensible pour transférer la chaleur
- Cela signifie qu'une chute de température peut avoir un impact négatif sur la qualité du produit.
- Les températures peuvent être extrêmement élevées
- Avec la vapeur surchauffée, aucun besoin d'une tuyauterie spécifique, car elle nécessite une pression normale. En revanche, dans la mesure où les températures peuvent être extrêmement élevées, il faudra peut-être faire appel à des matériaux de construction plus résistants, ce qui nécessite des dépenses d'équipement initiales plus élevées.
Qu'est-ce que le coefficient de transfert de chaleur ?
Le coefficient de transfert de chaleur sert à calculer l'efficacité du transfert thermique. Un peu plus haut, nous avons expliqué qu'un coefficient de transfert de chaleur élevé nécessite une petite surface de chaleur, et que cela se traduit par une réduction des dépenses d'équipement initiales. Dans la mesure où une quantité plus importante d'eau s'évapore en vapeur saturée, la vapeur absorbe également davantage de chaleur latente. Par conséquent, la même masse contient plus de chaleur, et peut donc être plus efficace.
En résumé
- La vapeur surchauffée est une vapeur chauffée au-delà du point d'ébullition.
- La vapeur surchauffée a une température plus élevée et une densité plus faible.
- Elle est principalement utilisée pour la production d'énergie et dans les turbines à vapeur, ce qui en fait une solution idéale pour les applications telles que le séchage, le nettoyage ou le durcissement. Elle ne peut cependant pas être utilisée pour la stérilisation.
- La vapeur surchauffée ne contient pas d'humidité, ce qui en fait une bonne approche pour les processus qui n'acceptent aucune humidité. En outre, elle réduit les risques de corrosion ou de « coups de bélier ».
- Il n'y a pas de relation directe entre la pression et la température. Ainsi, contrairement à la vapeur saturée, il est possible d'obtenir de la vapeur surchauffée sur une large plage de températures.
- Le degré de surchauffe est le degré au-dessus de la température de la vapeur saturée.
- La diminution de la température de la vapeur surchauffée n'entraîne pas un retour à l'état liquide comme pour la vapeur saturée.
Les 3 principaux avantages de la vapeur surchauffée sont les suivants :
- Températures élevées à une pression normale : il est donc possible d'utiliser une tuyauterie classique.
- Conductivité thermique extrêmement élevée par rapport à l'air chaud en raison de sa grande capacité par unité de volume.
- Faible teneur en oxygène : empêche l'oxydation et réduit les risques d'incendie ou d'explosion.
