Présentation
Auteur(s)
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William LÉVY : Ingénieur de l’École Centrale de Lyon - Directeur du Département Contrats de la société Delas
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Lire l’articleINTRODUCTION
Il est de coutume de désigner par condenseur un appareil dont la fonction principale est de condenser de la vapeur, le réchauffage obligatoire du fluide froid auxiliaire n’étant qu’une conséquence (parfois nuisible), par opposition aux échangeurs de chaleur (réchauffeurs) où la condensation de vapeur n’est qu’un moyen d’obtenir le but désiré : le réchauffage d’un certain fluide.
Nous pouvons classer les condenseurs en deux grandes familles :
-
les condenseurs par surface, sans contact entre la vapeur à condenser et le fluide réfrigérant, une surface d’échange s’interposant entre eux ;
-
les condenseurs par mélange avec, comme leur nom l’indique, mélange total entre la vapeur à condenser et le fluide réfrigérant.
Ces derniers restent très peu utilisés du fait de l’impossibilité de mélange entre la vapeur et l’eau de refroidissement, en général de l’eau brute 6.
Pour condenser une vapeur saturée, la Physique nous enseigne qu’il faut soutirer à cette vapeur une certaine quantité de chaleur, dite enthalpie de vaporisation, et la céder à une source froide. Un condenseur a donc besoin d’une source froide qui est, dans le cas le plus général, un liquide bon marché. Étant donné les débits calorifiques mis en jeu, il s’est avéré que la source froide la moins chère était l’eau, mais on utilise aussi l’air comme réfrigérant (article Refroidissement des eaux dans ce traité). Nous pouvons classer les fluides réfrigérants comme suit :
-
eau douce (rivière) ;
-
eau de mer ;
-
air.
Les grands domaines d’emploi des condenseurs sont :
-
la production de l’énergie ;
-
l’industrie chimique ;
-
la technique du froid.
Dans l’état actuel des choses, le problème des condenseurs se pose de la manière la plus ardue à l’ingénieur dans le cadre de la production de l’énergie. C’est pourquoi nous consacrons cet article à ce domaine exclusivement, le lecteur pouvant, pour d’autres applications, adapter les formules et règles données ici et en tirer des conclusions applicables facilement à tous les problèmes particuliers de condenseurs.
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Conditions d’exploitation4. Considérations économiques de dimensionnement
La question du dimensionnement du condenseur se pose, entre autres, lors d’un projet d’installation de turbine à vapeur [10] [11]. Il est difficile de garder une vue d’ensemble vu les nombreux facteurs entrant en jeu (on peut facilement en compter une quinzaine).
Les indications suivantes montrent de quelle façon le problème peut économiquement être résolu. Nous allons en premier lieu placer sur un diagramme tous les types de condenseurs possibles (figure 25). Les divers coûts seront ensuite analysés, et des formules simples permettront de fixer la position optimale du condenseur sur le diagramme.
4.1 Schéma de classification
Un condenseur peut être caractérisé par sa surface d’échange S et par la section de passage du fluide s qui se compose des sections des tubes de réfrigération d’un passage d’eau.
La section de passage est :
avec :
- di :
- diamètre intérieur des tubes
- n :
- nombre de tubes du condenseur
- z :
- nombre de parcours côté eau.
La surface d’échange S est une fonction de s et de la longueur développée
:
avec...
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