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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 :
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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 :
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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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Technologie des condenseurs refroidis à l’eau1. Étude théorique des condenseurs refroidis à l’eau
1.1 Théorie du condenseur
Comme nous venons de l’exposer, le problème dans un condenseur réside dans la condensation d’une vapeur, à une certaine pression, donc à une certaine température dite température de saturation. Il est donc entendu que, dans un condenseur à eau, la phase vapeur aussi bien que la phase liquide se trouvent à la température de saturation correspondant à la pression régnant dans l’enceinte.
il faut, dès à présent, signaler que cette hypothèse est uniquement destinée à faciliter les calculs.
En fait, un condenseur est un appareil essentiellement hétérogène. En effet, en supposant la vapeur saturée, cette vapeur contient toujours une certaine quantité de gaz incondensables (en grosse partie de l’air). Au fur et à mesure que la vapeur se condense, sa pression partielle varie et la vapeur se condense à la température de saturation correspondant à la pression partielle de la vapeur (loi de Dalton). En outre, il existe toujours une certaine perte de charge entre la bride d’échappement de la turbine et le bas du condenseur. Par conséquent, la pression totale est variable le long du trajet de la vapeur, et la pression partielle également.
Cela implique deux conséquences :
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la variation de pression totale due à la perte de charge entraîne, pour une pression à la bride d’échappement de la turbine garantie, une pression globale de condensation plus basse, donc une température de saturation plus basse. La perte de charge peut atteindre 7 à 8 mbar, ce qui correspond à une perte de température de saturation de l’ordre de 1,5 à 2 oC. Par conséquent, il est indispensable que la différence théorique entre la température de saturation et la température de sortie d’eau soit supérieure à cette chute, faute de quoi l’échange serait impossible ;
-
la variation de pression partielle de la vapeur entraîne une condensation à une température plus faible que la température de saturation théorique ; cela est à éviter. En principe, on admet un sous-refroidissement de 0,5 oC dans un condenseur,...
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