Principes physiques de la vapeur d'eau

L'utilisation de la vapeur est un moyen idéal pour libérer la quantité exacte d'énergie au point d'utilisation, efficacement et sans besoin de pompes de circulation. Son utilisation dans presque toutes les industries de process et dans les systèmes de chauffage est connue depuis plus de 100 ans

Par exemple, à la pression atmosphérique, l'eau bout et se transforme en vapeur à 100°C ou 373°K. Comme les deux échelles ont les mêmes différentiels, une différence de température de 1°C est la même que 1°K, donc un changement de température de 10°C est exactement le même qu'un changement de température de 10°K. Ceci est important pour les calculs de transfert thermique lorsque les unités peuvent être exprimées en watt/m²°K ou watt/m²°C. Comme ces équations concernent un transfert thermique relatif aux changements de température, il n'y a pas de différence de résultat. On utilisera l'unité Celsius dans ce document.

La température à laquelle il se produit a été acceptée internationalement comme un point fixé suivant l'échelle de température absolue et est par définition 0,01°C à une pression de 0,006 112 bar abs. Les trois états de l'eau coexistent uniquement à cette température et à cette pression. Si de la chaleur est ajoutée à des pressions maintenues en dessous de celle-ci, la glace, au lieu de fondre puis de s'évaporer, se sublime immédiatement en vapeur. Le point triple a un intérêt académique et n'a pas de signification réelle pour la vapeur utilisée à des pressions classiques pour un usage quotidien.

Cela est vrai jusqu'au point critique, qui marque la fin du process d'ébullition 374,15°C et 221,2 bar abs. L'eau à toute pression plus élevée est considérée 'supercritique', et n'a pas vraiment de point d'ébullition défini. Le point critique est d'un intérêt académique et ne

La bouilloire domestique est probablement la forme la plus simple de chaudière produisant de la vapeur (Figure 3). L'eau est chauffée jusqu'à son point d'ébullition, des bulles de vapeur se forment en elle, montent et se brisent à travers la surface. Pendant l'ébullition, l'espace immédiatement au-dessus de l'eau se remplit de vapeur. En pratique, à cause de la turbulence et de l'éclaboussement, lorsque les bulles de vapeur se brisent près de la surface de l'eau, l'espace vapeur contient un mélange de gouttes d'eau et de vapeur. La vapeur produite dans l'espace supérieure de la bouilloire et dans toute chaudière à calandre, lorsque la chaleur est fournie uniquement à l'eau, ne peut être considérée que comme de la "vapeur saturée". Obtenir un gaz pur 'sec' est impossible à réaliser là où la vapeur reste en contact avec la surface de l'eau, et, en pratique, la vapeur saturée formée de cette façon peut généralement contenir 5% d'eau en masse.

Si la vapeur peut s'écouler de la chaudière au même débit qu'elle est produite, plus de chaleur augmentera simplement le taux de production. Si la vapeur est retenue dans la chaudière, et que le taux d'entrée de chaleur est maintenu, l'énergie s'écoulant dans la chaudière peut être plus importante que l'énergie qui en sort. Cet excès d'énergie fait augmenter la pression, qui à son tour fait augmenter la température, jusqu'à ce que la température de la vapeur saturée corresponde à la température de saturation de la nouvelle pression.

C'est l'énergie thermique de l'eau en phase liquide jusqu'à sa température d'ébullition. Le terme 'chaleur sensible' a évolué car la chaleur ajoutée à l'eau produit un changement de température, toutefois, le terme accepté aujourd'hui est enthalpie liquide ou enthalpie de l'eau. Le terme 'enthalpie de l'eau' sera utilisée dans ce document.