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Vapeur: notions de base

Comment lire une table de vapeur

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De même qu'une carte (ou un système de navigation GPS) est nécessaire pour circuler dans un lieu inconnu, ou qu'un horaire de vol est indispensable pour prendre l'avion, les tables de vapeur sont indispensables aux utilisateurs de vapeur dans l'industrie. Dans cet article, nous présenterons les tables de vapeur, en indiquant les différents types et en donnant un aperçu des informations qu'elles contiennent.

Tables de vapeur saturée

Une table de vapeur saturée est un outil indispensable pour tout ingénieur travaillant dans la vapeur. Elle permet de déterminer la température de la vapeur saturée à partir de la pression, ou l'inverse : la pression à partir de la température de la vapeur. Ces tables comportent généralement d'autres données comme l'enthalpie spécifique (h) et le volume spécifique (v).

Les valeurs déduites dans une table de vapeur se réfèrent toujours à la vapeur à un point de saturation ou d'ébullition donné. C'est le point où l'eau (liquide) et la vapeur (gaz) peuvent coexister à la même température et pression. Comme H2O peut être liquide ou gazeux à son point de saturation, deux groupes de données sont requis : les données pour l'eau liquide, marquée d'un « f » en indice, et les données pour la vapeur d'eau, marquée d'un « g » en indice.

Exemple de table de vapeur saturée

Légende :

  • P = Pression de la vapeur/eau
  • T = Point de saturation vapeur/eau (point d'ébullition)
  • vf = Volume spécifique d'eau.
  • vg = Volume spécifique de vapeur.
  • hf = Enthalpie spécifique de l'eau (énergie nécessaire pour élever la température l'eau de 0°C à la température d'ébullition)
  • hfg = Enthalpie d'évaporation ou chaleur latente (énergie nécessaire pour transformer l'eau liquide en vapeur saturée à température constante)
  • hg = Enthalpie spécifique de la vapeur saturée (énergie totale nécessaire pour produire de la vapeur à partir d'eau à 0°C).

* Source : 1999 JSME Steam Tables

Pour chauffer des procédés à la vapeur, on utilise généralement la chaleur latente (Hfg). Comme le montre le tableau, cette chaleur latente est plus élevée à basse pression. Lorsque la pression de la vapeur saturée augmente, la chaleur latente d'évaporation diminue graduellement jusqu'à atteindre 0 à la pression critique, c'est-à-dire 22,06 Mpa.

Conseil

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Deux types de table : en fonction de la pression ou la température

Comme la pression et la température de vapeur saturée sont liées, les tables de vapeur saturée sont généralement disponibles en deux formats différents : en fonction de la pression ou de la température. Les deux types contiennent les mêmes données qui sont simplement triées différemment.

Table de vapeur saturée en fonction de la pression.

PRESS.
(EFF.)		 TEMP. VOLUME SPÉCIFIQUE ENTHALPIE SPÉCIFIQUE
kPaG °C m3/kg kJ/kg
P T Vf Vg Hf Hfg Hg
0 99,97 0,0010434 1,673 419,0 2257 2676
20 105,10 0,0010475 1,414 440,6 2243 2684
50 111,61 0,0010529 1,150 468,2 2225 2694
100 120,42 0,0010607 0,8803 505,6 2201 2707

Table de vapeur saturée en fonction de la température.

TEMP. PRESS.
(EFF.)		 VOLUME SPÉCIFIQUE ENTHALPIE SPÉCIFIQUE
°C kPaG m3/kg kJ/kg
T P Vf Vg Hf Hfg Hg
100 0,093 0,0010435 1,672 419,1 2256 2676
110 42,051 0,0010516 1,209 461,4 2230 2691
120 97,340 0,0010603 0,8913 503,8 2202 2706
130 168,93 0,0010697 0,6681 546,4 2174 2720
140 260,18 0,0010798 0,5085 589,2 2144 2733
150 374,78 0,0010905 0,39250 632,3 2114 2746

Pression effective et pression absolue

Les tables de vapeur saturée peuvent également utiliser deux types de pression différents : la pression absolue et la pression effective.

  • La pression absolue est égale à 0 dans le vide.
  • La pression effective est égale à 0 à la pression atmosphérique (101,3 kPa).

Table de vapeur saturée à la pression absolue

PRESS
(ABS.)		 TEMP. VOLUME SPÉCIFIQUE ENTHALPIE SPÉCIFIQUE
kPa °C m3/kg kJ/kg
P T Vf Vg Hf Hfg Hg
0 -- -- -- -- -- --
20 60,06 0,0010103 7,648 251,4 2358 2609
50 81,32 0,0010299 3,240 340,5 2305 2645
100 99,61 0,0010432 1,694 417,4 2258 2675

Table de vapeur saturée à la pression effective

PRESS.
(EFF.)		 TEMP. VOLUME SPÉCIFIQUE ENTHALPIE SPÉCIFIQUE
kPaG °C m3/kg kJ/kg
P T Vf Vg Hf Hfg Hg
0 99,97 0,0010434 1,673 419,0 2257 2676
20 105,10 0,0010475 1,414 440,6 2243 2684
50 111,61 0,0010529 1,150 468,2 2225 2694
100 120,42 0,0010607 0,8803 505,6 2201 2707

La pression effective permet de comparer plus facilement la pression mesurée relativement à la pression atmosphérique normale.

Les tables de vapeur basées sur la pression effective indiquent une pression atmosphérique de 0, tandis que les tableaux de vapeur basés sur la pression absolue l'indiquent à 101,3 kPa. De plus, pour distinguer la pression effective de la pression absolue, on ajoute généralement un « g » à l'extrémité de l'unité de pression, par exemple kPaG

Conversion des unités effectives en unités absolues

Unités SI

Pression vapeur [kPa abs] = Pression vapeur [kPaG] + 101,3 kPa

Remarque : Pour éviter les confusions entre pression absolue pression effective, il est extrêmement important de porter une attention particulière aux unités utilisées.

Pour résumer :

Pression effective :

  • Nulle à la pression atmosphérique *.
  • Pression nulle = pression atmosphérique

Pression absolue :

  • La pression théorique dans le vide parfait est nulle
  • Pression nulle = vide

*La pression atmosphérique est de 101,3 kPa

Tables de vapeur surchauffée

Les tables de vapeur saturée ne fonctionnent pas dans le cas de la vapeur surchauffée. En effet, pour une pression donnée, la température de la vapeur surchauffée est au-dessus du point critique.

En fait, le nombre de combinaisons température-pression étant infini, il est impossible de les rassembler toutes dans un seul tableau. Par conséquent, un grand nombre de tables de vapeur surchauffée utilisent des valeurs représentatives pression-température pour former un tableau récapitulatif.

Exemple de table de vapeur surchauffée

Alt Text
Le tableau de vapeur surchauffée ci-dessus contient des données sur le volume spécifique (Vg), l'enthalpie spécifique (Hg) et la chaleur spécifique (Sg) aux valeurs types de pression et température.