Transfert de la chaleur de la vapeur

Propriétés élémentaires du chauffage à la vapeur

En tant que moyen de chauffage, la vapeur dispose de propriétés que d'autres moyens de chauffage n'offrent pas. Parmi celles-ci, les propriétés suivantes sont les plus notoires:

• La vapeur fournit un chauffage égal
• La vapeur fournit un chauffage rapide

Cet article présente ces propriétés en détail, en mettant l'accent sur le transfert de chaleur.

Comment la vapeur fournit-elle un chauffage stable et égal?

Dans le cas de la vapeur saturée, la température de la vapeur peut être déterminée si la pression de la vapeur est connue. La pression est susceptible de changer instantanément au sein d'un espace. Lorsque la vapeur saturée se condense, cette condensâtion se fait à la température de saturation et l'eau saturée (condensât) qui se forme a la même température que la vapeur saturée. Cela signifie que si la pression à la surface de transfert de la chaleur (la chemise ou le serpentin dans l'équipement) est maintenue constante, un chauffage continu pourra avoir lieu à la même température à chaque point de la surface de transfert de la chaleur.

Rapidité de chauffage

La quantité de chaleur transférée est indiquée par le coefficient de transfert de chaleur (= coefficient de transmission thermique de surface).

Les unités sont [W/m² K].

W = J/sec, donc si l'échange de chaleur a lieu sur la même surface de transfert de la chaleur et avec la même différence de température: plus la vitesse de transfert de la chaleur est grande, moins il faudra de temps pour chauffer.

Les valeurs approximatives pour la vitesse de transfert de la chaleur sont les suivantes dans le cas de l'eau chaude et de la vapeur:

• Vitesse à laquelle la chaleur est transmise à la surface de transfert de la chaleur d'un échangeur de chaleur utilisant de l'eau chaude comme source de chauffage:
• 1000 - 6000 [W/m² K]

• Vitesse à laquelle la chaleur est transmise à la surface de transfert de la chaleur d'un échangeur de chaleur utilisant de la vapeur comme source de chauffage:
• 6000 - 15000 [W/m² K]

Dans des situations de chauffage effectives, le processus de transfert de la chaleur est une combinaison entre le mécanisme de transfert de chaleur à l'intérieur de l'échangeur de chaleur et le mécanisme de transfert de chaleur de la surface de l'échangeur de chaleur vers le produit à chauffer. Les évaluations du chauffage doivent se baser sur le coefficient de transfert global de la chaleur [W/m² K] pour refléter cette combinaison. Même si ce coefficient varie grandement d'un échangeur de chaleur à un autre, le chauffage à la vapeur est de 1,5 à 2 fois plus rapide que le chauffage par eau chaude.

Comment la vapeur fournit-elle un chauffage rapide?

Transfert de chaleur par condensâtion (vapeur)

Le secret, évidemment, est le transfert de chaleur généré par le processus de condensâtion.

La chaleur latente contenue dans la vapeur est libérée au moment où la vapeur se condense pour devenir liquide. La quantité de chaleur latente libérée est de 2 à 5 fois supérieure à la quantité de chaleur sensible contenue dans de l'eau chaude (eau saturée) après condensâtion. Cette chaleur latente est libérée instantanément et est transmise au produit à chauffer au moyen d'un échangeur de chaleur.

Transfert de chaleur par convection (eau chaude et huile)

Par contraste, l'eau chaude et l'huile sont utilisés dans le chauffage par convection, qui n'implique pas de changement d'état. Le fluide de chauffage réduit sa propre température afin de transférer de la chaleur au produit à chauffer. Une tendance dans l'industrie est l'utilisation de convection forcée au moyen de pièces d'équipement comme une pompe pour générer un flux contre la surface de transfert de la chaleur.

Chauffer à la vapeur

Coefficient de transfert thermique global