Coups de bélier: le mécanisme

Les coups de bélier qui surviennent dans les circuits de vapeur ou de récupération de condensat sont généralement classés en deux catégories:

• causés par des masses de condensat heurtant les tuyaux, etc. à grande vitesse
• causés par la condensation subite de vapeur, ce qui produit de grosses vagues de condensat qui se heurtent les unes contre les autres

Coups de bélier causés par des masses de condensat à grande vitesse

Les pertes de chaleur rayonnante provoquent la formation de condensat dans le conduites de transport de vapeur. La vapeur d'eau qui circule à grande vitesse dans ces conduites entraîne ce condensat et cause la formation de vagues. Cette agitation cause la formation graduelle de masses de condensat qui sont alors entraînées avec la vapeur. Le phénomène est comparable à la formation de grosses vagues sur la mer par de grands vents.

Des coups de bélier surviennent lorsque ces masses de condensat heurtent un joint ou une vanne alors qu'elles sont déplacées à grande vitesse à travers la tuyauterie.

Coups de bélier causés par la condensation subite de vapeur

Lorsque la vapeur d'eau perd sa chaleur, elle se transforme en condensat. Son volume spécifique diminue alors d'un facteur de plus de mille. Ainsi, lorsque la vapeur se condense au contact avec du condensat plus froid, son volume est instantanément réduit à presque rien.

La réaction se fait à une telle vitesse qu'un vide est momentanément créé. L'attraction du condensat vers ce vide cause la seconde sorte de coups de bélier, causés par une condensation subite de vapeur.

En somme, il est dangereux de laisser les conduites contenir un mélange de condensat et de vapeur. C'est toutefois la norme dans les conduites de récupération de condensat ou autres conduites semblables, ce qui peut rendre la résolution du problème encore plus difficile.

Veuillez noter que ce dernier genre de coups de bélier n'est pas limité aux conduites de récupération de condensat, il peut aussi de produire dans les circuits de vapeur ou les installations utilisant la vapeur.

Les gros chocs pour lesquels sont souvent reconnus les coups de bélier se produisent dans les deux cas énumérés ci-haut, mais leur fréquence est beaucoup plus grande dans le second.

Comment la température du condensat affecte-t-elle les coups de bélier?

Auparavant, on croyait que plus la température du condensat est basse, plus les chocs causés par les coups de bélier sont puissants. Toutefois, une série d'expériences effectuées chez TLV nous a appris autrement. On a découvert que les plus gros chocs sont produits à une température juste un peu inférieure à celle de la vapeur.

C'est-à dire que pour de la vapeur saturée à 100°C, le condensat causerait de plus gros chocs pour la zone de température entre 70 et 80°C que celle pour la zone de température 50 et 60°C.

En effet, l'intensité des chocs causés par les coups de bélier peut être calculée de façon mathématique, et les résultats de ces calculs démontrent que l'intensité des coups de bélier est grandement affectée par la grosseur de la poche de vapeur qui se condense.

En examinant le graphique d'un peu plus près, on peut apercevoir trois zones de température de condensat:

• À la gauche, la vapeur d'eau entre en contact avec du condensat beaucoup plus froid et se condense immédiatement. La condensation se fait alors sur une échelle de petites bulles de vapeur. De grosses poches de vapeur ne sont pas formées et les coups de bélier qui surviennent sont mineurs.
• La zone au milieu du graphique est plus inquiétante. Dans cette zone de température, la condensation de la vapeur n'est pas immédiate étant donné l'écart de température de 20 ou 30°C entre la vapeur et le condensat. La condensation est plutôt graduelle au début pour ensuite survenir tout d'un coup lorsqu'une portion de la vapeur a été condensée. Le délai entre le stade où la vapeur entre en contact avec le condensat et celui où elle se condense tout d'un coup est propice à la formation de grosses poches de vapeur, ce qui cause les coups de bélier majeurs.
• À la droite, la vapeur entre en contact avec du condensat de même température. Dans ce cas, elle ne se condense pas immédiatement et aucun coup de bélier n'est produit. Ceci peut être attesté du fait que les coups de bélier ne surviennent pas près de la sortie d'un purgeur, là où se trouvent du condensat saturé et de la vapeur de revaporisation à la même température.

On peut donc conclure que du condensat entre 70 et 80 °C cause la production de plus grosses poches de vapeur et que la condensation subite de ces poches augmenterait l'intensité des coups de bélier. Qu'est-ce qui déclenche alors le procédé? Découvrez en plus en lisant l'article Coups de bélier: Établir le lieu et la cause.