Forces motrices: Condenseurs et tours de refroidissement (PDF)

# TROISIÈME PARTIE ## FORCES MOTRICES ### CONDENSEURS ET TOURS DE REFROIDISSEMENT #### CONDENSEURS Le but principal d'un condenseur est de condenser la vapeur d’échappement d’un moteur à vapeur ou d’une turbine. La contre-pression de la machine est ainsi réduite et sa production de travail est a...

# TROISIÈME PARTIE ## FORCES MOTRICES ### CONDENSEURS ET TOURS DE REFROIDISSEMENT #### CONDENSEURS Le but principal d'un condenseur est de condenser la vapeur d’échappement d’un moteur à vapeur ou d’une turbine. La contre-pression de la machine est ainsi réduite et sa production de travail est augmentée, et ce, pour un même débit de vapeur. Les aspects économiques de la condensation sont traités dans une autre partie du cours, mais il faut se souvenir de la quantité de travail accomplie dans les étages à basse pression d’une machine. Par exemple, dans une turbine de 6200 kPa avec une contre-pression de 38 mm Hg, la vapeur effectue près de 30% de son travail pendant qu’elle se dilate sous la pression atmosphérique. Ou encore, il y a autant de travail dans la vapeur qui se dilate de la pression atmosphérique à un vide de 7,5 kPa qu’il y en a dans la vapeur qui se dilate de 1000 kPa à la pression atmosphérique. Les autres buts du condenseur sont : 1. de conserver l'eau d'alimentation en condensant la vapeur et en retournant l'eau au système, et 2. d'aider à maintenir la teneur en oxygène de l'eau d'alimentation à un minimum par dégazage. #### Types de condenseurs Les condenseurs se divisent en deux groupes principaux, soit à **CONTACT** (ou jet) et à **SURFACE**. Les condenseurs à jet fonctionnent en mélangeant ensemble la vapeur d’échappement et l’eau de refroidissement, la vapeur étant alors condensée par contact direct. Ils peuvent fonctionner dans un courant parallèle dans lequel la vapeur d’échappement, l’eau de refroidissement et l’air circulent tous dans la même direction. La vapeur et l’eau sont soutirées ensemble et l’air séparément. Pour maintenir un vide continu, ces éléments peuvent être éliminés par une colonne barométrique, une pompe à vide ou un éjecteur. La construction d'un condenseur à jet est simple et son coût initial est faible. Il occupe moins d'espace et il s'avère utile là où la quantité de vapeur à condenser est modérée, le vide nécessaire ne dépasse pas 660 mm à 685 mm et l'alimentation de la chaudière n'a pas besoin d'être pure ou encore l'alimentation en eau suffit à permettre le rejet du condensat avec l'eau de refroidissement. Dans la majorité des centrales thermiques modernes, l'eau de chaudière doit être presque pure. Si un condenseur à jet est utilisé, l'eau de refroidissement mélangée au condensat doit également être pure. Comme de grandes quantités d'eau de refroidissement sont nécessaires, les problèmes de traitement de l'eau rendent le condenseur à jet peu pratique. De plus, la pression du condenseur exigée par les turbines se situe généralement entre 2 kPa et 7,5 kPa, ce que le condenseur à jet ne peut produire. Les condenseurs à surface comportent deux systèmes d'eau complètement séparés. La vapeur est condensée à l'extérieur des surfaces des tubes qui sont refroidies par une alimentation abondante en eau qui circule à l'intérieur. Dans ce cas, le condensat reste pur et il est retourné comme eau d'alimentation pour la chaudière alors que l'eau de refroidissement est impure puisque c'est vraisemblablement de l'eau de mer, de rivière ou de lac. Le condenseur à surface moderne qui utilise une pompe à vide ou un éjecteur atteint des pressions de 3 kPa et il constitue un dégazeur efficace. Il existe des condenseurs à surface qui utilisent l'air comme milieu réfrigérant pour servir dans les endroits où l'alimentation en eau de refroidissement est très limitée. Ces condenseurs sont refroidis à l'air sec ou ils peuvent utiliser de l'air soufflé sur l'extérieur des tubes de condensation avec un filet d'eau. Dans ce dernier cas, l'évaporation de l'eau fait en sorte que l'air de refroidissement approche de sa température de bulbe humide au lieu de sa température de bulbe sec comme dans le condenseur refroidi à l'air sec Ces condenseurs sont rarement utilisés parce que le taux de transfert d'air au métal est beaucoup plus faible que le taux de la vapeur au métal ou d'eau au métal. Une tour de refroidissement employée conjointement avec un condenseur à surface refroidi à l'eau résulte en un meilleur rendement et utilise un minimum d'eau. #### Tendance de conception Pour un rendement maximal de marche, le condenseur à surface doit maintenir le vide prévu et acheminer le condensat à la température la plus haute possible avec un minimum d'oxygène dissous. Les premières conceptions des condenseurs à surface avaient recours au nombre maximal de tubes placés également sur toute la surface de la plaque tubulaire. Souvent, la température du condensat était de 5º à 8º au-dessous de celle de la vapeur d'échappement admise. C'est ce qu'on appelle un **sous-refroidissement** de condensat: Les conceptions modernes utilisent un espacement plus grand entre les tubes et laissent des espaces ouverts ou des passages pour permettre à la vapeur admise de pénétrer dans le faisceau de tubes et de venir en contact avec le condensat qui tombe des tubes supérieurs. Ainsi, la température du condensat est la même que celle de la vapeur d'échappement. Un tel condenseur est appelé **RÉGÉNÉRATEUR**. Dans certains cas, la température du condensat est entre 1/2º et 1º au-dessus de la température du vide. Ceci est causé par l'énergie de vitesse de la vapeur d'échappement récupérée comme chaleur dans le condensat. L'équipement d'extraction d'air peut être arrangé pour soutirer l'air des chicanes situées au fond du condenseur, l’écoulement de vapeur étant vertical. Il s’agit là du type à **écoulement descendant ** qui est le plus courant. D’autre part, l’extraction d’air peut se faire du centre du faisceau des tubes, l’écoulement de la vapeur étant radial aux tubes. C’est le type à **ÉCOULEMENT CENTRAL**. #### CONSTRUCTION DES CONDENSEURS Un condenseur à surface consiste essentiellement en un faisceau de tubes étayés entre les plaques tubulaires contenues dans une calandre et auxquelles sont fixées des boîtes à eau à chaque extrémité. La vapeur à condenser circule sur les tubes et l'eau de refroidissement à l'intérieur des tubes. Quelques notes sur la construction de chacun de ces éléments sont données ci-dessous. **Tubes:** Les tubes du condenseur sont droits et ils ont un diamètre extérieur de 19 mm, 22 mm ou 25 mm, bien que des tubes de 16 mm soient parfois utilisés. Le tube du plus petit diamètre offre légèrement plus de surface, mais il est plus sujet aux obstructions et il exige une plus grande puissance de pompage pour l'eau de circulation. L'épaisseur type est de 18 BWG. La longueur du tube correspond à environ 1,5 à 2,5 fois le diamètre de la plaque tubulaire. Le matériau des tubes doit être un bon conducteur de chaleur et doit être résistant à la corrosion; son choix dépend principalement des propriétés corrosives de l'eau de refroidissement utilisée. Le métal Amirauté qui est en laiton 70/30 avec un peu d'étain convient pour l'eau douce ou l'eau salée; le laiton d'aluminium est également employé pour des conditions semblables. Lorsque l'eau est particulièrement corrosive, des alliages de cuivre et de nickel sont utilisés, et ce, bien qu’ils aient une conductivité thermique un peu plus basse. Par conséquent, ils nécessitent une condensation plus grande pour un rendement donné. La méthode de fixation des tubes à la plaque tubulaire est très importante. Le joint entre les deux doit être tel qu'il empêche l'acheminement de l'eau de refroidissement dans l'espace de vapeur ce qui contaminerait le condensat. Les tubes en laiton se dilatent plus que la calandre en acier lorsque le condenseur se réchauffe dans les conditions de travail. Il faut donc prévoir ce mouvement à la plaque tubulaire. Pour ce faire, le tube glisse dans la plaque tubulaire à mesure qu'il se dilate (habituellement l'extrémité de l' entrée est fixe et la sortie est libre). Les trous de la plaque tubulaire sont garnis et la garniture est maintenue en place par des viroles. **Plaques tubulaires:** Les plaques tubulaires sont en métal non ferreux comme du laiton laminé ou un alliage Muntz. Elles sont fixées dans la calandre par des boulons à collet qui se prolongent pour porter les boîtes à eau. Les plaques sont supportées contre la pression d'eau et le vide par des tiges d'ancrage en acier installées entre elles et passant dans l'espace de vapeur ou par des tiges d'ancrage en bronze passant de chaque plaque tubulaire dans l'espace d'eau jusqu'à la porte de la boîte à eau. Des plaques de support en acier sont soudées à la calandre et sont espacées le long de la longueur des tubes pour restreindre l'affaissement qui se produirait autrement, et pour réduire la vibration. Ces plaques de support sont placées un peu plus haut que les plaques tubulaires de manière à soulever le centre des tubes et permettre à chacun de se drainer lorsque l'eau de circulation est fermée. **Calandres:** Les calandres sont en acier soudé, habituellement entretoisées par des membrures extérieures ou des entretoises intérieures. Les calandres de plus grande taille sont divisées par des joints circulaires pour faciliter le transport. Les calandres sont munies de pattes pour porter la masse du condenseur. Dans le cas des machines plus petites, ces pattes sont fixées à l'assise du moteur. La dilatation thermique relative entre le tuyau d'échappement du moteur et le condenseur est absorbée par un joint et soutenu par des ressorts qui sont ajustés pour supporter la masse du condenseur quand il est rempli d'eau de refroidissement. Ceci protège l'échappement de la turbine contre les poussées. Les calandres sont faites pour accommoder les échappements de la turbine. Elles peuvent être en deux sections lorsque la turbine possède deux échappements, comme le cylindre à basse pression à double écoulement. Dans plusieurs cas, la calandre est divisée en deux pour permettre le nettoyage du condenseur alors que la machine fonctionne à charge réduite. #### Illustrations des pièces du condenseur La figure 1 donne des exemples de diverses méthodes de fixation des tubes de condensateur dans les plaques tubulaires. La méthode la plus ancienne illustrée à (a) utilise une garniture de lacet de corset ou de corde condensée trempée dans l'huile (huile de lin cuite) avec des viroles à chaque extrémité. Le tube est abouté à l'épaulement de la virole d'entrée et la tolérance de dilatation se trouve à la sortie. Le schéma (b) montre une garniture du type Crane avec une virole à chaque extrémité. La garniture consiste en anneaux fibreux et en anneaux métalliques flexibles installés en alternance. La virole est vissée à serre contre les anneaux. Le schéma (c) représente un tube avec une virole à l'entrée seulement, muni d'une garniture du type Crane à boîte pleine à la sortie. Dans ce cas, le tube est maintenu en place par des anneaux en forme de cône dans la garniture à l'entrée. La garniture à la sortie est calfatée en place. Dans l'arrangement du schéma (d), l'entrée est dilatée et évasée. La sortie peut être munie d'une virole comme la figure l'illustre ou munie d'une garniture calfeutrée comme au schéma (c). Enfin, les deux extrémités peuvent être dilatées en place comme dans (e). L'entrée est probablement évasée. Dans ce cas, une construction spéciale du condenseur est nécessaire pour permettre le déplacement des plaques tubulaire pour accommoder les différences de dilatation. #### Conceptions des plaques tubulaires de condenseur Ces condenseurs ont recours à des points d'extraction au-dessous des chicanes près du fond du condenseur. L'écoulement de la vapeur est vertical de sorte qu'il s'agit d'un type à écoulement descendant. Les schémas (b), (c) et (d) de la figure 2 montrent respectivement des installations de grande taille, de taille moyenne et de petite taille. Les schémas (a) et (b) de la figure 3 illustrent deux condenseurs Elliot qui fonctionnent selon le principe de l'écoulement descendant. Les dessins (a) et (b) de la figure 4 représentent un condenseur à écoulement central à deux passes conçu par A.E.I. pour une installation à deux calandres. Dans ce cas, l'extraction d'air se fait au centre et la vapeur circule de manière radiale dans les rangées de tubes. L'espacement des tubes est plus ouvert à l'entrée de la vapeur avec de larges passages vers le bas pour maintenir la température du condensat. L'écoulement de l'eau de refroidissement se fait par le bas et au centre des rangées de tubes, là où l'eau la plus froide rencontre la vapeur dans ses étapes finales de condensation, puis par le haut et à l'extérieur des rangées de tubes. Il s'agit d'un écoulement d'eau de circulation à deux passes. Le système d'eau du condenseur à écoulement descendant est arrangé pour prendre l'eau au fond, mais les chicanes des boîtes à eau dans ce cas-ci sont horizontales. Ainsi, l'eau de circulation passe dans les sections horizontales du condenseur; la sortie finale se trouve en haut. La figure 5 donne une vue extérieure d'un condenseur à une calandre English Electric muni de double porte principale qui sont articulées sur les boîtes à eau. Le condenseur possède aussi de petites portes pour l'inspection et le nettoyage. Notez que dans ce condenseur, les entretoises des plaques tubulaires sont fixées aux portes des boîtes à eau et le condenseur est supporté sur des ressorts. La figure 6 représente en détail les supports à ressorts d'un condenseur installés sur une machine C.A. Parsons. Les boulons F sont fixés à l'assise de la machine et les pattes du condenseur reposent sur les taquets E. La bride d'entrée du condenseur est boulonnée directement sur la bride d'échappement de la turbine, par conséquent le raccordement de ces brides devient une partie essentielle de l'alignement de la machine pendant les étapes de montage. La description qui suit indique comment se fait cette opération. Les boîtes à eau du condenseur sont remplies d'eau et l'espace de vapeur est chargé à un niveau qui approche les conditions de marche. Le condenseur est ensuite soulevé sur ses ressorts à l'aide des boulons B jusqu'à ce que la distance entre les brides du condenseur et de la turbine soit d'environ 6 mm tout autour. Ceci correspond à l'épaisseur d'un joint à bague de garniture en amiante non comprimé. Les boulons d'arrêt D sont installés afin de s'assurer qu'il n'y a pas de poussée ascendante sur la machine lorsque l'eau est admise. Le poids de l'eau est absorbé par les boulons d'arrêt. #### Conception d'un condenseur Le choix d'un condenseur pour un service particulier dépend de plusieurs facteurs, mais l'exigence fondamentale est qu'il puisse maintenir un vide précisé tout en condensant la vapeur qui circule vers la machine dans des conditions de pleine charge. Dans le cas d'une turbine, ce vide est diminué par la quantité de vapeur purgée pour chauffer l'eau d'alimentation. Une fois que le choix est arrêté et le vide fixé, la dimension du condenseur dépend de la température et de la quantité d'eau de refroidissement disponible. Il faut prévoir les variations de température saisonnières; normalement le vide de calcul est maintenu lorsque la température d'entrée est élevée, l'écoulement d'eau de refroidissement étant restreint quand la température d'entrée est basse. Un vide de 700 mm maintenu à une température d'entrée d'eau de 27 °C représente une condition de marche moyenne. La quantité d'eau disponible détermine si le condenseur doit être à une, deux ou trois passes. Moins il y a d'eau et plus le nombre de passes doit être grand. Le condenseur à deux passes est le condenseur le plus courant. Il est intéressant de noter la quantité d'eau de refroidissement nécessaire pour condenser 1 kg de vapeur dans des conditions moyennes. Si la pression absolue du condenseur est de 5 kPa et que la vapeur sort de la turbine avec 10% d'humidité, alors la chaleur latente par kilogramme (selon la table de vapeur) est de 2423,7 x 0,9 = 2181,3 kJ. Si l'augmentation de la température de l'eau de circulation est de 7°, la quantité d'eau de refroidissement nécessaire par kilogramme de vapeur condensée = 2181,3/7 x 4,183 = 74,5 kg. Ainsi, la quantité d'eau de circulation correspond à 75 fois la consommation de vapeur de la machine par masse (chaleur spécifique = 4,183). Pour des calculs généraux, la chaleur par kilogramme de vapeur rejeté au condenseur par une turbine est de 2200 kJ et par un moteur alternatif, de 2300 kJ. Le choix du diamètre des tubes dépend du frottement de l'eau permis et de la possibilité d'encrassement; un diamètre extérieurs de 19 mm est utilisés pour les petits condenseurs, jusqu'à 1000 m² de surface de refroidissement, 22 mm pour les tailles plus grandes, jusqu'à 5000 m², et 25 mm au-delà de cette dimension. Des tubes d'un diamètre extérieur de 16 mm sont rarement employés. L'épaisseur de la paroi des tubes est généralement de 18 BWG (paroi de 1,24 mm). La longueur du tube augmente avec l'accroissement de la taille du condenseur; le condenseur à une passe comporte des tubes plus longs que le condenseur à deux passes. Les facteurs dont il faut tenir compte sont, entre autres, une distribution longitudinale efficace de la vapeur et la puissance de la pompe nécessaire pour passer l'eau dans les tubes. La surface de condensation totale nécessaire est de 50 kg de vapeur à condenser par m² pour une seule passe et de 40 kg par m² pour deux passes. La quantité d'eau de refroidissement circulée dépend de l'aire des tubes par passe et de la vitesse de l'eau, qui se situe habituellement entre 1,8 m et 2,4 m par seconde. Une vitesse réduite tend à permettre un écoulement laminaire et, par conséquent, un moins bon transfert de chaleur. Une vitesse élevée améliore le transfert de la chaleur, mais la perte par frottement est augmentée et l'érosion des tubes peut devenir un problème. #### Quantité d'eau de refroidissement La quantité d'eau de refroidissement nécessaire pour un condenseur se calcule approximativement en égalant la chaleur émise par la vapeur d'échappement et la chaleur évacuée par l'eau de refroidissement, soit : ``` masse de vapeur condensée x chaleur émise par kilogramme = masse d'eau de refroidissement x augmentation de température. ``` ``` Oum x H = Q x 4,183 x (t2-t1) ``` Où m ou Q = la vapeur condensée, en kg/h; H = la chaleur émise par la vapeur par kilogramme; Q = La quantité d'eau de refroidissement, par kg/h; t1 = la température d'entrée de l'eau de refroidissement; 4,183 = la chaleur massique; et t2 = la température à la sortie de l'eau de refroidissement. l'air entraîné, le rayonnement et autres. Selon ce qui précède, ``` m×H quantité d'eau de refroidissement= 4,183(t2-t₁) ``` kg/h La valeur de H pour le calcul ci-dessus est habituellement: 2200 kJ/kg de vapeur qui sort d'une turbine, et 2300 kJ/kg de vapeur qui sort d'un moteur alternatif. #### Transfert de chaleur Le transfert de chaleur de la vapeur à l'eau de refroidissement par les tubes d'un condenseur dépend de la propreté à l'intérieur et à l'extérieur des tubes. Des expériences démontrent que la résistance au flux de chaleur du métal de la paroi du tube est vraiment très faible, mais un film sur la paroi empêche un bon contact de la vapeur ou de l'eau de refroidissement avec le métal du tube, et présente une très haute résistance au transfert de la chaleur. La figure 12 illustre ce concept. La section de paroi de tube au point AA est indiquée avec des valeurs comparatives de résistance à la chaleur. Une bonne conception vise à donner une vitesse suffisante à la vapeur pour réduire le film de vapeur. La vitesse choisie pour l'eau de refroidissement doit être suffisamment élevée pour promouvoir un écoulement turbulent et maintenir le film d'eau au minimum. Enfin un bon entretien du condenseur contrôle la quantité de tartre dans les tubes. #### Coefficient de transfert de chaleur Le rendement du condenseur s'exprime en kilojoules de chaleur transmis par m² de surface de tube, par heure, par degré de différence de température entre la vapeur et l'eau des deux côtés des parois des tubes. Cette quantité s'exprime en coefficient de transfert de chaleur et elle s'accompagne de la lettre K ou U. Le U.S. Heat Exchange Institute a préparé les courbes illustrées à la figure 13; elles sont calculées pour les condenseurs de surface qui desservent des turbines à vapeur. Ces courbes utilisent comme base une température d'entrée d'eau de 21 °C et une alimentation en vapeur de 40 kg/m²/h. Des courbes de correction sont ajoutées pour des variations de ces conditions. Quatre courbes sont données : pour les tubes dont le diamètre extérieur est respectivement de 19 mm, 22 mm, 16 mm et 25 mm, en traçant le coefficient de transfert de chaleur U (en J/m²s°C = W/(m².°C) contre la vitesse de l'eau de refroidissement. #### Aire d'un condenseur Il est maintenant possible d'évaluer l'aire de refroidissement nécessaire pour un condenseur desservant une turbine qui évacue m kg/h de vapeur en utilisant le coefficient U de transfert de chaleur et l'équation qui suit : ``` A = m×H U × DTM ``` où A = m² de surface de condensation (mesurée à l'extérieur des tubes); m = la vapeur condensée, en kg/h; H = la chaleur émise par la vapeur par kilogramme (kJ); U = le coefficient de transfert de chaleur; et DTM = la différence de température moyenne. De ces termes, seul DTM est nouveau. Il représente la différence de température moyenne entre la vapeur et l'eau de refroidissement et elle peut être calculée de différentes manières. La DTM logarithmique est la plus précise et elle est utilisée à des fins de conception ou d'essai. La DTM arithmétique est toutefois plus simple à déterminer et elle est suffisamment précise à des fins pratiques. Ce sont : DTM logarithmique ``` t2-t = ts-t loge ts-t2 ``` où t1 = la température à l'entrée de l'eau de refroidissement, en °C; t2 = la température à l'entrée de l'eau de refroidissement, en °C; ts = la température de la vapeur à l'échappement; et tc = la température du condensat qui sort du condenseur. DTM arithmétique ``` ts+to t₂+t 2 = 2 ``` #### Données sur les tubes du condenseur Les fabricants de condenseurs ont élaboré des tables de données sur les tubes des condenseurs. La table qui suit a été préparée à l'aide d'extraits de ces tables de données. | Diamètre extérieur | Épaisseur de paroi BWG | mm | Aire du tube (extérieur) en m² par m linéaire | Quantité d'eau en m³/min à une vitesse de 1 m/s | |---|---|---|---|---| | 16 mm | 18 | 1,245 | 0,05027 | 0,008455 | | 19 mm | 18 | 1,245 | 0,05969 | 0,01293 | | 22 mm | 18 | 1,245 | 0,06912 | 0,0184 | | 25 mm | 18 | 1,245 | 0,07854 | 0,02475 | L'exemple qui suit illustre l'application de ces données. #### Exemple Un condenseur doit être alimenté pour être utilisé avec une turbine à vapeur qui prend 22 700 kg/h de vapeur à pleine charge. La pression du condenseur doit être à une pression barométrique de 7 kPa. La température de l'eau de refroidissement disponible est de 26,5 °C. Supposons qu'un condenseur à deux passes avec des tubes de 19 mm est utilisé en prévoyant un certain encrassement des tubes. Évaluons les principales caractéristiques de conception du condenseur. Supposons une chaleur spécifique de l'eau de 4,183 kJ/kg°C. Au début, il faut faire une série de suppositions, ensuite il faut vérifier à l'aide des données précédentes si la conception est bonne. La quantité de vapeur d'échappement à condenser est de 22 700 kg/h. Utilisons une valeur de 2200 kJ/kg de chaleur dans l'échappement et en permettant une augmentation de température de l'eau de 7 °C, la quantité d'eau de refroidissement nécessaire par heure est comme suit : ``` Ω = m×H 4,183(t-t₂) = (22 700×2200) 4,183×7 = 1 705 542 kg/h = 1 705 542 60×1000 = 28,4257 m³/min ``` La différence de température moyenne, à l'aide de la forme arithmétique et en supposant aucun sous-refroidissement du condensat, est : ``` DTM = 33,5+26,5 39 2 = = 39-30 9° C ``` En supposant une vitesse de l'eau de 2,1 m/s et un taux de débit de la vapeur de 40 kg/m², U selon les courbes est de 14 720 kJ. La correction pour la température de 26,5 °C est de 1,06 et la tolérance pour l'encrassement des tubes est de 0,85. ``` U = 14 720 x 1,06 x 0,85 13 263 k J ``` L'aire des tubes nécessaire est de : ``` A = m×H U × DTM = 22 700×2200 13 263×9 = 418,4 m² ``` Dans la table, le nombre de tubes nécessaire pour un écoulement d'eau de 28,4257 m³/min dans des tubes dont le diamètre extérieur est de 19 mm est: la quantité d'eau par tube pour 2,1 m/s ``` = 0,012 93 x 2,1 = 0,027 153 m³/min ``` 28,4257 le nombre de tubes par passe ``` = 0,027 153 1047 ``` Un condenseur à deux passes exige : ``` 2 x 1047 = 2094 tubes ``` Dans la table sur la longueur des tubes, l'aire des tubes par mètre de tube de 19 mm : longueur des tubes ``` = 0,059 69 = 418,4 2094×0,059 69 = 3,34 m ``` En résumé, les détails de conception du condenseur sont : 28,426 m³/min d'eau de circulation sont nécessaires. L'aire totale doit égaler 418,4 m² avec 2094 tubes de 19 mm de diamètre, 18 BWG, 3,34 m de longueur (Rép.) #### RENDEMENT DU CONDENSEUR l'échappement, la température du condensat et la température de sortie de l'eau de circulation sont toutes égales. C'est impossible d'atteindre ce résultat en pratique, mais cela donne une norme à atteindre et, par le fait même, une méthode pour mesurer le rendement du condenseur. La relation entre la température de sortie de l'eau de refroidissement et la température de l'échappement de la turbine à vapeur dépend principalement du rendement du transfert de chaleur de la vapeur à l'eau de circulation, de sorte que l'expression sert de guide pour évaluer l'encrassement du condenseur. ``` vide à l'échappement vide correspondant à la température de sortie de l'eau de refroidissement = rendement du condenseur ``` La relation entre la température du condensat et la température correspondant au vide à l'échappement est largement une mesure de la fuite d'air, comme nous l'expliquons plus loin dans le paragraphe intitulé Équipement d'extraction d'air - Effet de la fuite d'air, de sorte que si le rendement du vide indique la quantité de fuite d'air. ``` vide à l'échappement vide correspondant à la température du condensat = rendement du vide ``` Ces rendements cependant ne sont fiables que si la quantité d'eau de circulation reste constante. Par exemple, si une quantité excessive d'eau de circulation est utilisée, elle résulte en une température réduite de sortie de l'eau et le faible rendement du condenseur indique un encrassement. De même, elle refroidit le condensat sous la température du vide et indique une fuite d'air. #### Différence finale La différence entre la température de la vapeur d'échappement et la température de la sortie de l'eau de refroidissement s'appelle la différence finale du condenseur. Ce nombre sert parfois comme guide pour l'encrassement du condenseur. Il s'agit du même principe décrit ci-dessus pour le rendement du condenseur. #### GUIDE DE TEMPÉRATURE POUR LES CONDITIONS DU CONDENSEUR La température mesurée à l'échappement de la turbine qui entre dans le condenseur (T.E.), la température du condensat qui sort du condenseur (T.C.) et la température d'entrée et de sortie de l'eau de refroidissement (entrée E.R. et sortie E.R.) servent de guide quant aux conditions internes du condenseur. Il suffit de comparer ces températures à des températures types prises lors de tests. #### Conditions types Les températures prises lorsque le condenseur est propre agissent comme points de référence. Dans ce cas, T.E., T.C. et sortie E.R. sont relativement près les unes des autres #### Encrassement des tubes La cause la plus fréquente d'un faible vide est le limon et la boue du côté eau des tubes. Ils agissent comme un isolant et ralentissent le taux de transfert de chaleur de la vapeur à l'eau de refroidissement. Le vide est réduit à cause de l'augmentation de la pression partielle en raison de la vapeur non condensée et la température à l'échappement augmente. La température à la sortie du condenseur augmente également parce que le vide chute à ce point et il n'y a pas de sous-refroidissement du condensat puisque la chaleur ne peut être transmise par les tubes du condenseur. Dans ce cas, la température à l'échappement et la température à la sortie du condenseur dépassent les conditions normales de bon rendement. La température de sortie de l'eau de refroidissement sera basse. #### Fuites d'air Une différence grandissante entre T.E. et T.C. indique une fuite d'air qui s'accroît. La température du condensat tombe pour les raisons données dans la section suivante sur l'équipement d'extraction d'air. La température de sortie de l'eau de refroidissement reste raisonnablement constante. ##### Note Une installation d'extraction défectueuse donne une indication identique. #### Insuffisance d'eau de circulation Si le courant utilisé par le moteur de la pompe est connu, ce problème peut devenir apparent si la charge du moteur de la pompe diminue. Il est également indiqué par une augmentation de la différence de température entre la sortie E.R. et l'entrée E.R. puisque si les tubes sont propres, le taux de transfert de chaleur est normal et la quantité réduite de l'eau de circulation augmente à une température plus élevée. Le condensat doit être éliminé du condenseur aussi rapidement qu'il se forme. Une pompe à condensat ou d'extraction est employée à cette fin. De même, l'air et les autres gaz non condensables doivent être éliminés à mesure qu'ils sont dégagés de la vapeur afin de maintenir le vide formé par le condenseur. Il suffit d'avoir recours à une pompe à air alternative, une pompe rotative à air ou un éjecteur à jet de vapeur. Une pompe de condenseur, alternative ou rotative, peut servir à éliminer l'air et le condensat. Les pompes alternatives sont limitées quant au volume qu'elles peuvent manipuler et le vide qu'elles peuvent produire. La majorité des systèmes modernes fonctionnent selon le système à sec utilisant des pompes à condensat et des éjecteurs à jet de vapeur. #### Pompes à condensat Les pompes à condensat sont des pompes centrifuges à un, deux ou trois étages. Leur arbre est vertical ou horizontal. Ces pompes fonctionnent à une vitesse constante, avec les robinets d'aspiration et de refoulement grands ouverts, de sorte qu'elles fonctionnent continuellement au point de cavitation. Ceci entraîne une régulation automatique du débit de la pompe pour égaler le débit de vapeur dans le condenseur. L'étanchéité des joints et des presse-étoupe de ces pompes doit être faite avec grand soin afin d'empêcher l'