Quantité d'eau vaporisée durant un changement de pression?

[Fano08]

Bonjour,
J’ai fait un peu de thermodynamique et de mécanique des fluides lorsque j’étais étudiant (GTE)… mais ça, c’était avant.
Aujourd’hui je fais de la sensibilisation aux risques industriels et notamment aux risques liés à la production et à l’utilisation de vapeur sous pression.
Je cherche depuis un moment à construire un cas concret pour illustrer le danger de la rupture d’un récipient ou d’un générateur de vapeur sous pression en adaptant à chaque fois les conditions accidentelles aux conditions de fonctionnement de l’équipement exploité par mes stagiaires.
Je rame un peu pour répondre aux questions 1, 2 et 3 ci-dessous ; c-à-d pour trouver les formules qui vont déterminer les valeurs VV1,VL1 et VL2 suivantes :
Conditions de fonctionnement :
Récipient ou générateur de volume V0 (L)
Sous pression de vapeur d’eau saturée P0 (bar)
Contenant VL0 eau liquide et VV0 de vapeur d’eau ( V0 = VL0 + VV0)
Condition accidentelles :
Rupture sous pression -> détente à pression P1 (pression atm)
1 –VV0 litres de vapeur d’eau sont détendus à la pression atmosphérique P1 en VV1 litres de vapeur
2 – VL2 litres d’eau se vaporisent instantanément en 1700 X VL2 = VV2 litres de vapeur (VL1 =quantité d’eau restant après vaporisation instantanée)
3 – VL1 litres d’eau bouillante sont projetés
Le plus gros problème est, vous l'aurez deviné, de répondre à la question 2 : "Quantité d'eau vaporisée durant un changement de pression?"
MERCI de m’aider.
Stéphane.
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[invite2313209787891133]

Bonjour

Pour commencer il faut chercher la température de l'eau avant rupture ; elle correspond à la température d'ébullition à la pression concernée.
Après détente la pression tombe à 1b, et la température chute à 100°C.
L'eau va donc se refroidir subitement ; la différence de température correspond alors à l’énergie de la vapeur qui se forme par détente flash.

[Fano08]

MERCI Dudulle,

Je crois que je vois... mais j'ai peur de me tromper encore... en prenant un exemple donc,
Pour une chaudière à 10 bar (valeur abs), ma température de vapeur saturée est de 180°C (Délta T = 80C)
Si elle contient un volume de vapeur de 1000L (avec une masse volumique à 10 bar 5.15 kg/m3), j’ai une masse de 5.15Kg de vapeur
Imaginons aussi qu'elle contient un même volume d’eau (avec une masse volumique de 958), j'ai une masse de 958 kg d'eau

La quantité d’énergie disponible dans ma vapeur (avec chaleur massique à 10 bar : 4.24 KJ/Kg) lors de la chute brutale de température sera :
Q = 5.15 X 4.24 X 80 = 1746 KJ
La quantité d’énergie disponible dans l’eau (avec chaleur massique de l’eau 4.21 kJ/Kg) lors que la chute de température sera :
Q = 958 X 4.21 X 80 = 322 654 KJ

Et sachant qu’à 1 bar abs, il me faut 2256 kJ pour vaporiser 1 Kg d’eau (enthalpie de vaporisation), je vais vaporiser (en théorie) une masse de vapeur de :
(322 654 + 1746) / 2256 = de 144 Kg d’eau

Il va donc se répendre en chaufferie (avec un volume massique à 1 bar abs de 1.7 m3/Kg) :
150 X 1.7 = 245 m3 de vapeur !!!

C'est ça?

A+
Fano08

[invite2313209787891133]

Non ce n'est pas ça.
Je vais te donner une autre méthode qui implique d'avoir une table, mais qui est plus facile.

Si je reprend ton exemple on a 958kg d'eau à 180°C. On peut considérer que cette eau contient une énergie "potentielle" par rapport à l'état liquide à 0°C, c'est la notion d'enthalpie spécifique.
Cette notion permet de comparer facilement l’énergie véhiculée par différents fluides.
Tu peux trouver la valeur dans cette table (5eme colonne) : http://www.thermexcel.com/french/tables/vap_eau.htm
On a une enthalpie de 762.6 kj/kg d'eau

Quand cette eau est détendue à 1b sa température chute à 100°C (enthalpie de 417.51 kj/kg). La différence correspond à la quantité de vapeur formée : (762.6 - 417.51) = 345.09. Cette différence d’enthalpie correspond à l’énergie que peut restituer la vapeur qui s'est formée lors de la détente.
Pour connaitre la quantité il suffit de diviser cette valeur par l'enthalpie de la vapeur à 100°C : 345.09 / 2257.92 = 0.153 ; qui est un nombre sans unité et correspond à la fraction qui se vaporise.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Fano08]

MERCI pour toutes tes explictions.
0.153 X 958 = 147 kg d'eau vaporisée soit 147 X 1700 environ 250 m3 de vapeur... Cela donne à peu près le même résultat que mon calcul... Hasard ou pas
A+
Fano

[invite2313209787891133]

Tu arrives au même résultat mais si tu relis ton calcul tu verra que je n'ai pas tenu compte du volume de vapeur initial dans la chaudière, celui ci n'intervient pas dans le calcul, il vient juste s'ajouter à la vapeur qu'on l'on forme par détente de l'eau bouillante.