thermodynamique et machines thermiques (PT) · Chapitre 5 · Application directe du cours

Le ballon de détente des purges

Thermodynamique industrielle : dispositifs et cycles · niveau 2

Énoncé

Dans une usine, les purgeurs du réseau de vapeur à $10 bar$ évacuent $2, 0 t / h$ de condensats, liquide saturant à $179, 9° C$ ( $h = 762, 5 kJ / kg$ ). On les détend à travers une vanne calorifugée dans un ballon séparateur calorifugé sous $1, 5 bar$ ( $T_{sat} = 111, 3° C$ , $h_{ℓ} = 467, 1$ , $h_{v} = 2693, 1 kJ / kg$ ) : la vapeur saturante qui s'en échappe alimente le réseau basse pression, le liquide saturant retourne à la bâche.

Quelle est la nature de la détente dans la vanne ? Calculer le titre du mélange qui entre dans le ballon.
Écrire les bilans de masse et d'énergie du ballon (une entrée, deux sorties) et calculer les débits de vapeur et de liquide.
Quelle puissance la vapeur récupérée représente-t-elle ?

Corrigé

1. Vanne calorifugée, sans pièce mobile, $Δ e_{c}$ négligeable : laminage, $h$ conservée ( $762, 5 kJ / kg$ ). Sous $1, 5 bar$ , cette enthalpie dépasse celle du liquide saturant : une partie du liquide se vaporise (« revaporisation »), et

$x = \frac{762 , 5 - 467 , 1}{2693 , 1 - 467 , 1} = 0, 133.$

2. Ballon calorifugé, sans pièce mobile, régime stationnaire : $D = D_{v} + D_{ℓ}$ et $D h = D_{v} h_{v} + D_{ℓ} h_{ℓ}$ , d'où $D_{v} = x D$ . Pour $D = 2000 kg / h$ : $D_{v} = 265 kg / h$ de vapeur et $D_{ℓ} = 1735 kg / h$ de liquide.

3. La vapeur récupérée transporte $\frac{265}{3600} \times 2693, 1 = 198 kW$ d'enthalpie (comptée depuis l'origine des tables), autant de vapeur basse pression que la chaudière n'a pas à produire : le ballon de détente est un des premiers gestes d'économie d'énergie d'une chaufferie.

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