Qu'est-ce que la vapeur surchauffée et à quoi sert-elle ?

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Sep 10, 2023

Qu'est-ce que la vapeur surchauffée et à quoi sert-elle ?

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La vapeur surchauffée semble froide (bien chaude), mais qu'est-ce que c'est ? A quoi peut-il réellement servir ?

Ici, nous explorons ce que signifie le terme vapeur surchauffée et découvrons certaines de ses utilisations et avantages intéressants.

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La vapeur surchauffée est une forme de vapeur à une température supérieure au point d'ébullition de son liquide source, alias point de vaporisation, sous une pression donnée.

C'est un état relatif à quelque chose appelé vapeur saturée ou humide. Ce type de vapeur est celui qui dépasse juste le point d'ébullition de la source à une pression donnée.

La vapeur saturée se forme lorsque le liquide source et la vapeur ont la même température et que les taux d'évaporation/condensation sont en équilibre. En d'autres termes, la vapeur et le liquide peuvent coexister dans le même espace.

Si de la chaleur et des degrés de température supplémentaires sont appliqués à la vapeur au-dessus de ce point, elle est alors considérée comme une quantité x de "degrés surchauffés". À ce stade, la plupart, sinon la totalité, des traces d'humidité ont tendance à s'effacer pour former de la vapeur "sèche" puis surchauffée.

La vapeur surchauffée "peut donc refroidir (perdre de l'énergie interne) d'une certaine quantité, entraînant une baisse de sa température sans changer d'état (c'est-à-dire se condenser) d'un gaz à un mélange de vapeur saturée et de liquide". - Wikipédia.

En fait, la vapeur dérivée de l'eau surchauffée contient tellement d'énergie qu'elle peut en fait être utilisée pour allumer des incendies !

"Si la vapeur insaturée (un mélange qui contient à la fois de la vapeur d'eau et des gouttelettes d'eau liquide) est chauffée à pression constante, sa température restera également constante à mesure que la qualité de la vapeur (pensez à la sécheresse ou au pourcentage de vapeur saturée) augmente vers 100 % et devient sèche (c'est-à-dire sans liquide saturé) vapeur saturée. L'apport de chaleur continu "super" chauffera alors la vapeur sèche saturée." - Wikipédia.

La vapeur surchauffée peut être générée en prélevant, par exemple, de la vapeur tirée d'une chaudière. Il est ensuite passé à travers un dispositif de chauffage séparé, appelé surchauffeur, pour transférer de l'énergie supplémentaire dans la vapeur par contact direct ou rayonnement.

Ce type de vapeur a beaucoup plus d'énergie que la vapeur saturée ou humide et peut travailler plus fort que la vapeur saturée. Le contenu énergétique de la vapeur surchauffée est cependant beaucoup moins utile pour certaines applications.

"C'est parce que la vapeur surchauffée a le même coefficient de transfert de chaleur que l'air, ce qui en fait un isolant et un mauvais conducteur de chaleur.

La vapeur saturée est préférée pour les applications de chauffage, tandis que la vapeur surchauffée est principalement utilisée dans la production d'électricité et les turbines. Si de la vapeur est nécessaire à la fois pour la production d'électricité et le chauffage, la vapeur peut être surchauffée puis désurchauffée jusqu'à son état saturé." - nationwideboiler.com.

Voici quelques utilisations typiques de la vapeur surchauffée.

Bien que la vapeur surchauffée ait certaines applications de désinfection, ce n'est pas nécessairement la meilleure option. La vapeur surchauffée est, après tout, efficacement sèche.

En effet, la vapeur surchauffée présente certains inconvénients par rapport à la vapeur saturée ou humide. Ce dernier est en fait meilleur pour transférer sa chaleur que la vapeur surchauffée, ce qui le rend plus adapté à des fins de désinfection.

La vapeur surchauffée doit atteindre des températures beaucoup plus élevées que la vapeur humide, ce qui oblige les produits à être exposés plus longtemps. Pour la même raison, la vapeur surchauffée n'est pas utile pour le chauffage.

Cependant, la vapeur légèrement surchauffée peut être utilisée pour la désinfection antimicrobienne sur des choses comme les biofilms et les surfaces dures.

La vapeur surchauffée est fantastique pour des choses comme la production d'électricité. Son énorme énergie interne peut être mise à profit pour des réactions cinétiques par expansion mécanique contre des aubes de turbine et des pistons alternatifs.

La vapeur surchauffée est préférée à la vapeur saturée car elle peut libérer une grande partie de son énergie interne pour le travail et rester au-dessus du point de vapeur d'eau du liquide (à une pression donnée dans le moteur à turbine/piston).

À des pressions plus élevées, la vapeur humide contient des gouttelettes de liquide qui sont généralement assez difficiles à comprimer. De telles gouttelettes peuvent également endommager par impact les éléments mécaniques des turbines et des moteurs.

La vapeur saturée peut également se condenser lorsqu'elle baisse de température et de pression. Les gouttelettes de liquide qui se forment peuvent provoquer des piqûres sur les aubes de turbine.

Avec une force suffisante, ils peuvent même plier, fissurer ou fracturer des composants vitaux de la turbine/du moteur. Évidemment, cela n'est pas souhaitable, en particulier pour les turbines plus grandes et plus chères.

La vapeur surchauffée permet également des vitesses de vapeur plus élevées dans les tuyaux (généralement100m/s ). Cela signifie que des tuyaux plus petits peuvent être utilisés pour le transmettre (tant que la chute de pression n'est pas excessive).

Il est également largement utilisé dans les centrales nucléaires.

La vapeur surchauffée était largement utilisée dans les locomotives à vapeur et autres machines à vapeur. Elle s'est avérée plus économique et efficace que la vapeur saturée pour entraîner la locomotive.

Parce qu'elle est effectivement sèche, la vapeur était moins susceptible de se condenser à l'intérieur des cylindres de la locomotive, ce qui réduisait la nécessité de les vidanger périodiquement.

La vapeur surchauffée est également utilisée pour diverses applications de traitement telles que : -

- Séchage

- Nettoyage

- Oxydation à la vapeur

- Superposition

- Ingénierie de la réaction

- Séchage époxy

- Durcissement

- Traitement par réaction chimique

- Catalyse

- Systèmes énergétiques

- Nanotechnologie

Pour n'en nommer que quelques uns.

Il peut également être utilisé dans la transformation des aliments avec un grand effet. Comme la vapeur surchauffée peut transférer rapidement de la chaleur dans les bonnes circonstances, elle peut être utilisée pour chauffer rapidement quelque chose.

"Les principaux avantages de l'utilisation de la vapeur surchauffée pour la transformation des aliments sont une meilleure qualité du produit (caractéristiques de couleur, de retrait et de réhydratation), des pertes d'oxydation réduites et une efficacité énergétique plus élevée." - Alfy A. et al.

La vapeur surchauffée peut également être utilisée pour certaines formes de lutte antiparasitaire. Il peut, par exemple, être utilisé pour l'étuvage du sol.

Ici, la vapeur est induite dans le sol, ce qui provoque la détérioration de presque toutes les matières organiques. La vapeur du sol est une alternative efficace à l'utilisation de produits chimiques dans l'agriculture.

Cela dépendra entièrement du liquide source en question. Pour que la vapeur soit surchauffée, elle doit dépasser le point d'ébullition de ce liquide à un degré tel qu'elle perd la plupart, sinon la totalité, des composants liquides.

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