Le Stall Chart - Secondaire à débit constant - Température d'entrée constante - Température de sortie variable

Une méthode simple pour calculer le stall consiste à utiliser un stall chart. Ce tutoriel explique l’utilisation d’un graphique pour calculer le stall pour un débit secondaire constant avec une température d’entrée variable

- Secondaire à débit constant - Température d’entrée variable - Température de sortie constante Par définition, le stall se produit lorsque la pression de vapeur dans l’échangeur de chaleur est inférieure ou égale à la contre-pression du condensat.

De bons résultats sont obtenus à partir des calculs de transfert de chaleur comme montré dans le Module 13.4. Ceux qui ne souhaitent pas utiliser une approche mathématique peuvent utiliser une méthode plus simple pour obtenir un résultat pratique.

Cette méthode est graphique et implique l’utilisation d’un « stall chart ». Elle donne des résultats légèrement moins précis, mais parfaitement adéquats pour la plupart des usages pratiques.

Une réduction de la charge thermique est généralement due à une augmentation de la température d’entrée ou à une réduction du débit du fluide secondaire, et nécessite une baisse de la pression de vapeur pour que la régulation soit maintenue. Parfois, le stall peut être causé par une combinaison de ces facteurs, ou peut-être par une baisse de la température de sortie due à un changement de la consigne. Débit secondaire constant avec température d’entrée variable Dans ce type d’échangeur de chaleur, le débit secondaire et la température de sortie restent constants tandis que la température d’entrée varie avec les changements de charge thermique. À pleine charge, la température d’entrée sera à son minimum. Avec un débit secondaire constant à travers l’échangeur de chaleur, toute réduction de la charge thermique provoquera une augmentation de la température d’entrée. Le stall chart peut montrer comment la température de vapeur et la température d’entrée changent en fonction des variations de la charge thermique, et prédire la température d’entrée au point de stall et la condition de charge minimale.

Dans les conditions de pleine charge, la différence de température entre la vapeur et le fluide secondaire sera importante. À l’inverse, dans les conditions de charge nulle, il n’y a pas d’échange de chaleur, donc la vapeur et le fluide secondaire doivent être à la même température, et la différence de température entre eux est nulle. Par proportionnalité, il s’ensuit qu’à 50 % de charge, cette différence de température est 50 % de sa valeur maximale.

À partir de ce principe de base de proportionnalité, deux lignes droites peuvent être tracées sur un graphique pour représenter toutes ces conditions. À pleine charge, les lignes sont les plus éloignées, montrant que la différence de température est à son maximum. À charge nulle, les lignes convergent vers un seul point, montrant que la différence de température est nulle.

Premièrement, la température de vapeur dans l’échangeur de chaleur dans les conditions de pleine charge (Point A) est marquée sur l’axe vertical gauche du stall chart dans la Figure 13.5.2. Deuxièmement, la température de sortie souhaitée du fluide secondaire est marquée sur l’axe vertical droit (Point B). La température d’entrée du fluide secondaire (Point C) à pleine charge est ensuite marquée sur l’axe vertical gauche.

Si une ligne droite relie ensuite les points A et B, la ligne AB représentera comment la température de vapeur se modifie par rapport aux changements de charge thermique. De même, si une ligne droite relie les points B et C, la ligne BC représentera la variation de la température d’entrée du fluide secondaire en fonction des variations de la charge thermique. Il est ensuite nécessaire d’ajouter une ligne horizontale pour représenter la température de saturation de la vapeur équivalente à la contre-pression du condensat. Cette température doit être marquée sur l’axe vertical droit, comme montré dans la Figure 13.5.3 (Point D). Une ligne droite doit ensuite être tracée pour connecter ce point avec la même température sur l’axe vertical gauche au point E. La contre-pression du condensat prend en compte la pression dans le système de condensat plus toute pression statique pouvant être due à une remontée dans la conduite d’évacuation du condensat depuis le bas de l’échangeur de chaleur. Une colonne de liquide exercera une pression à sa base en raison de sa propre masse. On parle souvent de « remontée statique » lorsqu’elle est exercée sur la sortie du purgeur.

Une colonne d’eau de 1 mètre sous pression atmosphérique exercera une pression au bas de la colonne d’environ 10 kPa ou 0,1 bar g (en réalité 9,806 65 kPa ou 0,098 066 5 bar). Toute remontée dans la conduite d’évacuation du condensat exercera donc une remontée statique due à la colonne de condensat retenue dans la conduite, en plus de toute pression dans le système de condensat.

La ligne horizontale DE coupera soit la ligne AB, soit sera au-dessus du point A sur le graphique. Le point d’intersection entre les lignes AB et DE représente le « point de stall », où la pression de vapeur et la contre-pression sont identiques. Si la ligne DE est sur ou au-dessus du point A, le système fonctionne en permanence en conditions de stall. (Dans les systèmes de condensat sous vide, ou lorsque B est supérieur à 100°C, le point D peut également être en dessous du point B, si c’est le cas, le système ne sera pas en stall à n’importe quelle charge thermique). Une ligne verticale doit ensuite être abaissée depuis le point de stall. Le point où cette ligne verticale croise l’axe horizontal inférieur (Point F) indique le pourcentage de charge de stall par rapport à la charge thermique totale. Le pourcentage de charge de stall peut également être rapidement calculé à l’aide de l’Équation 13.5.1. La ligne verticale reliant le point de stall au point F coupera également la ligne BC. Si une ligne horizontale est tracée depuis ce point d’intersection vers l’axe vertical gauche, elle indiquera la température d’entrée secondaire à laquelle le stall se produit (Point G).

Exemple 13.5.1 La pression de vapeur dans un échangeur de chaleur à pleine charge est observée à 7 bar g. La pression du condensat est de 1 bar g, et il y a une remontée après le purgeur de 10 m. À pleine charge, le fluide secondaire entre dans l’échangeur de chaleur à 25°C et en sort à 80°C.

1. Quel est le pourcentage de charge thermique au stall ?
2. Quelle est la température d’entrée secondaire au stall ? La température de saturation de la vapeur saturée à 7 bar g est de 170°C. Par conséquent, la température de vapeur dans l’échangeur de chaleur à pleine charge est de 170°C. Celle-ci peut alors être tracée comme point A dans la Figure 13.5.4 : 1. Quel est le pourcentage de charge thermique au stall ? La température de sortie du fluide secondaire de 80°C doit être tracée comme point B dans la Figure 13.5.4, tandis que la température d’entrée du fluide secondaire à pleine charge de 25°C doit être tracée comme point C.

La remontée dans la conduite de condensat de 10 m crée une contre-pression de 1 bar, en plus de la pression de 1 bar g dans le système de condensat. Par conséquent, la contre-pression totale du système est de 2 bar g. Comme la température de saturation de la vapeur à 2 bar g est de 135°C, la ligne horizontale DE représentant la contre-pression est ajoutée à cette température.

Le stall chart dans la Figure 13.5.4 montre que le pourcentage de charge thermique au stall (Point F) est d’environ 61 %. Le calcul mathématique peut être validé à l’aide de l’Équation 13.5.1 : 2. Quelle est la température d’entrée secondaire au stall ? Le stall chart dans la Figure 13.5.4 indique également que la température d’entrée au stall (Point G) est d’environ 46°C ou 47°C. Le calcul mathématique peut être validé à l’aide de l’Équation 13.4.1 :