De nombreux procédés industriels n’ont pas besoin de vapeur. Ils ont besoin d’eau chaude, stable et disponible immédiatement. Chez Giconmes, nous travaillons depuis des décennies avec la vapeur ; nous savons donc distinguer les cas où la vapeur est la solution et ceux où elle ne l’est pas.
Nous venons de concevoir un réservoir d’eau chaude sous pression, chauffé par des résistances électriques, pour un client industriel. Nous vous expliquons ici les choix de conception qui ont présidé à sa conception.
Pourquoi mettre l’eau sous pression ?
À la pression atmosphérique, l’eau bout à 100 °C. Si nous la mettons sous pression, nous pouvons travailler à une température supérieure sans qu’elle s’évapore. Cela présente plusieurs avantages :
- Plus d’énergie dans un volume réduit. Chaque degré supplémentaire correspond à de la chaleur stockée sans augmenter la taille du réservoir.
- Pas de condensats ni de purges. Il n’y a pas de pertes par revaporisation ni de réseau de retour des condensats à entretenir.
- Température très stable. L’eau cède sa chaleur de manière uniforme, ce qui la rend idéale pour les échangeurs de chaleur, les chemises de réacteurs ou le lavage à température contrôlée.
Comment nous l’avons conçu
Le réservoir présente un diamètre extérieur de 1 000 mm et une capacité de l’ordre de 1 000 litres. Voici les choix clés :
Fonds bombés. Un fond plat ne résiste pas bien à la pression. Les fonds bombés répartissent les efforts et permettent d’utiliser des épaisseurs raisonnables.
Éléments chauffants sur bride amovible. Le faisceau d’éléments chauffants est monté sur un couvercle à bride de grand diamètre. Il se retire dans son intégralité pour être inspecté ou remplacé sans toucher au reste du réservoir. Sur un équipement électrique, il s’agit du point d’entretien le plus important.
Tous les raccordements sont prévus dès la conception. Entrée et sortie d’eau, instruments de mesure de la température et de la pression, soupape de sécurité, vidange et purge. Mieux vaut les prévoir dès le départ que de les souder par la suite.
Conçu pour être transporté et installé. Pieds d’appui, oreilles de levage et oreille de retenue. Un réservoir de cette taille doit être déplacé et ancré en toute sécurité, et cela fait également partie de la conception.
Comment déterminer la puissance
Le calcul de base est simple. L’énergie nécessaire dépend de la masse d’eau, de sa chaleur spécifique et de la différence de température :
P = m · cp · ΔT / t
Un exemple : chauffer 1 000 litres de 15 °C à 85 °C en une heure.
1 000 kg × 4,186 kJ/kg·°C × 70 °C / 3 600 s ≈ 81 kW
À cela s’ajoutent les pertes thermiques et une marge de conception. En pratique, on parlerait d’environ 90 kW installés. Si le processus permet un temps de chauffage plus long, la puissance diminue, et avec elle la puissance souscrite.
Sécurité : il ne s’agit pas d’un chauffe-eau domestique
Un réservoir d’eau sous pression emmagasine beaucoup d’énergie. C’est pourquoi :
- En fonction de la pression et du volume, l’équipement peut relever de la directive relative aux équipements sous pression (PED, 2014/68/UE), ce qui a des implications en matière de conception, de fabrication et de documentation.
- La soupape de sécurité est dimensionnée en fonction de la puissance maximale des résistances.
- Les résistances sont équipées d’un thermostat de sécurité indépendant de la commande de processus.
- L’isolation réduit les pertes et protège les opérateurs des surfaces chaudes.
De l’eau chaude ou de la vapeur ?
Il n’y a pas de réponse unique. En règle générale :
| Besoin | Meilleure option |
|---|---|
| Injection directe, stérilisation, nettoyage à la vapeur | Vapeur |
| Échange thermique à température uniforme | Eau chaude sous pression |
| Humidification ou climatisation | Vapeur |
| Stockage pour les pics de consommation | Eau chaude sous pression |
De nombreuses usines ont besoin des deux. L’important est de ne pas utiliser la vapeur par habitude là où l’eau chaude permettrait d’obtenir le même résultat avec moins de pertes.
Électrification de la chaleur industrielle
Le chauffage par résistances électriques signifie zéro émission sur site, sans cheminée ni combustible. Si l’électricité est issue de sources renouvelables, le processus est véritablement décarboné. De plus, un réservoir de stockage permet de chauffer aux heures où l’électricité est la moins chère et de consommer lorsque le processus l’exige. Cela ouvre la voie aux marchés de flexibilité et aux certificats d’économies d’énergie (CAE).
Foire aux questions
À quelle température un réservoir d’eau sous pression peut-il fonctionner ?
Cela dépend de la pression nominale. Il est possible de fonctionner à plus de 100 °C à condition que la pression du réservoir dépasse la pression de saturation de l’eau à cette température.
Peut-on remplacer les résistances sans démonter le réservoir ?
Il faut le vider, mais pas le démonter. Grâce à la bride amovible, le remplacement est une opération d’entretien simple.
Est-ce plus cher qu’une chaudière à gaz ?
L’investissement est généralement moindre et l’entretien plus simple. Le coût d’exploitation dépend du prix de l’électricité et de l’utilisation ou non des heures creuses.
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