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🧮

L'Interval · Exploitation

v1

Outils de calcul

Boîte à outils de l'exploitant : conversion d'unités, propriétés de la vapeur (IAPWS-IF97*) et diagramme de Mollier, bilan de combustion / PCI, correction des mesures fumées à 11 % O₂, aide au dosage des réactifs, vitesse en conduite et dilution avant rejet.

Débit gazeux — Nm³ ⇄ m³ réels

Conditions normales : 0 °C, 1,01325 bar abs. Loi des gaz parfaits (hors humidité).

Conditions normales — rappel

Un Nm³ (mètre cube normal) est un volume ramené à 0 °C et 1013,25 mbar (1,01325 bar abs). Les VLE s'expriment en mg/Nm³ sur gaz sec, ramené à 11 % O₂. Trois corrections successives : température/pression → humidité → oxygène.

1 · m³ réels ⇄ Nm³

VN = Vréel × 273,15 / (273,15 + t) × P / 1013,25 — loi des gaz parfaits.

2 · Gaz humide ⇄ gaz sec

Vsec = Vhumide × (1 − H₂O% / 100). L'humidité des fumées d'UVE est typiquement de 12 à 20 % vol.

3 · Correction O₂ — concentration et débit

Créf = Cmes × (21 − O₂réf) / (21 − O₂mes). Le débit varie en sens inverse : ramener à plus d'O₂ revient à diluer.

4 · Chaîne complète — conditions de référence VLE

Du débit brut mesuré en cheminée jusqu'aux Nm³/h secs à 11 % O₂, et flux massique du polluant.

5 · Masse ⇄ volume normal

Volume molaire normal = 22,414 Nm³/kmol. Masse volumique normale ρN = M / 22,414.

Propriétés eau / vapeur

Propriétés calculées avec l'IAPWS-IF97*, sur les régions 1, 2 et 4**.

Diagramme de Mollier*** (h – s)

Enthalpie en fonction de l'entropie. Point courant en rouge.

Courbe de saturation Isobares Point calculé

Bilan de combustion & PCI

Deux sens de calcul : à partir du tonnage et du PCI, la puissance thermique libérée et la vapeur théorique produite ; ou, à l'inverse, le PCI retrouvé à partir de la vapeur réellement produite. L'enthalpie de la vapeur est tirée de l'IAPWS-IF97*.

Δh vapeur ↔ eau : — kJ/kg
kcal/kg
t/h

Correction des mesures fumées — O₂ de référence

Les VLE de l'incinération sont exprimées à 11 % O₂, sur gaz sec. Cref = Cmesuré × (21 − O₂réf) / (21 − O₂mesuré).

VLE indicatives (moyennes journalières, arrêté du 20/09/2002 / BREF WI) — vérifier l'arrêté préfectoral du site.

Aide au dosage des réactifs

Estimation stœchiométrique à partir du débit de fumées et des concentrations à traiter. Les facteurs (sur-stœchiométrie / NSR) sont ajustables — ce sont des ordres de grandeur, pas une consigne.

Base : 1 ligne UVE

Bicarbonate de sodium (acides)

Eau ammoniacale (DéNOx)

Coke de lignite / charbon actif (dioxines, Hg)

Vitesse d'un fluide en conduite

Eau ou vapeur : la masse volumique est calculée avec l'IAPWS-IF97* à partir de la pression et de la température. Choisis un tube de la gamme ou tape directement le diamètre intérieur.

Perte de charge : Darcy-Weisbach, acier commercial (rugosité 0,045 mm), écoulement établi, hors singularités (coudes, vannes). Pour la vapeur, valable tant que la perte reste faible devant la pression (moins de 10 %). Plages de vitesse : valeurs usuelles indicatives, à confronter aux règles du constructeur.

* IAPWS-IF97 : International Association for the Properties of Water and Steam – Industrial Formulation 1997. Formulation internationale de référence des propriétés de l'eau et de la vapeur : à partir de la pression et de la température, elle donne l'enthalpie, l'entropie, le volume massique, etc. Elle remplace les anciennes tables de vapeur papier et sert aux constructeurs de chaudières et de turbines.

** Régions IF97 : la formulation découpe le domaine de l'eau en zones, chacune avec ses propres équations. Région 1 : eau liquide ; région 2 : vapeur, sèche ou surchauffée ; région 4 : saturation, c'est-à-dire l'équilibre liquide-vapeur. Les régions 3 (abords du point critique, 374 °C et 221 bar) et 5 (vapeur au-delà de 800 °C) ne sont pas utilisées ici, car elles sortent des conditions de l'UVE.

*** Diagramme de Mollier : diagramme enthalpie–entropie (h–s) de l'eau et de la vapeur, proposé par Richard Mollier en 1904. Une détente idéale en turbine y est un trait vertical : la chute d'enthalpie se lit directement.

*4 DN et Schedule : le DN (diamètre nominal) est une taille de référence, pas une cote mesurée ; le diamètre extérieur est fixé par la norme (DN 100 = 114,3 mm extérieur). Le Schedule (Sch) fixe l'épaisseur de paroi selon la norme américaine ASME B36.10, la plus courante en chaufferie et en vapeur : plus le Sch est élevé, plus le tube est épais et plus le diamètre intérieur est petit. STD (standard) et XS (extra-fort) correspondent à Sch 40 et Sch 80 jusqu'au DN 250.

*5 Nombre de Reynolds : Re = ρ·v·D / μ, rapport entre les forces d'inertie et les forces de viscosité. Sous 2 300 l'écoulement est laminaire (filets parallèles), au-dessus de 4 000 il est turbulent, ce qui est le cas de presque toutes les conduites industrielles ; entre les deux, il est transitoire.