PROPRIETE THERMIQUE DE L’EAU ET DE LA VAPEUR

Généralité sur la plante

         Originaire d’Amérique latine, le Jatropha encore appelé Pourghère est une plante vivace qui vit jusqu’à 50 ans et produit des graines durant toute sa vie. Il fait partie de la famille des euphorbiacées, et il est très répandu en Afrique et dans les pays tropicaux. A Madagascar, il a plusieurs noms tels que Kinana, Savoa, Vaonongo ou encore Tanantanampotsy. Mais son véritable nom scientifique est JatrophaCurcas. Il existe toutefois une deuxième variété dans notre pays, le Jatrophamahafalensis ou hatratra. Les fleurs sont rouges et son feuillage, coriace et vert foncé. Il résiste à la sècheresse et pousse sur des sols assez infertiles. C’est un petit arbre ou un arbuste qui atteint entre 3 et 5 mètres de haut, mais qui peut aller dans les 8 et 10 mètres dans les conditions favorables. Sa culture n’affecte pas celle des plantes vivrières. C’est une bonne plante à utiliser comme intercalaire avec des cultures vivrières. Il préfère les températures annuelles moyennes supérieures à 20°C mais peut pousser à des altitudes plus élevées et tolère les gelées légères. C’est une plante qui peut être utilisée à plusieurs fins: ses vertus sont nombreuses et variées et vont des aspects traditionnels (médecine, pharmacopée traditionnelle, fabrication de savons …) aux aspects industriels (cosmétiques, carburants…). Dans notre cas, nous nous concentrerons sur son tourteau et son usage en tant combustible dans une centrale à vapeur.

Transfert thermique par rayonnement

         Le rayonnement est l’émission par un corps d’ondes électromagnétiques qui sont les vecteurs de ce transfert. Les ondes sont émises dans toutes les directions et appartiennent au domaine de l’infrarouge et du visible. Pratiquement tous les corps (solide, liquide ou gaz) émettent un rayonnement. Les radiations qui transportent de l’énergie peuvent se propager dans le vide et leur propagation suit les mêmes lois que celle de la lumière (vitesse identique, réflexion, réfraction, transmission, absorption)

Le réservoir d’eau

         Le réservoir d’eau aussi appelée ballon distributeur est le compartiment où l’on stock l’eau pour être employer à la production de vapeur. Deux ballons seront utilisés, l’une sert pour stocker l’eau froide et l’autre pour stocker l’excès d’eau à la sortie de la turbine. Ces ballons sont en tôles d’acier doux ou aciers spéciaux et doit avoir une bonne étanchéité. L’eau doit être traitée afin d’éviter le dépôt de tartre à l’extérieur du tube foyer et des tubes de fumée. En effet, le tartre provoquerait :
• Un mauvais échange thermique,
• Un temps de mise en pression-température plus long,
• Un risque de surchauffe au niveau de tube foyer,
• Une surconsommation de combustible,
• Une augmentation de la température des fumées au niveau de la cheminée etc.
Le traitement de l’eau d’alimentation est spécifié dans l’annexe I

Le condenseur

          C’est un échangeur de chaleur qui permet la condensation de la vapeur surchauffée à la sortie de la turbine. A la sortie du condenseur, la vapeur saturée redevient du liquide mais à une température supérieur à celle de l’état initiale. L’eau recueillie est prise dans un autre réservoir (le second ballon distributeur) et donnera l’énergie qu’il a encore à l’eau d’alimentation. L’eau utilisée pour le refroidissement est restituée à son milieu naturel ou renvoyée dans le condenseur

La chaudière

         C’est une capacité fermée, de forme plus ou moins compliqués, contenant de l’eau, comprenant des tubes et 1-2-3 ou pas de réservoir eau-vapeur, susceptible de résister à la pression de fonctionnement de la chaudière. L’eau contenue dans cette capacité est chauffée par les calories dégagées dans le foyer, l’eau s’échauffe, se vaporise et la vapeur se surchauffe. Dans cet appareil, il se produit une transmission de calories des gaz du foyer à l’eau qui se transforme en vapeur surchauffée. La vapeur saturée produite dans la chaudière passe ensuite dans un surchauffeur qui la porte à la température fixée. Cette température est réglée par une installation automatique dans la majorité des cas. Vanne de départ de vapeur alimentant le tuyautage qui se rend à la turbine ; cette vanne peut être commandée électriquement à distance. Le niveau de l’eau est maintenu fixe, dans la chaudière, soit à la main, soit automatiquement ; l’eau est refoulée dans la chaudière par les pompes alimentaires à travers un faisceau tubulaire dit économiseur, placés sur le parcours des gaz du foyer, après la chaudière proprement dite.

Evaluation des impacts environnementaux

         En ce référent sur les cas de Madagascar : le taux de couverture forestière est de 22.6% soit 13 260 000 ha du territoire national, le taux de déforestation annuel est de l’ordre de 0,8%. On estime à 200 000 ha (selon l’IEFN, 1996) l’étendue de forets naturels détruits chaque année à cause du recours au système traditionnel de production basé sur le défrichement itinérant des forêts naturels ou « tavy », en cela s’ajoute la production de charbon de bois pour les sources d’énergie. Dans ce domaine l’emploie du combustible tourteau de jatropha peut atténuer le risque de déforestation. Restons toujours dans le cas de Madagascar, les infrastructures d’électricité sont insuffisantes. Malgré le nombre d’infrastructure situé dans la grande île, leurs exploitations et leurs distributions ne satisfont pas la demande qui croit chaque année. Cela suite à leurs installations qui sont vielles et vulnérables aux intempéries. Ces problèmes constituent un handicap au développement du pays et un frein à la compétitivité des industries exportatrices. Suite au politique de développement durable, l’électrification rurale occupe une importance considérable. C’est dans ce cadre que notre étude est le plus avantageuse. Notre centrale peut satisfaire la demande d’une région prise en considération et surtout respect l’engagement de notre pays à protéger l’environnement.

Table des matières

INTRODUCTION
PARTIE I: GENERALITES
CHAPITRE.I. LA COMBUSTION 
I.1. Combustibles : tourteau de jatropha
I.1.1. Généralité sur la plante
I.1.2. Mode d’obtention du tourteau de Jatropha
I.1.2.1. Etapes d’extraction de l’huile
I.1.2.2. Processus traditionnel
I.1.2.3. Processus réduits
I.1.2.4. Autres procédés d’extraction [S3]
a) Extraction à la presse manuelle
b) Extraction à la presse motorisée
I.1.3. Caractéristique du tourteau de jatropha
I.1.3.1. Sa composition
a) Graine de jatropha
b) Humidité
c) Perte au feu
d) Matière volatile
e) Teneur en cendre
f) Teneur en carbone fixe
I.1.3.2. Pouvoir calorifique
a) Définition
b) Pouvoir calorifique supérieur (P.C.S.)
c) Pouvoir calorifique inférieur (P.C.I.)
I.2. Les réactions chimiques de la combustion
I.3. Température théorique de la combustion
CHAPITRE.II. NOTION SUR LES TRANSFERTS THERMIQUES
II.1. Flux de chaleur
II.2. Transfert thermique par conduction
II.3. Transfert thermique par convection
II.4. Transfert thermique par rayonnement
CHAPITRE.III. PROPRIETE THERMIQUE DE L’EAU ET DE LA VAPEUR
III.1. Généralité
III.2. Relation entre pression et température
III.2.1. Masse volumique de la vapeur
III.2.2. Volume massique
III.3. Vaporisation à la pression atmosphérique
III.3.1. Chaleur massique isobare Cp
III.3.2. Enthalpie de vaporisation
III.3.3. Enthalpie totale
III.4. Le titre de la vapeur saturée
PARTIE II: METHODOLOGIE
CHAPITRE.IV. FONCTIONNEMENT ET CARACTERISTIQUE D’UNE CENTRALE THERMIQUE 
CHAPITRE.V. LES DIFFERENTES ORGANES D’UNE CENTRALE THERMIQUE A VAPEUR
V.1. Les constituants qui assurent l’approvisionnement en eau
V.1.1. Le réservoir d’eau
V.1.2. Les pompes
V.1.3. Recyclage de l’eau
V.1.3.1. Le condenseur
V.1.3.2. Réchauffeur d’air
V.2. La chaufferie et ses composants
V.2.1. Le foyer
V.2.1.1. Brûleurs
V.2.1.2. Chambre de combustion
V.2.2. La chaudière
V.2.3. Le surchauffeur
PARTIE III: CALCULS ET RESULTATS
CHAPITRE.VI. CALCUL DES DIFFERENTS COMPOSANTS DE LA CENTRALE
VI.1. Evaluation de la température théorique de la combustion du tourteau de jatropha
VI.2. Détermination des différents organes de la centrale
VI.2.1. Détermination des pompes alimentaires
VI.2.1.1. La puissance P
VI.2.1.2. Débit de l’eau
VI.2.1.3. Section de tuyauterie
VI.2.2. Température de sortie de la chaudière
VI.2.3. Titre de la vapeur
VI.3. Caractéristique de la vapeur à la sortie du surchauffeur
VI.3.1. Pression de la vapeur
VI.3.2. Vitesse de la vapeur à l’entrée de la turbine
VI.3.2.1. Pression dans la section S2
VI.3.2.2. Vitesse de la vapeur dans la section S2
VI.3.3. Pression de la vapeur dans la turbine
VI.3.4. Température de la vapeur dans la turbine
VI.3.5. Caractéristique de la vapeur après turbine
VI.3.5.1. Pression
VI.3.5.2. Vitesse
VI.3.6. Condenseur
VI.3.6.1. Longueur du tube à installer
a) Puissance échangée
b) Le coefficient d’échange h des deux fluides
VI.3.6.2. Température de sortie de l’échangeur
a) Calcul de la température de sortie de l’échangeur
b) Cherchons le nombre d’unité de transfert
CHAPITRE.VII. DIMENSIONNEMENT
VII.1.Caractéristiques des canalisations
VII.1.1. Dans la chaudière
VII.1.2. Canalisation après chaudière
VII.1.3. Calcul des tuyauteries
VII.1.3.1. Dimension et volume des raccords
a) Coude 90°
b) Raccord de réduction
VII.1.3.2. Expression de la pression de vapeur à l’entrée de la turbine en fonction de la longueur de tuyauterie
a) Pression finale à l’entrée de la turbine (dans l’injecteur)
b) Expression de la vitesse à l’entrée de la turbine
c) Expression du débit Q
VII.1.3.3. Les résultats
a) Vitesse de la vapeur
b) Longueur de tuyauterie
VII.2.Choix de la pompe
VII.3.Les éléments mécaniques
VII.3.1. Arbre de transmission
VII.3.2. Dimension de la clavette
VII.3.3. Calcul des roulements
VII.3.4. Accouplement de l’arbre de la turbine et de l’arbre du moteur
VII.4.Comparaison du combustible tourteau de jatropha avec le gasoil
PARTIE IV: ETUDES D’IMPACTS ENVIRONNEMENTAUX
Introduction
VI.1. Evaluation Des Impacts environnementaux
IV.2. Evaluation des impacts environnementaux
IV.2.1. Mise en contexte du projet
IV.2.2. Analyse des impacts
IV.2.2.1. Identification des impacts probables
a) Identification des impacts positifs
b) Identification des impacts négatifs
c) Mesures à prendre pour le Suppression, réduction ou compensation des effets dommageables
conclusion
CONCLUSION GENERALE
ANNEXES
BIBLIOGRAPHIES

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