Chaudière
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Une chaudière est un réservoir contenant un fluide et muni d'un système de chauffage. Son but est de produire et stocker de l'énergie thermique dans ce fluide et d'utiliser cette énergie dans un autre lieu. Le fluide chauffé est transporté à l'aide de tuyauteries jusqu'au lieu d'utilisation. Généralement une chaudière fonctionne en circuit fermé, le fluide chaud sort par une tuyauterie fixée sur sa partie haute et revient par une autre tuyauterie fixée sur sa partie basse après avoir circulé et s'être refroidi.
Définition scientifique : système permettant d'augmenter la température d'un fluide en vue de transporter de l'énergie thermique. Le fluide est qualifié de caloporteur.
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[modifier] Exemples
- Une chaudière de chauffage central, permet de distribuer de la chaleur dans différents locaux. La restitution de chaleur s'effectue à l'aide de radiateurs ou de convecteurs. Le liquide employé est généralement de l'eau. Un second circuit peut assurer l'eau chaude sanitaire (douche, etc.)
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- Les fumées des chaudières classiques contiennent de l'eau à l'état vapeur produit lors que la réaction de combustion (voir PCI)
- Les chaudières à condensation, un peu plus onéreuses, sont équipées d'un échangeur supplémentaire au niveau du rejet des fumées où circule l'eau de chauffage avant son introduction dans la chaudière. Ceci permet de condenser et donc de récupèrer l'énergie latente de condensation contenue dans l'eau à l'état vapeur des fumées (voir PCS), donnant l'illusion d'un "rendement" supérieur à 1. Ces chaudières sont intéressantes seulement lorsque la température d'introduction dans la chaudière est basse (environ 40°C au lieu des 60°C habituelle).
- La durée de vie d'une chaudière de bonne marque et soigneusement entretenue chaque année peut dépasser 35 ans; quelle que soit la marque, elle dure rarement moins de dix sauf négligence ou choix de remplacement par un modèle plus performant.
- Une chaudière de locomotive à vapeur chauffe de l'eau jusqu'au stade de la vapeur en surpression, cette vapeur en se détendant dans des pistons délivre une force mécanique qui est utilisée pour déplacer la locomotive.
- Les systèmes de nettoyage vapeur en vogue dans les années 1990-2000 comportent une chaudière à circuit non fermé produisant la vapeur d'eau.
- Une chaudière utilisée pour fournir à un procédé industriel, chaleur et/ou force.
- Une centrale nucléaire utilise le principe de la chaudière. La réaction nucléaire chauffe un fluide, qui transporte l'énergie thermique jusqu'à une turbine entraînant un alternateur.
[modifier] Types
On distingue les chaudières principalement par leur architecture interne
[modifier] à tube de fumées
C'est historiquement le premier type de construction, les gaz résultants de la combustion dans le foyer, circulent ensuite à travers la masse du caloporteur, généralement de l'eau au moyen de tubes, avant d'être évacués par la cheminée. Les premiers modèles utilisait une circulation verticale, plus facile à réaliser, du fait de la convection des gaz, mais par la suite, on réalisa des chaudières avec un arrangement horizontal, plus adaptées, à l'utilisation pour le chemin de fer ou la navigation.
[modifier] à tube d'eau
Dans cette construction, c'est le caloporteur qui circule dans les gaz de combustion. L'avantage de cette formule est surtout la sécurité de ne pas avoir de grandes quantités d'eau dans la chaudière même, qui pourrait en cas de rupture mécanique, entraîner une création explosive de vapeur. Elles furent de plus souvent équipées de surchauffeur, qui laissait circuler la vapeur dans la partie haute des gaz, augmentant donc la température de celle-ci à pression constante.
Les chaudières peuvent utiliser différents combustibles et/ou énergies :(bois, charbon, fioul,gaz, électricité...) Pour les chaudières utilisant un combustible, la circulation des gaz de combustion peut être naturelle (par convection naturelle) ou forcée (ventilateur)
[modifier] à circulation forcée
Dans ce type de chaudières, la circulation de l'eau dans les tubes est assurée à l'aide d'une pompe. Cette conficuration est nécessaire quand la hauteur des tubes est faible ou quand la pression est très élevée c.a.d que la différence de densité entre le liquide et la vapeur est insuffisante pour créer une circulation naturelle (uniquement par différence de densité).
[modifier] à circulation naturelle
La circulation de l'eau dans une chaudière à tube d'eau est très importante pour éviter la formation des zones sèches où le métal est susceptible de fondre sous l'effet de la chaleur (radiation). Dans les chaudières à circulation naturelle, l'eau d'appoint (eau froide) est introduite dans un ballon supérieur, vu que la densité de cette eau est plus grande que celle de l'eau plus chaude déjà existante, elle va descendre naturellement par différence de densité. Durant cette descente, elle commence à prendre la chaleur jusqu à atteindre une zone ou elle devient très chaude et sa densité beaucoup plus faible, dans ce cas, elle monte est revient au ballon dans lequel elle a été introduite. Ce mouvement parcouru par l’eau (on peut imaginer la trajectoire d’une seule goutte) n’était pas obtenu à l’aide d’une pompe : pour cela, il est appelé : circulation naturelle.
