La dilatation est la variation des dimensions subie par un corps quand la température lorsqu’il est exposé est modifiée. Il est très important de traiter correctement l’absorption des dilatations dans les installations de fluide thermique.

Dans les installations de transmission de chaleur, vapeur ou avec plus raison, de fluide thermique, les températures de fonctionnement qui peuvent être obtenues sont élevées et donc, le phénomène de la dilatation des tubes et les conséquences possibles, doit être correctement traitée.

Pour voir un exemple sur la grandeur des forces que les dilatations produisent et l’importance d’une conception correcte qui élimine tout risque par cette cause, nous allons supposer une section de tuyau de 10 mètres de longueur l, diamètre 3 “, matériau ASME SA 106 Gr B – acier au carbone spécifique pour un service de haute température -, entièrement fixé à ses extrémités et donc, aucune possibilité de dilatation librement.

Le montage de la tuyauterie a été réalisé à température ambiante, 20 ° C, en étant la température maximale de service prévue de 300 ° C.

Dans ces conditions et selon les caractéristiques du matériau, de son coefficient de dilatation thermique linéaire α(2), a une valeur moyenne de ces températures 1.44E-05 m/(m•°C) et la dilatation prévu au moment d’atteindre la température maximale sera de:

formule de dilatation

Avec cette dilatation de 40,4 mm, la tension à laquelle est soumis le tuyau est:

formule de dilatation

En étant E le module d’élasticité(3) ou module de Young du matériau.

Cette tension appliquée à la tuyauterie est très supérieure à la limite élastique(1) à la température de service Sy/ T = 188,06 N / mm².

Si nous parlons en termes de pression, la tuyauterie réalise une pression de 7444 bar sur les points auxquels elle est sujette, que comme réaction appliquent une force de grandeur égale – forces de compression -.

Ces valeurs ne sont pas surprenants, puisque la force associée à la tension produite est 362 tonnes – force:

formule de dilatation

en étant S la section intérieur du tuyau de 3 “, S= 4768.56 mm2

Si nous ne pouvons pas absorber la dilatation produite, le tuyau subirait déformations permanentes – des déformations plastiques – avec courbure et rupture de celui-ci au moment de dépassement de la tension de rupture du matériau à la température de service Su/T = 413,69 N / mm².

Jointe, vous trouvez une feuille de calcul Excel, pour le calcul des dilatations.

Différentes possibilités existent pour l’absorption des dilatations dans les installations de fluide thermique:

  • De la conception de l’installation ou appelé aussi: système d’auto-compensation. Seulement intervient le propre tracé de la tuyauterie pour absorber la dilatation.
  • Des figures de déformation. Avec des courbes et gestes artificiels de tuyau adoptés, en étant impossible d’adopter un système d’auto-compensation. On peut considérer trois types en fonction de leur forme géométrique, en “U” en “V” et en “Z”.
  • Compensateurs ou des joints de dilatation. Élément spécifique de la déformation mécanique du petit espace.

Dans les chapitres nous suivants, nous expliquerons plus précisément ces solutions et les avantages et les inconvénients de chacune.

NOTES:

  • La limite élastique est la tension maximale qu’un matériau peut supporter sans souffrir déformations permanentes. Les tensions supérieures à ce-limite-là, provoquent que le matériau subit un comportement plastique de déformation permanente et qu’il ne peut pas récupérer spontanément sa forme originale au moment d’éliminer les tensions.
  • Le coefficient de dilatation est la variation de longueur par unité de longueur et le degré de température de chaque matériau.
  • Caractéristique d’un matériau élastique que indique le comportement du même selon la direction dans laquelle une force est appliquée.