Qu'est-ce qu'un séparateur de vapeur?
Un séparateur de vapeur est utilisé pour éliminer la vapeur d'eau de la vapeur. Bien que le terme puisse désigner un ensemble spécialisé d’équipements fonctionnant de concert, un séparateur de vapeur peut être tout ce qui élimine le surplus de vapeur d’eau de la vapeur afin d’augmenter le rendement thermique d’un moteur à vapeur. Le produit final d'un séparateur d'humidité à la vapeur est appelé vapeur "sèche", bien qu'il contienne toujours de l'eau à l'état gazeux. Les séparateurs de vapeur sont utilisés dans tous les domaines, des moteurs de locomotives à vapeur classiques aux systèmes de turbine modernes à fission nucléaire.
La vapeur régulière ou "humide" qui n'a pas traversé un séparateur de vapeur contient des gouttelettes d'eau en suspension qui sont encore à l'état liquide. Celles-ci sont créées lorsque l'eau est suffisamment excitée par la chaleur du processus d'ébullition pour se libérer de la plus grande masse de liquide, mais que l'énergie transmise aux molécules n'est pas suffisante pour rompre la tension superficielle des gouttelettes. Non seulement ces gouttelettes sont encore liquides, mais elles constituent également des noyaux autour desquels la vapeur gazeuse peut plus facilement se refroidir et se condenser.
Dans l'exemple le plus élémentaire de locomotive à vapeur, un dôme de vapeur est placé au-dessus de la chaudière pour servir de séparateur de vapeur. La vapeur qui passe de la chaudière aux pistons actionnant le moteur doit remonter dans le dôme vapeur et redescendre. Cette conception crée un séparateur de vapeur passif. La vapeur d'eau emprisonnée par le séparateur de vapeur pourrait sinon se transmettre aux cylindres du piston et s'y condenser. Si on le laissait se condenser en quantité suffisante, l'eau créerait une masse non compressible à l'intérieur du cylindre du piston, créant ainsi une condition appelée blocage hydraulique, qui entraînerait la panne de l'ensemble du moteur.
Bien que certains moteurs à vapeur modernes utilisent encore un dôme à vapeur, cette forme de séparateur de vapeur peut être complétée par d'autres séparateurs d'humidité et la vapeur peut traverser plusieurs séparateurs avant d'atteindre les turbines. Certains séparateurs de vapeur passifs peuvent inclure des tubes étroits, des vannes ou des aubes qui empêchent le passage de gouttelettes de liquide et renvoient l'eau récupérée dans la chaudière. Celles-ci peuvent être formées de manière à faire tourbillonner la vapeur qui les traverse, augmentant ainsi l'efficacité du dispositif.
Les dangers sont différents dans un moteur à turbine, la nécessité et le fonctionnement d'un séparateur de vapeur sont essentiellement les mêmes. Les gouttelettes d'eau dans la vapeur à haute pression qui passe sur les turbines des centrales électriques modernes peuvent endommager les aubes de turbine et d'autres pièces. De plus, la condensation sur les aubes et les pièces de la turbine peut entraîner une érosion au fil du temps. Bien que ce type de dommage ne soit pas aussi catastrophique que le verrouillage hydraulique, il diminuera considérablement la durée de vie d’une turbine.