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<ul><li><p>Table des matireschapitre 6 suite.....................................................................................................................................2</p><p>6.1 Les diagrammes thermodynamiques et leur utilisation............................................................26.1.1 Diagramme entropique (T,s).............................................................................................26.1.2 Diagramme de Mollier (h, s).............................................................................................36.1.3 Le diagramme enthalpique (P, h) .....................................................................................3</p><p>6.2 Les tables de vapeur..................................................................................................................46.2.1 Tables de saturation..........................................................................................................46.2.2 Tables de la vapeur surchauffe........................................................................................46.2.3 Ou trouver des donnesthermodynamiques :....................................................................5</p><p>chapitre 7 Les cycles turbine vapeur:...........................................................................................67.1 Introduction...............................................................................................................................67.2 Les installations industrielles vapeur.....................................................................................67.3 Calculs d'nergie.......................................................................................................................7</p><p>7.3.1 Travail rcupr au niveau de la turbine...........................................................................77.3.2 Chaleur fournie par la chaudire.......................................................................................87.3.3 rendement par rapport l'isentropique dans la turbine: ...................................................8</p><p>7.4 Cycle de Hirn (Surchauffe de la vapeur)..................................................................................87.4.1 Inconvnient du cycle de Rankine dcrit prcdemment:................................................87.4.2 Solution :...........................................................................................................................8</p><p>7.5 Dtente tage (cycle avec resurchauffeur)..............................................................................97.6 Turbine contre-pression.......................................................................................................107.7 Cycle soutirage (ou prlvement).....................................................................................11</p><p>chapitre 8 Production de froid et Pompes chaleur........................................................................128.1 Principe...................................................................................................................................12</p><p>8.1.1 Machine frigorifique:......................................................................................................128.1.2 Pompe chaleur..............................................................................................................128.1.3 Efficacit frigorifique: ....................................................................................................138.1.4 Coefficient de performance ou COP (Coefficient Of Performance)...............................13</p><p>8.2 Cycle de Carnot. ....................................................................................................................138.3 Le cycle de Rankine invers sec.............................................................................................148.4 Calculs d'nergie:....................................................................................................................15</p><p>8.4.1 compresseur....................................................................................................................158.4.2 Evaporateur.....................................................................................................................158.4.3 Rendement du compresseur par rapport l'isentropique. ..............................................15</p><p>8.5 Echangeur de chaleur..............................................................................................................168.6 Autres amliorations:..............................................................................................................16</p><p>1</p></li><li><p>chapitre 6 suite</p><p>6.1 Les diagrammes thermodynamiques et leur utilisationIl est possible de calculer les valeurs des diffrentes grandeurs d'tat (energie interne, enthalpie,entropie .... ) en fonction des variables d'tat (P,v ou T) l'aide d'quations d'tat trs dveloppes etde diverses donnes exprimentales. Le dveloppement de ces quations ainsi que leur utilisationpour les calculs est une affaire de spcialistes tant donn la lourdeur des calculs mis en jeu.Toutefois, le rsultat de ce type de calculs peut tre utilis dans la pratique sous diffrentes formes.Certaines donnes peuvent tre prsentes sous forme de tables numriques ou sous formegraphique. La prcision de ce genre de donnes est gnralement de l'ordre de 1% ce qui estsuffisant pour la plupart des calculs techniques.A cela, viennent s'ajouter depuis quelque temps, des outils informatiques permettant de raliser trsrapidement des tudes de projets puisque les calculs fastidieux seront directement trats parl'ordinateur.</p><p>6.1.1 Diagramme entropique (T,s)Ce diagramme a pour abscisse l'entropiemassique s et pour ordonne la temprature. Ilest utilis principalement pour l'tude descycles de machines vapeur de mme que lediagramme de Mollier (voir ci-dessous)La courbe de saturation prend une formesimilaire celle qui a t vue sur lediagramme de clapeyron avec une courbed'bullition gauche (liquide satur) et unecourbe de rose droite (vapeur sature) quise rejoignent en un point critique au sommet.Ici encore, (pour une temprature infrieure la temprature critique), les points situs droite de la courbe reprsentent les tatsliquides (liquide sous refroidi), les tatsvapeur tant reprsents par les points situs droite de la courbe de rose. Les points situsen dessous de la courbe de saturationreprsentent un mlange de liquide et devapeur l'quilibre thermodynamique. Unsegment horizontal joignant la courbed'bullition la courbe de rose est la foisune isotherme et une isobare. La position d'unpoint sur cette droite dpend des proportionsdu mlange (titre de vapeur). En parcourant cesegment de la gauche vers la droite, on passeprogressivement d'un titre de vapeur nul(liquide satur pur) un titre de vapeur gal 1 (vapeur sature seule). On trace</p><p>2</p><p>T Diagramme entropique de l'eau</p><p>Liquide satur</p><p>Point Critique</p><p>P=cte et T=cte</p><p>V=</p><p>cte</p><p>x=cte</p><p>V=</p><p>cte</p><p>V=cte</p><p>P=ct</p><p>e</p><p>Vapeur sature</p><p>S ( kcal/kg K )</p></li><li><p>gnralement dans cette partie du diagramme les lignes isotitres. On trouve aussi souvent lesisobares et isochores dans la partie correspondant la vapeur.On peut ainsi facilement suivre les volutions d'un fluide et connatre la valeur de toutes lesgrandeurs dans chaque tat. Un des intrets de ce type de diagramme est qu'on peut facilementcalculer une adiabatique rversible puisque son entropie tant constante, elle sera reprsente par unsegment de droite verticale.</p><p>6.1.2 Diagramme de Mollier (h, s)Les coordonnes de ce diagramme sontl'entropie massique pour l'abscisse etl'enthalpie massique pour l'ordonne. On leprfre gnralement au diagrammeentropique pour les calculs sur les cycles demachines vapeur car il permet de liredirectement la valeur de l'enthalpie sur l'axedes ordonnes. Or c'est celle-ci qui estncessaire dans le cas des machines o lefluide est en coulement (voir chap 5). Onvoit ici aussi une courbe de saturation maiscontrairement au cas prcdent, le pointcritique n'est pas situ au sommet de lacourbe. Sur la figure ci-contre, seule la courbede rose est apparente. Le point critique ainsique la courbe d'bullition se situeraient gauche en dehors du graphique. La raisonpour laquelle le liquide n'est pas reprsentest que c'est surtout la vapeur qui nousintresse ici. Dans les installations vapeur,le liquide est souvent proche de la saturationet des simples tables de saturation suffiront.La rgion au dessus de la courbe reprsentel'tat de vapeur surchauffe et dans cettergion on trace gnralement les isothermes et les isobares.Les points situs sous la courbe reprsentent les mlanges liquide vapeur. Les paliers deliqufaction sont ici des droites obliques dont la pente est gale la temprature absolue. En effet,</p><p>la pente est gale HS</p><p>=T . On trace aussi habituellement les courbes isotitres . </p><p>6.1.3 Le diagramme enthalpique (P, h) Ce diagramme est principalement utilis par les frigorites pour les machines frigorifiques ainsi queles pompes chaleur. L'abscisse est ici l'enthalpie massique tandis que l'ordonne est la pression souvent reprsente surune chelle logarithmique. Ici encore, on observe une courbe de saturation, liquide gauche etvapeur droite avec un point critique au sommet. (En gnral, le point critique est en dehors dudessin car la zone de travail se situe gnralement au dessous ). Les paliers de changement d'tat(isobares et isothermes la fois ) sont de nouveau des horizontales. De la mme manire que prcdemment, on trace: Dans la rgion correspondant la phase vapeur ( droite), les isothermes ainsi que les isentropes</p><p>ou courbes isentropiques c'est dire les courbes pour lesquelles l'entropie reste constante. </p><p>3</p><p>T=Cte</p><p>P = </p><p>cte</p><p> Vapeur sature</p><p>x=cteP =</p><p>cte </p><p>et </p><p>T = </p><p>cte</p></li><li><p> Dans la rgioncorrespondant auxmlanges liquide-vapeur, les lignesisotitres.</p><p> Dans la rgioncorrespondant auliquide, les isobaresne sont pas tracescompte tenu du faitqu'on sait qu'ellessont pratiquementverticales. (Du faitdel'incompressibilitdu liquide,l'enthalpie est trspeu sensible lapression) </p><p>6.2 Les tables de vapeurLa prcision de la lecture sur les diagrammes est souvent insuffisante et on a souvent recours destables dans lesquelles on peut trouver les valeurs des diffrentes grandeurs en fonction des pressionset des tempratures.Il existe deux types de tables. Les tables de saturation donnent les valeurs correspondant au liquidesatur et la vapeur sature. Dans ce cas seule la donne de la pression ou de la temprature suffit dterminer l'tat du systme.On aura donc un tableau simple entre (temprature ou pression). Enrevanche, pour la vapeur surchauffe, il est ncessaire de donner la pression et la temprature pourdfinir l'tat du systme. On aura donc un tableau double entre.</p><p>6.2.1 Tables de saturationElles donnent gnralement sur une ligne toutes les grandeurs correspondant au liquide satur et lavapeur sature pour une mme temprature (ou pression). On trouve gnralement le volumemassique (et quelquefois la masse volumique), l'enthalpie massique et l'entropie pour chacune desdeux phases. La chaleur latente de vaporisation est donne dans certains cas mais c'est peu utile carelle est facilement calcule comme la diffrence d'enthalpie entre la vapeur et le liquide. Danscertains cas, on donne deux tableaux spars, un pour le liquide et l'autre pour la vapeur. D'autresgrandeurs physiques telles que la tension superficielle ou la vitesse du son dans le fluide peuventfigurer dans certaines tables mais nous n'en ferons pas usage ici.Attention, Les valeurs figurant dans deux tables diffrentes peuvent ne pas coincider car pour desgrandeurs telles que l'enthalpie et l'entropie, il est ncessaire de fixer un point de rfrence. Seulesles variations d'enthalpie et d'entropie sont significatives. En pratique, il faut faire les calculs enutilisant la mme table ou vrifier que les points de rfrence sont les mmes si on utilise deuxtables diffrentes.</p><p>6.2.2 Tables de la vapeur surchauffe.Elles se prsentent gnralement sous la forme d'un tableau double entre. Dans le cas des tablesde la vapeur d'eau qui vous ont t distribues, l'intersection entre la ligne correspondant lapression et la colonne correspondant la temprature, on trouve une case dans laquelle sont</p><p>4</p><p>Liquide satur</p><p>Vapeur sature</p><p>T=cte </p><p>v=Cte</p><p>P=cte et T=cte</p><p> s=cte</p><p> x=cte</p><p>Log P</p><p>H</p><p>T=cte</p><p> s=cte</p><p>Vapeur sature</p></li><li><p>indiques les valeurs du volume massique, de l'enthalpie massique et de l'entropie massique pourl'tat considr. Bien entendu, pour une pression donne, ne figurent que des tempraturessuprieures la temprature de saturation (qui dpend de la pression) car pour des tempraturesinfrieures, le fluide n'est pas une vapeur.On trouve aussi quelquefois des donnes reprsentes sous la forme d'isothermes. On a alors untableau pour chaque valeur de la temprature, chaque ligne du tableau correspondant une pression.</p><p>6.2.3 Ou trouver des donnes thermodynamiques :En dehors des documents que je vous distribuerai, vous pouvez trouver un grand nombre dedonnes pour une trs grande varit de molcules sur le site internet WEBBOOK l'adresse:http://webbook.nist.gov/chemistry/ Ce site est ralis par le NIST (National Institute ofStandards and Technology). Il faut pratiquer un peu l'anglais pour l'utiliser. Je ne connais pasd'quivalent en Franais. Pour certaines substances, vous pourrez aussi utiliser les donnesprsentes dans les logiciels que j'ai mis votre disposition tels que Cyclepad ou Thermoptim.Solkane est spcialis dans les fluides frigorignes (applications frigorifiques).</p><p>5</p></li><li><p>chapitre 7 Les cycles turbine vapeur:</p><p>7.1 IntroductionIl ne faut pas croire que la machine vapeur est une technologie dpasse. Certes, on ne voit plusdans nos campagnes de trains vapeur ni sur les fleuves amricains de ces bateaux vapeur quifont le charme de certains films mais les cycles utilisant la vapeur sont encore d'actualit car unegrande partie de la production d'lectricit est base sur cette technique. En effet, les centralesthermiques comme les centrales nuclaires ne sont rien d'autres que d'immenses machines vapeur,que la chaleur soit apporte par la fission de l'uranium, ou par la combustion de charbon, de ptroleou de gaz, le principe gnral de ces centrales reste le mme. C'est ce principe que nous allonsexaminer dans ce chapitre. Un film ralis par EDF dtaillant le fonctionnement d'une centralenuclaire vous sera projet. On se concentrera en particulier sur le passage qui dcrit lefonctionnement de la boucle secondaire qui est l'objet de notre tude.</p><p>7.2 Les installations industrielles vapeurCes installations sont en gnral constitues: D'une chaudire permettant de produire de la vapeur haute temprature et haute pression D'une turbine o la vapeur vient se dtendre en cdant une partie de son nergie sous forme de</p><p>travail. Le travail ainsi rcupr sur un arbre moteur est transmis aux alternateurs de manire leconvertir en nergie lectrique.</p><p> D'un condenseur o la vapeur est ramene l'tat liquide basse pression et basse temprature.A l...</p></li></ul>