Chapitre II Approche énergétique et
éxergétique
Chapitre II :
Approche énergétique et
éxergétique
Chapitre II Approche énergétique et
éxergétique
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II.1 Analyse énergétique :
II.1.1 Introduction:
Les machines fonctionnent par cycle. En appliquant le premier
et le deuxième principe de la
thermodynamique, on peut calculer le rendement de ce cycle.
Premier principe - principe d'équivalence :
énergie-travail ? énergie-chaleur.
?U = W (cycle) + Q (cycle) = 0
Principe établi par joule/Helmholtz vers 1850 qui
énonce que :
« Travail et chaleur sont les deux seules façons
possibles d'échanger de l'énergie entre
systèmes fermés, et lorsqu'un système
thermodynamique fermé quelconque subit un cycle de
transformations qui le ramène à son état
initial, la somme du travail W et de la chaleur Q
échangés est nulle » [4]
Deuxième principe - principe de hiérarchie
: Sens d'évolution des transformations
?S (système) =S (échangée aves
l'extérieur) + S (créée) = 0
Principe dû aux travaux de Carnot (1824) et Clausius
(1854) qui énonce que :
« Le moteur à vapeur doit et ne peut fonctionner
qu'entre deux réservoirs de chaleur dont les niveaux sont
déterminés par leurs température ».
Enoncé de Clausius : « Le
passage de la chaleur d'un corps froid vers un corps chaud n'a jamais lieu
spontanément et sans modification simultanée du milieu
extérieur ».
Enoncé de Kelvin : « A l'aide
d'un système qui décrit un cycle et qui n'est en contact qu'avec
une seule source de chaleur, il est impossible de recueillir du travail».
[4]
II.1.2 Rendement thermodynamique :
Le rendement thermodynamique « çth » ou tout
simplement rendement d'un cycle thermodynamique « çcycle » ou
« ç » représente le taux de conversion de la
quantité de chaleur fournie au fluide moteur en travail
cédé au milieu extérieur. Sa valeur est toujours positive
et inférieur à 1. Il est donc exprimé par le rapport entre
le travail du cycle `Wcycle' (travail net `Wnet') à la quantité
totale de chaleur `Qch' fournie au fluide moteur pendant tout le cycle soit
:
II.1.2.1 Rendement thermodynamique de la turbine :
La turbine est une machine à une ligne d'arbre
composée de corps HP (Haute Pression), MP (moyenne Pression), et BP
(Basse Pression) qui servent à convertir un courant de vapeur
(énergie thermique) provenant du générateur de vapeur en
énergie mécanique qui sert à
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tourner l'arbre et à entrainer l'alternateur. Ces corps
sont By-passés et permettent un conditionnement de la
vapeur.
Figure II.1 Représentation du cycle
thermodynamique de la turbine dans le diagramme
de mollier
Avec :
M1 : Représente les paramètres de la vapeur
à l'admission de la turbine (température et
pression), est défini sur le diagramme de Mollier, par
l'intersection de l'isobare p1 et
l'isotherme t1.
M3 : Représente l'état de la vapeur sortie turbine
est situé sur l'isobare p2 (pression régnant
dans le condenseur).
M1M2 : Représente la ligne de détente parfaite de
la vapeur dans la turbine.
M1M3 : Représente la ligne de détente réelle
de la vapeur dans la turbine.
h1 - h2 : énergie mise à disposition de la
turbine
h1 - h3 : énergie effectivement transformée
h3 - h2 : énergie dissipée dans les aubage de la
turbine.
h1-h3
Et le rendement se calcule comme suit : ?tur =
h1-h2
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