Présentation
Auteur(s)
-
Renaud GICQUEL : Professeur à l’École des mines de Paris - Directeur du Centre d’énergétique
Lire cet article issu d'une ressource documentaire complète, actualisée et validée par des comités scientifiques.
Lire l’articleINTRODUCTION
En mettant en évidence les transformations subies par les fluides et en permettant de les calculer, au moins de manière approximative, les diagrammes font partie des outils de base du thermodynamicien. Leur intérêt est double :
-
permettre de représenter graphiquement les cycles ;
-
faciliter l’estimation des propriétés thermodynamiques des fluides.
Du fait des possibilités offertes par les progiciels de calcul des propriétés des fluides qui sont de plus en plus répandus, le second intérêt a tendance à diminuer tandis que le premier conserve toute son actualité. Visualiser sur un diagramme un cycle calculé à l’aide d’un outil informatisé permet même souvent de s’assurer qu’il ne comporte pas de point aberrant dû à une erreur lors de l’entrée des données...
Un diagramme se présente sous forme d’un graphique plan comportant le tracé d’un certain nombre de courbes remarquables, notamment des familles d’isovaleurs des fonctions d’état.
Pour un diagramme papier, la lecture de l’état d’un point se fait d’une part sur les axes, et d’autre part par interpolation entre les courbes d’isovaleurs. Pour un diagramme interactif, elle s’obtient par un simple clic de souris, les valeurs précises étant affichées à l’écran.
Comme nous le montrerons dans cet article, différents systèmes de coordonnées sont retenus selon les cas, les plus utilisés pour les corps purs étant le diagramme entropique (T, s), le diagramme de Mollier (h, s) et le diagramme (h, ln P) dit des frigoristes.
Cette étude est divisée en quatre parties :
-
une présentation des généralités sur les diagrammes et un rappel des bases de thermodynamique, objet du présent article ;
-
l’analyse des diagrammes des fluides purs, des mélanges azéotropiques et des gaz idéaux (article Diagrammes thermodynamiques- Fluides purs, azéotropes et gaz idéaux) ;
-
l’étude des diagrammes de mélanges de fluides non azéotropiques (article Diagrammes thermodynamiques- Mélanges utilisés en réfrigération) ;
-
une présentation de quelques progiciels de thermodynamique.
D’une manière générale, nous avons volontairement adopté une présentation aussi simple que possible des choses, orientée vers la seule compréhension des diagrammes et des progiciels de thermodynamique, avec quelques indications sur leur construction pratique.
Les lecteurs intéressés par de plus amples développements théoriques pourront se reporter aux références bibliographiques, et en particulier à l’article Propriétés thermodynamiques des fluides.
Enfin, précisons que ces articles font, avec l’autorisation des Presses de l’École des Mines de Paris, de très larges emprunts au chapitre 2 de l’ouvrage de l’auteur intitulé « Systèmes Énergétiques, Tome 1 : méthodologie d’analyse, bases de thermodynamique, Thermoptim ». Les notations sont celles de ce livre, à quelques variantes près effectuées par souci d’homogénéité avec d’autres articles des Techniques de l’Ingénieur.
Cet article est réservé aux abonnés.
Il vous reste 92 % à découvrir.
Déjà abonné ? Se connecter
VERSIONS
- Version archivée 2 de juil. 2015 par Renaud GICQUEL
- Version courante de mars 2020 par Renaud GICQUEL
DOI (Digital Object Identifier)
Présentation
Définitions, rappels de thermodynamiqueArticle inclus dans l'offre
"Physique énergétique"
(74 articles)
Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques.
Quiz, médias, tableaux, formules, vidéos, etc.
Opérationnels et didactiques, pour garantir l'acquisition des compétences transverses.
Un ensemble de services exclusifs en complément des ressources.
2. Conséquences pour les diagrammes thermodynamiques
Sur le plan pratique, les principales transformations que l’on rencontre dans les processus industriels mettant en jeu des fluides purs sont des compressions, des détentes, des échanges de chaleur et des laminages. Il est clair que la température T, la pression P et le titre en vapeur x sont des fonctions d’état dont la connaissance est nécessaire pour l’étude de ces processus et la conception des équipements. Les remarques précédentes montrent que l’enthalpie h et l’entropie s sont aussi très importantes. Enfin, la connaissance du volume massique v est nécessaire pour dimensionner les conduits, puisque c’est elle qui permet de passer du débit-masse au débit-volume.
En conclusion, les grandeurs les plus intéressantes sur le plan pratique sont T, P, h, s, et des informations complémentaires sur x et v peuvent être nécessaires. C’est donc parmi les quatre premières que sont choisies les abscisses et les ordonnées des diagrammes usuels.
Le couple (T, P ) est insuffisant, car T et P sont liés par la loi de vapeur saturante dans la zone d’équilibre liquide-vapeur. Le couple (T, h ) est rarement retenu, car les isobares et les isentropes y sont représentées par des courbes présentant des points d’inflexion qui en rendent l’usage délicat. De plus, les variations de T et h sont proportionnelles lorsque le fluide suit la loi des gaz idéaux. Le couple (T, s ) est très utilisé : il correspond au diagramme entropique que nous détaillerons plus loin.
Le couple (P, s ) est peu usité, pour des raisons analogues à celles du couple (T, h ). Le couple (P, h ) est de plus en plus employé, généralement avec une échelle logarithmique pour les pressions. Il correspond au diagramme dit « des frigoristes » parce que ce sont eux qui en ont généralisé l’usage, et sera étudié plus loin.
Le couple (h, s ), connu sous le nom de diagramme de Mollier, a été très utilisé dans le passé, mais il l’est moins aujourd’hui car il est moins intuitif que les deux autres. Auparavant, son intérêt principal était que les valeurs des variations d’enthalpie et d’entropie pouvaient être directement lues sur les axes, par exemple à l’aide d’un compas à pointe sèche. Il se révélait donc extrêmement précis...
Cet article est réservé aux abonnés.
Il vous reste 92 % à découvrir.
Déjà abonné ? Se connecter
Conséquences pour les diagrammes thermodynamiques
Article inclus dans l'offre
"Physique énergétique"
(74 articles)
Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques.
Quiz, médias, tableaux, formules, vidéos, etc.
Opérationnels et didactiques, pour garantir l'acquisition des compétences transverses.
Un ensemble de services exclusifs en complément des ressources.
Cet article est réservé aux abonnés.
Il vous reste 95 % à découvrir.
Déjà abonné ? Se connecter
Article inclus dans l'offre
"Physique énergétique"
(74 articles)
Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques.
Quiz, médias, tableaux, formules, vidéos, etc.
Opérationnels et didactiques, pour garantir l'acquisition des compétences transverses.
Un ensemble de services exclusifs en complément des ressources.
