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RÉSUMÉ
Les propriétés thermodynamiques des corps purs peuvent être représentées graphiquement dans un plan, sous forme de diagramme thermodynamique. Plusieurs systèmes de coordonnées peuvent être choisis, en fonction de l'usage qui est fait de ces diagrammes. Dans cet article, nous fournissons une douzaine d'exemples de diagrammes et montrons comment trois types de cycles peuvent y être représentés.
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Renaud GICQUEL : Professeur à l’École des mines de Paris - Directeur du Centre d’énergétique
INTRODUCTION
Cet article fait suite à l’article Diagrammes thermodynamiques- Généralités dans lequel ont été présentées les bases de thermodynamique qui permettent d’établir les diagrammes.
Il est lui-même structuré en trois parties : tout d’abord, sont présentés les principaux types de diagrammes utilisés en pratique ; douze exemples relatifs à quelques fluides courants sont ensuite donnés ; pour terminer, la représentation dans ces diagrammes de deux cycles thermodynamiques de base est expliquée (cycle d’une centrale électrique à vapeur et cycle de réfrigération au R 134a).
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- Version courante de oct. 2015 par Renaud GICQUEL
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3. Représentation de cycles usuels dans les diagrammes
Afin d’illustrer l’utilisation des diagrammes que nous avons étudiés dans le paragraphe 1, nous présentons ici deux exemples de cycles thermodynamiques simples, le premier correspondant à une centrale de production d’électricité à vapeur d’eau, le second à une installation de réfrigération à compression utilisant du R 134a. Ces exemples ont été modélisés avec le progiciel Thermoptim, qui permet de calculer facilement des cycles thermodynamiques relativement complexes sans être pour autant obligé ni de recourir à des simplifications outrancières, ni de se livrer à des calculs fastidieux. Une version de démonstration, avec licence d’utilisation gratuite (pour Windows, MacIntosh, Linux ou Unix) et contenant entre autres les exemples présentés ci-dessous, peut être téléchargée gratuitement à partir du site : http://www.thermoptim.com/.
Les lecteurs intéressés par d’autres exemples pourront aussi se référer au tome 2 de l’ouvrage de l’auteur cité en bibliographie [8], ou à d’autres livres analogues.
3.1 Calcul d’un cycle de centrale à vapeur
On se propose d’étudier une centrale thermique à vapeur fonctionnant suivant le cycle de Hirn simple (figure 20), et de le représenter sur les différents diagrammes décrits précédemment.
Au point 1, un débit de 1 kg/s d’eau est à l’état liquide, à une température d’environ 20 oC, sous une faible pression (0,023 bar). Une pompe, de rendement isentropique égal à 1, met cette eau en pression à 165 bar (point 2 ).
L’eau sous pression est ensuite chauffée à pression constante dans une chaudière à flamme (fuel, charbon, gaz naturel). L’échauffement comporte trois étapes :
-
chauffage...
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