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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 - PSL – Research University, PERSEE – Centre procédés, énergies renouvelables et systèmes énergétiques, Mines ParisTech, Sophia Antipolis, France
INTRODUCTION
Cet article fait suite à l'article Diagrammes thermodynamiques – Généralités [BE 8 040] dans lequel ont été présentées les bases de thermodynamique qui permettent d'établir les diagrammes. Nous renvoyons le lecteur à cet article pour les explications sur les équations utilisées et pour la nomenclature.
Cet article est lui-même structuré en trois parties : tout d'abord, sont présentés les principaux types de diagrammes utilisés en pratique ; une douzaine d'exemples relatifs à quelques fluides courants sont ensuite donnés ; pour terminer, la représentation dans ces diagrammes de trois cycles thermodynamiques de base est expliquée (cycle d'une centrale électrique à vapeur, cycle de réfrigération au R 134a, et cycle de turbine à gaz).
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VERSIONS
- Version archivée 1 de avr. 2002 par Renaud GICQUEL
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1. Présentation des diagrammes thermodynamiques
1.1 Systèmes de coordonnées
Parmi les nombreux systèmes de coordonnées possibles, nous en retiendrons six :
-
le diagramme de Clapeyron (P, v ) qui donne l'image la plus directe des transformations mécaniques, mais qui est peu utilisable pour l'étude des projets industriels, car il ne permet pas de lire avec précision les grandeurs énergétiques usuelles, notamment l'entropie et l'enthalpie ;
-
le diagramme entropique (T, s ) qui visualise directement les transferts de chaleur réversibles
et les diverses irréversibilités possibles ;
-
le diagramme de Mollier (h, s ) qui n'est qu'une transformée du précédent, destinée à montrer directement les transferts d'énergie en système ouvert, et qui présente l'avantage que l'enthalpie intervient directement dans les coordonnées et peut donc être lue sans difficulté ;
-
le diagramme (h, ln P ), dit « des frigoristes », avec l'enthalpie en abscisse et la pression en ordonnée (généralement en échelle logarithmique pour couvrir une large gamme de valeurs). Ce diagramme est traditionnellement utilisé dans l'étude des cycles récepteurs (pompes à chaleur ou machines frigorifiques). Son intérêt est d'associer la contrainte mécanique essentielle (P ) des compresseurs à la variable énergétique (h ) ;
-
les diagrammes exergétiques enthalpique (h, ex h) et entropique (s, ex h) qui sont de simples modifications du diagramme de Mollier permettant de visualiser directement les variations d'exergie. Ces diagrammes, où l'exergie est portée en ordonnée, dépendent bien évidemment de la valeur de la température T 0 intervenant dans le calcul de ex h . L'abscisse correspond à l'enthalpie dans le premier cas et à l'entropie dans le second.
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - BOREL (L.) - Thermodynamique et énergétique. - Presses Polytechniques Romande, Lausanne, vol. 1, 1984, vol. 2 (exercices corrigés) (1987).
-
(2) - GICQUEL (R.) - Systèmes énergétiques. - Tome 1 : Méthodologie d'analyse, bases de thermodynamique. Thermoptim, Presses de l'École des Mines de Paris (2009).
-
(3) - GICQUEL (R.) - Systèmes énergétiques. - Tome 2 : Applications aux technologies de conversion de l'énergie. Presses de l'École des Mines de Paris (2009).
-
(4) - GOURDET (G.), PROUST (A.) - Les diagrammes thermodynamiques. - Dunod, Paris (1950).
-
(5) - REID (R.C.), PRAUSNITZ (J.M.), POLING (B.E.) - The properties of gases and liquids. - 4th Edition, McGraw-Hill (1987).
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
L'article [BE 8 044] passe en revue toute une série de progiciels de thermodynamique.
HAUT DE PAGE
Le portail Thermoptim-UNIT renvoie sur plusieurs sites Internet dédiés aux fluides thermodynamiques http://www.thermoptim.org/
HAUT DE PAGE3.1 Laboratoires – Bureaux d'études – Écoles – Centres de recherche (liste non exhaustive)
CNAM (IFI) http://iffi.cnam.fr
École nationale supérieure des industries chimiques (ENSIC) http://ensic.univ-lorraine.fr/
IFP http://www.ifpenergiesnouvelles.fr/
ENSIACET ...
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