V.1 Cycle de Carnot :
Le cycle de CARNOT (Figure 1.9) est le cycle idéal
suivant lequel une machine thermique motrice fonctionne en assurant le
rendement thermique maximum possible. Il est composé de deux
transformations adiabatiques 1-2 et 3-4 (avec échange de travaux : une
détente et une compression) et de deux transformations isothermes et
isobares 4-1 et 2-3 (avec échange de chaleur Q1 et Q2)
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Chapitre I Généralités sur
les centrales thermique et les
cycles de production d'énergie à
vapeur
Figure I.12 Cycle de Carnot
Les quatre transformations composant le cycle de Carnot sont
donc:
· 1-2 : Détente adiabatique de
la vapeur (Q1-2 = 0) avec production de travail, Wd = Wt = W1-2 = H2 - H1
· 2-3 : Condensation isobare et
isotherme de la vapeur humide (sans production de travail W2-3 = 0) avec rejet,
par le fluide moteur, de la quantité de chateur Q2 au milieu
extérieur, Q2 = Q2-3 = H3 - H2
· 3-4 : Compression adiabatique du
fluide moteur (Q3-4 = 0) avec apport de travail W3-4. Wc = Wp = W3-4
= H4 - H3
· 4-1 : Apport, au fluide moteur, de la
quantité de chateur Q1 à température et pression
constantes (sans production de travail), Q1 = Q4-1 =H1 - H4. [2]
En utilisant ces équations, on obtient le rendement
thermodynamique du cycle de CARNOT :
çth-CARNOT = 1 -1Q21
1Q11=1 - H2-H3
H1-H4
Le rendement thermodynamique du cycle de CARNOT a la valeur
maximale possible qui puisse exister et donc le rendement thermodynamique de
tout autre cycle travaillant entre les mêmes températures T1 et T2
lui sera inférieur.[2]
V.2 Cycle de Rankine :
Le cycle de Rankine (Figure 1.10) peut être
considéré comme le cycle de base des turbines à vapeur. Le
cycle de Rankine ne diffère du cycle de CARNOT que par le fait que la
condensation du fluide moteur est complète (jusqu'à l'état
de liquide saturé avec un titre de
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cycles de production d'énergie à
vapeur
vapeur X3=0, égal à la quantité de
vapeur divisé par la quantité totale du mélange) et donc
la compression est assurée par une pompe au lieu d'un compresseur, ce
qui a pour effet de réduire énormément le travail de
compression et d'augmenter énormément le travail disponible
(utile). [2]
Figure I.13 (a) Cycle de Rankine (b) Installation du
cycle de Rankine
La quantité de chateur Q1, fournit au fluide moteur
totalement à pression constante, se compose alors d'une première
quantité Q5-4 (avec augmentation de la température dans
l'économiseur) pour porter celui-ci à l'état de liquide
saturé (X4 =0) avec augmentation de la température suivit d'une
deuxième Q4-1 pour l'évaporer à température
constante (T4 = T1) jusqu'à l'état de saturation (X1=1). Ce cycle
comporte une transformation en plus (5-4) que celui de Carnot.
Le rendement thermique du cycle de Rankine est :
H2-H3 H1-H2
çth = Wd / Q1= 1 - =
H1-H3 H1-H3
On néglige le travail de compression alors 3 et 5 sont
confondus et H5 = H3. [2]
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