III.2 Bilan énergétique :
Dans ce qui suit, nous avons seulement (faut de données)
procéder au calcul du rendement de la turbine et de la chaudière,
ainsi que le rendement global de l'installation.
III.2.1 Rendement thermodynamique de la turbine :
À cause des irréversibilités, la
déviation du comportement réel de la turbine par rapport au
comportement isentropique idéalisé peut être prise en
compte. Nous utilisons donc le processus réel sur un diagramme h-s pour
calculer le rendement des trois corps de la turbine.
· Corps à haute Pression (CHP) :
D'aprés la figure III.2, on tire h4s ? 3010 kJ/kg
enthalpie massique réversible isentropique de l'état 4
situé à la sortie de la turbine HP (voir figure III.1)
Avec h4 = 3080.8 kJ/kg enthalpie massique réelle du
point 4 et h1 = 3459,82 kJ/kg enthalpie massique du point 1 situé
à l'entrée de la turbine HP (d'après le tableau III.1 et
figure III.1)
On a par définition: ?CHP =
(h1 - h4)/( h1 - h4s)
AN : ?HP=?CHP = (3459.82 - 3080.8)/(3459.82 - 3010) = 0.843
??????? = 84,3%
Chapitre III Résultats et
discussion
53
Figure III.3 Diagramme h-s du cas réel de
CHP
· Corps à moyenne Pression (CMP)
:
D'aprés la figure III.3, on tire h12s ? 2490 kJ/kg:
enthalpie massique réversible isentropique de l'état 12
situé à la sortie de la turbine MP (voir figure III.1)
Avec h12 = 2573,4 kJ/kg : enthalpie massique réelle du
point 12 et h10 = 2784,76 kJ/kg enthalpie massique du point 10 situé
à l'entrée de la turbine MP (d'après le tableau III.1 et
figure III.1)
On a par définition: ?CMP =
(h10 - h12)/( h10 - h12s)
AN : ?MP=?CMP = (2784,76 - 2573.4)/(2784,76 - 2490) = 0,717
??????? = 71,7%
Chapitre III Résultats et
discussion
54
Figure III.4 Diagramme h-s du cas réel de
CMP
· Corps à basse Pression (CBP) :
D'aprés la figure III.4, on tire h10s ? 2600 kJ/kg:
enthalpie réversible isentropique de l'état 10 situé
à la sortie de la turbine BP.
Avec h10 = 2784,76 kJ/kg : enthalpie massique réelle du
point 10, et h5 = 3562,09 kJ/kg enthalpie massique du point 5 situé
à l'entrée de la turbine BP (d'après le tableau III.1 et
figure III.1).
On a par définition: ?CBP =
(h5 - h10)/( h5 - h10s)
AN : ?BP=?CBP = (3562,09 - 2784,76)/(3562,09 - 2600) = 0,808
??????? = 80,8%
Chapitre III Résultats et
discussion
Figure III.5 Diagramme h-s du cas réel de
CBP
· Détermination du rendement des trois corps
:
?T =((h1 - h4) + (h10 - h12) + (h5 - h10))/((h1 - h4??) + (h10 -
h12??) + (h5 - h10??))
?T =1377.58/1706.67
?T =80.71%
III.2.2 Rendement thermodynamique de la chaudière
:
Avant de calculer le rendement thermodynamique de la
chaudière, il faut d'abord déterminer le pouvoir calorifique
inférieur du fuel utilisé pour la combustion et qui est le gaz
naturel.
III.2.2.1 Calcul du pouvoir calorifique
inférieur (PCI) du gaz naturel : Le tableau suivant donne la
composition volumique du gaz naturel algérien:
Constituants
|
N2
|
CO2
|
CH4
|
C2H6
|
C3H8
|
C4H10
|
Pourcentage (%)
|
5,5
|
0,21
|
83,45
|
7,4
|
2,45
|
1
|
|
55
Tableau III.2 : Composition volumique du gaz naturel
algérien
Chapitre III Résultats et
discussion
Le pouvoir calorifique inférieur (PCI) se calcule à
partir des enthalpies de combustion des différents constituants du gaz
naturel, en utilisant les enthalpies de formation suivantes :
Substance
|
Nom
|
Etat
physique
|
Enthalpie de formation ????? ?? en o
J/kmol
(à 25°C et 0,1 MPa)
|
Masse molaire
(g/mol)
|
CO2
|
Dioxyde de
carbone
|
Gaz
|
- 393520
|
44,011
|
CH4
|
Méthane
|
Gaz
|
- 74850
|
16,043
|
C2H6
|
Ethane
|
Gaz
|
- 84680
|
30,070
|
C3H8
|
Propane
|
Gaz
|
- 103850
|
44,097
|
C4H10
|
Butane
|
Gaz
|
- 126150
|
58,123
|
H2O
|
Eau
|
Gaz
|
- 241820
|
18,015
|
|
Tableau III.3 : Les enthalpies de combustion des
différents constituants du gaz naturel
· Methane: CH4 + 2O2 ? CO2 + 2
H2O
?hcomb(CH4)
0 = ?hf0(CO2) + 2.
?hf0 (H2O) - ?hf0(CH4) =
-393520 - 2.241820 + 74850
= -802310 kJ/mol
On a PCI (CH4) =
|
-??????? (??????)
????????
|
|
????????
= ?????????? .
|
|
· Ethane: C2H6 + ???? O2 ?
2 CO2 + 3 H2O ?hcomb(C2H6 )
0 = 2. ?hf0(CO2) + 3. ?hf0 (H2O) -
?hf0(C2H6)
2.393520 + 3.241820 - 84680
30,07
= ??????????, ??
????
? ?????? (????????) =
????
· = ????????????
????,??????
56
Propane: C3H8 + 5 O2 ? 3 CO2 + 4 H2O
?hcomb(C3H8)
0 = 3. ?hf 0(CO2) + 4. ?hf 0 (H2O) - ?hf
0(C3H8)
? ?????? (????????) =
|
3.393520 + 4.241820 - 103850
|
= ??????????,???? ????/????
|
|
|
· Butane: C4H10 + ??????
O2 ? 4 CO2 + 5 H2O ?hcomb(C4H10)
0 = 4. ?hf0(CO2) + 5. ?hf0 (H2O) -
?hf0(C4H10)
? ?????? (??????????) =
|
4.393520 + 5.241820 - 126150
|
= ??????????, ???? ????/????
|
|
|
Le pouvoir calorifique inférieur du gaz naturel (GN)
est déterminé en fonction du pouvoir calorifique de chaque
constituant ainsi que leurs compositions volumiques, comme suit :
%CH4.PCI(CH4)+%C2H6.PCI(H6)+%C3H8.PCI(C3H8)+%C4H10.PCI(C4H10)
PCI (GN) = 100
PCI (GN) = 83,45.50010+7,4.47483,2+2,45.46352,13+ 45713,92
100
PCI (GN) = 46839,87 ????
????
| 
