Exercices 521
• Le fluide haute pression sortant du condenseur traverse ensuite un détendeur, qui régule et
abaisse sa pression, avant de traverser un évaporateur, où il s’évapore par contact thermique
avec la source froide à la température T f .
• Il sort de l’évaporateur sous forme gazeuse et est acheminé vers l’absorbeur où il est absorbé par la solution appauvrie eau/ammoniac, issue du bouilleur après avoir été détendue.
L’ensemble est pompé vers le bouilleur, où le cycle recommence.
On a bien entendu T f < T e < T c . On note Q f , Q e , Q c les transferts thermiques algébriquement
reçus par l’ammoniac de la part respectivement de la source froide, de l’extérieur et de la source
chaude. On négligera le transfert thermique dû à l’absorption.
1. Indiquer les signes des trois grandeurs Q f , Q e , Q c . La fonction de refroidissement est-elle
assurée ?
2. Définir le coefficient d’efficacité e de ce réfrigérateur en fonction des données.
3. En appliquant le premier et le second principe à l’ammoniac sur un cycle, montrer que e reste
inférieur à une efficacité maximale e max qu’on exprimera en fonction des températures des trois
sources.
4. Calculer numériquement e max avec T c = 100
◦ C, T e = 25
◦ C et T f = 4,0
◦ C.
Exercice 19.9 Centrale d’échange
Dans une centrale nucléaire dite en circuit ouvert, l’énergie dégagée par la fission des noyaux
d’uranium est évacuée en permanence de la cuve du réacteur par la circulation d’eau sous pression
qui constitue le circuit primaire. La température moyenne de l’eau sortant du réacteur est de
T c = 305
◦ C et sa pression voisine de 150 bar. Cette eau sous pression traverse un échangeur, qui
la met en contact thermique avec le circuit secondaire, parcouru aussi par de l’eau. Elle fournit la
puissance thermique P c à ce circuit secondaire, ce qui provoque la vaporisation de l’eau du circuit
secondaire à la température de 270
◦ C sous la pression de 56 bar. La vapeur d’eau ainsi formée
entraîne la turbine, produisant ainsi la puissance électrique P e . À la sortie de la turbine, cette eau
traverse un condenseur, lequel la met en contact thermique avec l’eau du circuit de refroidissement
pompée dans la mer ou dans un fleuve, dont la température à l’entrée du condenseur est T f = 10
◦ C
en moyenne (notons que selon les saisons, la température de cette eau peut fluctuer d’environ 7
◦ C
autour de cette valeur moyenne). En cédant la puissance thermique P f à l’eau du circuit de
refroidissement, l’eau du circuit secondaire se condense et ressort du condenseur à l’état liquide et
à la température de 30
◦ C et une pompe la renvoie à l’entrée de l’évaporateur.
Le rendement énergétique de la centrale est η =
P e
P c
= 35% et la centrale produit la puissance
électrique P e = 1,1 · 10
3 MW. On considère que la puissance non transformée dans la turbine
est évacuée vers l’extérieur dans le condenseur. L’eau du fleuve ou de la mer est pompée avec un
débit volumique D V = 100 m
3
· s
−1 . On donne la capacité thermique massique de l’eau liquide
c l = 4,18 kJ · K
−1
· kg
−1 et la masse volumique de l’eau liquide μ = 1,0 · 10
3 kg · m
−3 , au voisinage
de 10
◦ C et à la pression de 1,0 bar.
1. Déterminer les valeurs de P c et de P f .
2. Quel serait le rendement de Carnot du circuit secondaire ? Commenter.
3. En supposant que la puissance P f sert à chauffer l’eau du circuit de refroidissement, déterminer
la variation de la température de l’eau du fleuve entre l’entrée du condenseur et sa sortie.
4. Sachant que les centrales nucléaires françaises possèdent en moyenne trois réacteurs ayant un
circuit de refroidissement commun et qu’on considère qu’un rejet loin des berges de l’eau de
© Dunod. Toute reproduction non autorisée est un délit.
partagelivrescpge.blogspot.com
• Le fluide haute pression sortant du condenseur traverse ensuite un détendeur, qui régule et
abaisse sa pression, avant de traverser un évaporateur, où il s’évapore par contact thermique
avec la source froide à la température T f .
• Il sort de l’évaporateur sous forme gazeuse et est acheminé vers l’absorbeur où il est absorbé par la solution appauvrie eau/ammoniac, issue du bouilleur après avoir été détendue.
L’ensemble est pompé vers le bouilleur, où le cycle recommence.
On a bien entendu T f < T e < T c . On note Q f , Q e , Q c les transferts thermiques algébriquement
reçus par l’ammoniac de la part respectivement de la source froide, de l’extérieur et de la source
chaude. On négligera le transfert thermique dû à l’absorption.
1. Indiquer les signes des trois grandeurs Q f , Q e , Q c . La fonction de refroidissement est-elle
assurée ?
2. Définir le coefficient d’efficacité e de ce réfrigérateur en fonction des données.
3. En appliquant le premier et le second principe à l’ammoniac sur un cycle, montrer que e reste
inférieur à une efficacité maximale e max qu’on exprimera en fonction des températures des trois
sources.
4. Calculer numériquement e max avec T c = 100
◦ C, T e = 25
◦ C et T f = 4,0
◦ C.
Exercice 19.9 Centrale d’échange
Dans une centrale nucléaire dite en circuit ouvert, l’énergie dégagée par la fission des noyaux
d’uranium est évacuée en permanence de la cuve du réacteur par la circulation d’eau sous pression
qui constitue le circuit primaire. La température moyenne de l’eau sortant du réacteur est de
T c = 305
◦ C et sa pression voisine de 150 bar. Cette eau sous pression traverse un échangeur, qui
la met en contact thermique avec le circuit secondaire, parcouru aussi par de l’eau. Elle fournit la
puissance thermique P c à ce circuit secondaire, ce qui provoque la vaporisation de l’eau du circuit
secondaire à la température de 270
◦ C sous la pression de 56 bar. La vapeur d’eau ainsi formée
entraîne la turbine, produisant ainsi la puissance électrique P e . À la sortie de la turbine, cette eau
traverse un condenseur, lequel la met en contact thermique avec l’eau du circuit de refroidissement
pompée dans la mer ou dans un fleuve, dont la température à l’entrée du condenseur est T f = 10
◦ C
en moyenne (notons que selon les saisons, la température de cette eau peut fluctuer d’environ 7
◦ C
autour de cette valeur moyenne). En cédant la puissance thermique P f à l’eau du circuit de
refroidissement, l’eau du circuit secondaire se condense et ressort du condenseur à l’état liquide et
à la température de 30
◦ C et une pompe la renvoie à l’entrée de l’évaporateur.
Le rendement énergétique de la centrale est η =
P e
P c
= 35% et la centrale produit la puissance
électrique P e = 1,1 · 10
3 MW. On considère que la puissance non transformée dans la turbine
est évacuée vers l’extérieur dans le condenseur. L’eau du fleuve ou de la mer est pompée avec un
débit volumique D V = 100 m
3
· s
−1 . On donne la capacité thermique massique de l’eau liquide
c l = 4,18 kJ · K
−1
· kg
−1 et la masse volumique de l’eau liquide μ = 1,0 · 10
3 kg · m
−3 , au voisinage
de 10
◦ C et à la pression de 1,0 bar.
1. Déterminer les valeurs de P c et de P f .
2. Quel serait le rendement de Carnot du circuit secondaire ? Commenter.
3. En supposant que la puissance P f sert à chauffer l’eau du circuit de refroidissement, déterminer
la variation de la température de l’eau du fleuve entre l’entrée du condenseur et sa sortie.
4. Sachant que les centrales nucléaires françaises possèdent en moyenne trois réacteurs ayant un
circuit de refroidissement commun et qu’on considère qu’un rejet loin des berges de l’eau de
© Dunod. Toute reproduction non autorisée est un délit.
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