5 • Cycles
thermodynamiques
160
5.2 Les cycles moteurs à vapeur
En fait, un cycle de machine à vapeur peut se passer de condenseur et fonctionner en système ouvert. C’était le cas des locomotives à vapeur dans lesquelles la vapeur en sortie de turbine était rejetée dans l’atmosphère. Il
existe actuellement très peu de machines à vapeur fonctionnant encore en
cycle ouvert, c’est pourquoi le cycle fermé sera présenté en priorité.
Dans un diagramme (T, s), tous les points du cycle sont représentés
(Figure 5.3) alors que dans un diagramme (h, s), généralement, seule la
détente est représentée (Figure 5.4). Le point 1 représente l’état du
liquide en sortie de condenseur. Pour le positionner sur le diagramme
(T, s), il suffit de connaître la température du condenseur et de placer le
point 1 sur la courbe du liquide saturant correspondant à cette température. Pour positionner, sur ce même diagramme (T, s) le point 2, on
observe que la compression adiabatique réversible est une compression
isentropique. Le point 2 se trouve donc sur l’isentrope passant par le
point 1 et à la haute pression HP existant dans le générateur de vapeur
(nous verrons plus loin comment calculer la position de ce point). La
valeur de cette HP est imposée par la température du générateur de
vapeur. Le point 3 se trouve sur la courbe du liquide saturant à la température du générateur de vapeur. Le point 4 se trouve à la même température (et la même pression) que le point 3 mais sur la courbe de la vapeur
saturante. Sur le diagramme (h, s), le point 4 se positionne à l’intersection de l’isotherme de la vapeur surchauffée et de la courbe de vapeur
saturante. Enfin, pour positionner le point 5, on tient compte du fait que
la détente adiabatique réversible est une détente isentropique. Le point 5
se trouve donc à l’intersection de l’isobare BP (passant par le point 1) et
de l’isentrope passant par le point 4. On utilise la règle des leviers pour
obtenir le titre en vapeur du point 5. La variation d’enthalpie au cours de
la détente s’obtient par lecture directe sur le diagramme (h, s), ce qui
représente l’avantage de ce diagramme.
Application numérique
Considérons un cycle de Rankine fonctionnant entre 40 °C et 300 °C. Pour
obtenir les points du cycle, on peut utiliser soit un diagramme, soit des
tables, soit un logiciel. Il faut pouvoir utiliser l’information sous l’une de ces
formes. Dans cet exemple, nous utilisons un logiciel. Les points de la
figure 5.3 correspondent aux valeurs du tableau 5.1.
thermodynamiques
160
5.2 Les cycles moteurs à vapeur
En fait, un cycle de machine à vapeur peut se passer de condenseur et fonctionner en système ouvert. C’était le cas des locomotives à vapeur dans lesquelles la vapeur en sortie de turbine était rejetée dans l’atmosphère. Il
existe actuellement très peu de machines à vapeur fonctionnant encore en
cycle ouvert, c’est pourquoi le cycle fermé sera présenté en priorité.
Dans un diagramme (T, s), tous les points du cycle sont représentés
(Figure 5.3) alors que dans un diagramme (h, s), généralement, seule la
détente est représentée (Figure 5.4). Le point 1 représente l’état du
liquide en sortie de condenseur. Pour le positionner sur le diagramme
(T, s), il suffit de connaître la température du condenseur et de placer le
point 1 sur la courbe du liquide saturant correspondant à cette température. Pour positionner, sur ce même diagramme (T, s) le point 2, on
observe que la compression adiabatique réversible est une compression
isentropique. Le point 2 se trouve donc sur l’isentrope passant par le
point 1 et à la haute pression HP existant dans le générateur de vapeur
(nous verrons plus loin comment calculer la position de ce point). La
valeur de cette HP est imposée par la température du générateur de
vapeur. Le point 3 se trouve sur la courbe du liquide saturant à la température du générateur de vapeur. Le point 4 se trouve à la même température (et la même pression) que le point 3 mais sur la courbe de la vapeur
saturante. Sur le diagramme (h, s), le point 4 se positionne à l’intersection de l’isotherme de la vapeur surchauffée et de la courbe de vapeur
saturante. Enfin, pour positionner le point 5, on tient compte du fait que
la détente adiabatique réversible est une détente isentropique. Le point 5
se trouve donc à l’intersection de l’isobare BP (passant par le point 1) et
de l’isentrope passant par le point 4. On utilise la règle des leviers pour
obtenir le titre en vapeur du point 5. La variation d’enthalpie au cours de
la détente s’obtient par lecture directe sur le diagramme (h, s), ce qui
représente l’avantage de ce diagramme.
Application numérique
Considérons un cycle de Rankine fonctionnant entre 40 °C et 300 °C. Pour
obtenir les points du cycle, on peut utiliser soit un diagramme, soit des
tables, soit un logiciel. Il faut pouvoir utiliser l’information sous l’une de ces
formes. Dans cet exemple, nous utilisons un logiciel. Les points de la
figure 5.3 correspondent aux valeurs du tableau 5.1.