5 • Cycles
thermodynamiques
227
5.7 Les cycles à détente
© Dunod – La photocopie non autorisée est un délit.
à une liquéfaction pour un gaz parfait. De plus, pour qu’une liquéfaction
ait lieu, il faut que y > 0 soit h 1 − h 2 > 0. La condition est que le coefficient de Joule-Thomson soit positif à la température de la compression
(généralement la température ambiante). Ce cycle ne peut donc s’appliquer avec succès qu’aux fluides dont la température d’inversion est supérieure à
la température de compression (voir chapitre 3).
Ce critère élimine trois fluides cryogéniques pour lesquels le cycle de
Linde ne conduit pas à la liquéfaction à partir d’une compression à température ambiante : le néon, l’hydrogène et l’hélium.
En revanche pour des gaz comme l’azote ou l’oxygène, la liquéfaction
est possible depuis une simple compression isotherme à température
ambiante.
Pour calculer l’énergie mécanique nécessaire pour la compression, on
utilise le résultat pour la compression isotherme réversible :
w c = (h 2 − T a s 2 ) − (h 1 − T a s 1 ) = ex 2 − ex 1
[5.55]
w c est l’énergie de compression isotherme, à la température T a , pour une
masse unitaire de gaz et ex 2 et ex 1 sont les exergies du fluide. L’énergie
massique de liquéfaction est égale à :
[5.56]
Si l’on augmente le taux de compression, on augmente le taux de liquéfaction. On aura donc intérêt à opérer avec un taux de compression aussi
élevé que le permet la technologie.
Des améliorations, visant à augmenter le taux de liquéfaction, peuvent
être apportées au cycle de Linde : prérefroidissement (ou cycle à cascade), cycle à deux pressions par exemple.
5.7.2 Le cycle de liquéfaction à détente
avec travail extérieur
Dans les cycles à détente avec travail extérieur, on utilise toujours la
détente de Joule-Thomson pour la liquéfaction mais maintenant, une
autre turbine de détente est utilisée.
1
2
1
1
2
(
)
(
)
1
c
L
w
Ts s
h h
y
h h
È
˘
-
=
-
-
Í
˙
-
Î
˚
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5.7 Les cycles à détente
© Dunod – La photocopie non autorisée est un délit.
à une liquéfaction pour un gaz parfait. De plus, pour qu’une liquéfaction
ait lieu, il faut que y > 0 soit h 1 − h 2 > 0. La condition est que le coefficient de Joule-Thomson soit positif à la température de la compression
(généralement la température ambiante). Ce cycle ne peut donc s’appliquer avec succès qu’aux fluides dont la température d’inversion est supérieure à
la température de compression (voir chapitre 3).
Ce critère élimine trois fluides cryogéniques pour lesquels le cycle de
Linde ne conduit pas à la liquéfaction à partir d’une compression à température ambiante : le néon, l’hydrogène et l’hélium.
En revanche pour des gaz comme l’azote ou l’oxygène, la liquéfaction
est possible depuis une simple compression isotherme à température
ambiante.
Pour calculer l’énergie mécanique nécessaire pour la compression, on
utilise le résultat pour la compression isotherme réversible :
w c = (h 2 − T a s 2 ) − (h 1 − T a s 1 ) = ex 2 − ex 1
[5.55]
w c est l’énergie de compression isotherme, à la température T a , pour une
masse unitaire de gaz et ex 2 et ex 1 sont les exergies du fluide. L’énergie
massique de liquéfaction est égale à :
[5.56]
Si l’on augmente le taux de compression, on augmente le taux de liquéfaction. On aura donc intérêt à opérer avec un taux de compression aussi
élevé que le permet la technologie.
Des améliorations, visant à augmenter le taux de liquéfaction, peuvent
être apportées au cycle de Linde : prérefroidissement (ou cycle à cascade), cycle à deux pressions par exemple.
5.7.2 Le cycle de liquéfaction à détente
avec travail extérieur
Dans les cycles à détente avec travail extérieur, on utilise toujours la
détente de Joule-Thomson pour la liquéfaction mais maintenant, une
autre turbine de détente est utilisée.
1
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