Chapitre 9
259
Figure 9.11 – Diagramme température-entropie d’une centrale à vapeur fonctionnant sur un cycle de Carnot. Les trajets en pointillés représentent les évolutions
réelles (irréversibles) du fluide pendant les compressions et détentes.
Diagramme CC-0 Olivier Cleynen
9.4.2 Le cycle de Rankine
En pratique, l’utilisation du cycle de Carnot comme décrit plus haut pose
plusieurs difficultés :
• La compression d’un mélange diphasique est technologiquement difficile
(§9.3.2 p. 250) ;
• Dans le condenseur, il est difficile d’interrompre la condensation à un
endroit précis (le point A en figures 9.10 et 9.11 plus haut, dont le titre est
proche mais différent de zéro).
William Rankine, ingénieur anglo-saxon, propose en 1859 une modification
du cycle en poursuivant la condensation jusqu’à saturation et en ne compressant l’eau qu’à l’état liquide. Une machine basée sur ce cycle est décrite
en figures 9.12 et 9.13.
Le cycle de Rankine utilise donc une pompe à eau liquide plutôt qu’un
compresseur en mélange liquide/vapeur. Technologiquement, une pompe
est plus simple à concevoir, fabriquer et mettre en œuvre qu’un compresseur.
Autre avantage, la compression d’un liquide est plusieurs dizaines de fois
plus économe en énergie que celle du mélange (§9.3.2).
Toutefois, cette économie d’énergie n’est pas sans contrepartie : à la sortie
de la pompe (point B), l’eau est à température bien plus faible qu’elle ne
l’était à la sortie du compresseur en figure 9.10. C’est la chaudière qui devra
ramener l’eau à l’état de liquide saturé. Autrement dit, il faut fournir une
dépense supplémentaire considérable sous forme de chaleur pour compenser
la baisse de puissance de compression.
On peut remarquer qu’une partie importante de la chaleur fournie par la
chaudière (c’est-à-dire í µí± chaudière = ℎ C − ℎ í µí°µ ) n’est plus apportée à la température maximale du cycle. Nous avons vu aux chapitres 7 et 8 qu’un apport
de chaleur à basse température se traduit toujours par un rendement plus
faible.
https://thermodynamique.fr – CC-by-sa Olivier Cleynen
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Figure 9.11 – Diagramme température-entropie d’une centrale à vapeur fonctionnant sur un cycle de Carnot. Les trajets en pointillés représentent les évolutions
réelles (irréversibles) du fluide pendant les compressions et détentes.
Diagramme CC-0 Olivier Cleynen
9.4.2 Le cycle de Rankine
En pratique, l’utilisation du cycle de Carnot comme décrit plus haut pose
plusieurs difficultés :
• La compression d’un mélange diphasique est technologiquement difficile
(§9.3.2 p. 250) ;
• Dans le condenseur, il est difficile d’interrompre la condensation à un
endroit précis (le point A en figures 9.10 et 9.11 plus haut, dont le titre est
proche mais différent de zéro).
William Rankine, ingénieur anglo-saxon, propose en 1859 une modification
du cycle en poursuivant la condensation jusqu’à saturation et en ne compressant l’eau qu’à l’état liquide. Une machine basée sur ce cycle est décrite
en figures 9.12 et 9.13.
Le cycle de Rankine utilise donc une pompe à eau liquide plutôt qu’un
compresseur en mélange liquide/vapeur. Technologiquement, une pompe
est plus simple à concevoir, fabriquer et mettre en œuvre qu’un compresseur.
Autre avantage, la compression d’un liquide est plusieurs dizaines de fois
plus économe en énergie que celle du mélange (§9.3.2).
Toutefois, cette économie d’énergie n’est pas sans contrepartie : à la sortie
de la pompe (point B), l’eau est à température bien plus faible qu’elle ne
l’était à la sortie du compresseur en figure 9.10. C’est la chaudière qui devra
ramener l’eau à l’état de liquide saturé. Autrement dit, il faut fournir une
dépense supplémentaire considérable sous forme de chaleur pour compenser
la baisse de puissance de compression.
On peut remarquer qu’une partie importante de la chaleur fournie par la
chaudière (c’est-à-dire í µí± chaudière = ℎ C − ℎ í µí°µ ) n’est plus apportée à la température maximale du cycle. Nous avons vu aux chapitres 7 et 8 qu’un apport
de chaleur à basse température se traduit toujours par un rendement plus
faible.
https://thermodynamique.fr – CC-by-sa Olivier Cleynen