Chapitre 9
271
Exercices
Les propriétés de l’eau sont toutes tabulées dans
les abaques n°1, 2 et 3 (voir l’annexe A1 p. 315)
L’air est considéré comme un gaz parfait.
í µí± í µí±£ (air) = 718 J kg
−1 K
−1
í µí± air = 287 J kg
−1 K
−1
í µí± í µí± (air) = 1 005 J kg
−1 K
−1
í µí»¾ air = 1,4
9.1 Cycle de Rankine surchauffé
La centrale EDF de Porcheville (figure 9.27) reçoit de
la chaleur issue de la combustion de fioul, et utilise
un cycle à vapeur pour alimenter une génératrice électrique.
Dans la centrale l’eau évolue entre les pressions
de 0,1 bar et 140 bar. La vapeur atteint 545
◦ C, et les
turbines ont une efficacité isentropique de 80 %.
Pour les besoins de l’exercice, nous considérons que le
cycle est basé sur un cycle de Rankine surchauffé.
1. Schématisez le circuit physique de l’eau dans la
centrale ; tracez le cycle suivi sur un diagramme
température-entropie, de façon qualitative (c’està-dire sans représenter les valeurs numériques) en
y représentant aussi la courbe de saturation.
2. Quelle est l’enthalpie de l’eau à la sortie des turbines ?
3. Quelle est l’enthalpie de l’eau à la sortie des
pompes ?
4. Quel est le rendement thermodynamique de l’installation ?
Figure 9.27 – Centrale électrique de Porcheville, alimentée au charbon jusqu’en 1987 et fonctionnant désormais au fioul. Elle sert principalement les demandes
de pointe.
Photo CC-0 Olivier Cleynen
5. Quelle est la consommation spécifique de l’installation, c’est-à-dire la masse de vapeur ayant pénétré
la turbine lorsque l’installation a généré 1 kWh
d’énergie mécanique ?
6. Quel débit horaire de vapeur faut-il faire circuler
dans le circuit pour obtenir une puissance mécanique de 60 MW ?
9.2 Mise en place d’une resurchauffe
L’installation de Porcheville décrite dans l’exercice 9.1
est modifiée pour accueillir une série de tubes de resurchauffe. La détente de l’eau est interrompue à 18 bar
dans la turbine, et la vapeur est ramenée à la température maximale du cycle (c’est-à-dire 545
◦ C).
La centrale est alimentée au fioul lourd dit « TBTS », de
masse volumique 1 050 kg m
−3 et de pouvoir calorifique
40,2 MJ kg
−1 .
L’air utilisé pour la combustion pénètre dans la chaudière à température de 15
◦ C et pression de 1 bar. Il est
porté à température de 820
◦ C par combustion à pression constante, avant de passer autour des conduits
d’eau. Lorsqu’il quitte la chaudière, sa température est
de 180
◦ C.
1. Quel est le nouveau rendement thermique de la
centrale ?
2. Quelle est sa nouvelle consommation spécifique ?
3. Quel débit d’air faut-il admettre dans la chaudière
pour maintenir une puissance mécanique nette
de 60 MW ?
4. Quelle est l’efficacité de la chaudière ?
5. Quel est le débit volumique horaire de carburant ?
6. Un/e ingénieur/e propose de faire passer le conduit
d’air d’admission au travers des gaz d’échappement (sans pourtant les mélanger) pour augmenter la température de l’air avant combustion. Cela
vous paraît-il être une bonne idée ?
9.3 Cycle avec régénération
Dans un navire brise-glace polaire (figure 9.28), une
installation à vapeur alimente les hélices à partir d’un
réacteur nucléaire.
Le cycle est basé sur un cycle de Rankine surchauffé
à 310
◦ C (par contact avec les conduites de l’eau pressurisée qui, elle, traverse le réacteur), entre les pressions
de 30 et 0,5 bar.
1
Pour ne pas surcharger cet exercice, nous considérons
que la turbine est parfaitement isolée et isentropique.
1. Quel est le rendement thermodynamique de l’installation ?
1 En réalité, entre 29 et 0,75 bar, valeurs qui ne sont
pas tabulées dans nos abaques.
https://thermodynamique.fr – CC-by-sa Olivier Cleynen
271
Exercices
Les propriétés de l’eau sont toutes tabulées dans
les abaques n°1, 2 et 3 (voir l’annexe A1 p. 315)
L’air est considéré comme un gaz parfait.
í µí± í µí±£ (air) = 718 J kg
−1 K
−1
í µí± air = 287 J kg
−1 K
−1
í µí± í µí± (air) = 1 005 J kg
−1 K
−1
í µí»¾ air = 1,4
9.1 Cycle de Rankine surchauffé
La centrale EDF de Porcheville (figure 9.27) reçoit de
la chaleur issue de la combustion de fioul, et utilise
un cycle à vapeur pour alimenter une génératrice électrique.
Dans la centrale l’eau évolue entre les pressions
de 0,1 bar et 140 bar. La vapeur atteint 545
◦ C, et les
turbines ont une efficacité isentropique de 80 %.
Pour les besoins de l’exercice, nous considérons que le
cycle est basé sur un cycle de Rankine surchauffé.
1. Schématisez le circuit physique de l’eau dans la
centrale ; tracez le cycle suivi sur un diagramme
température-entropie, de façon qualitative (c’està-dire sans représenter les valeurs numériques) en
y représentant aussi la courbe de saturation.
2. Quelle est l’enthalpie de l’eau à la sortie des turbines ?
3. Quelle est l’enthalpie de l’eau à la sortie des
pompes ?
4. Quel est le rendement thermodynamique de l’installation ?
Figure 9.27 – Centrale électrique de Porcheville, alimentée au charbon jusqu’en 1987 et fonctionnant désormais au fioul. Elle sert principalement les demandes
de pointe.
Photo CC-0 Olivier Cleynen
5. Quelle est la consommation spécifique de l’installation, c’est-à-dire la masse de vapeur ayant pénétré
la turbine lorsque l’installation a généré 1 kWh
d’énergie mécanique ?
6. Quel débit horaire de vapeur faut-il faire circuler
dans le circuit pour obtenir une puissance mécanique de 60 MW ?
9.2 Mise en place d’une resurchauffe
L’installation de Porcheville décrite dans l’exercice 9.1
est modifiée pour accueillir une série de tubes de resurchauffe. La détente de l’eau est interrompue à 18 bar
dans la turbine, et la vapeur est ramenée à la température maximale du cycle (c’est-à-dire 545
◦ C).
La centrale est alimentée au fioul lourd dit « TBTS », de
masse volumique 1 050 kg m
−3 et de pouvoir calorifique
40,2 MJ kg
−1 .
L’air utilisé pour la combustion pénètre dans la chaudière à température de 15
◦ C et pression de 1 bar. Il est
porté à température de 820
◦ C par combustion à pression constante, avant de passer autour des conduits
d’eau. Lorsqu’il quitte la chaudière, sa température est
de 180
◦ C.
1. Quel est le nouveau rendement thermique de la
centrale ?
2. Quelle est sa nouvelle consommation spécifique ?
3. Quel débit d’air faut-il admettre dans la chaudière
pour maintenir une puissance mécanique nette
de 60 MW ?
4. Quelle est l’efficacité de la chaudière ?
5. Quel est le débit volumique horaire de carburant ?
6. Un/e ingénieur/e propose de faire passer le conduit
d’air d’admission au travers des gaz d’échappement (sans pourtant les mélanger) pour augmenter la température de l’air avant combustion. Cela
vous paraît-il être une bonne idée ?
9.3 Cycle avec régénération
Dans un navire brise-glace polaire (figure 9.28), une
installation à vapeur alimente les hélices à partir d’un
réacteur nucléaire.
Le cycle est basé sur un cycle de Rankine surchauffé
à 310
◦ C (par contact avec les conduites de l’eau pressurisée qui, elle, traverse le réacteur), entre les pressions
de 30 et 0,5 bar.
1
Pour ne pas surcharger cet exercice, nous considérons
que la turbine est parfaitement isolée et isentropique.
1. Quel est le rendement thermodynamique de l’installation ?
1 En réalité, entre 29 et 0,75 bar, valeurs qui ne sont
pas tabulées dans nos abaques.
https://thermodynamique.fr – CC-by-sa Olivier Cleynen