Chapitre 3
77
3.3 Chaudière à vapeur
Une centrale fournit de l’électricité ainsi que de la chaleur industrielle et domestique à partir de la combustion
de déchets ménagers (installation dite de cogénération).
Elle est équipée d’un circuit d’eau qui reçoit une partie
de la chaleur dégagée par la combustion, à pression
constante, dans une chaudière.
L’eau pénètre dans la chaudière (figure 3.12) à
l’état liquide, pressurisée à 70,5 bar. Son énergie interne est alors de 1 160,2 kJ kg
−1 . On souhaite alimenter la turbine avec 317 t h
−1 de vapeur à enthalpie
de 3 595,9 kJ kg
−1 .
Figure 3.12 – Schéma de principe d’une chaudière fonctionnant à partir de la combustion de déchets.
Schéma CC-0 Olivier Cleynen
La combustion des déchets ménagers génère entre 9
et 11 MJ kg
−1 de chaleur ; l’efficacité de la chaudière est
de 76 %.
Quel est le débit minimum de déchets que la centrale
doit recevoir pour assurer la production de vapeur ?
3.4 Tuyère de turboréacteur
Dans la tuyère d’un petit turboréacteur, la pression de
l’air chute tandis que sa vitesse augmente. La tuyère
(figure 3.13) est un élément sans aucune pièce mobile : aucun transfert de travail n’y est effectué. Les
pertes en chaleur y sont négligeables et le débit d’air
est de 26 kg s
−1 .
À l’entrée, on mesure les caractéristiques suivantes :
• enthalpie spécifique
1 092 kJ kg
−1
• vitesse
10 m s
−1
• température
950 K
Figure 3.13 – Schéma de principe d’une tuyère et installation (avec géométrie variable) sur le moteur Pratt
& Whitney F100 d’un Lockheed Martin F-16.
Schéma CC-0 Olivier Cleynen; Photo CC-by-sa Ad Meskens
(retouchée)
• volume spécifique
1,36 m
3 kg
−1
• pression
2,28 bar
• énergie interne
781,85 kJ kg
−1
À la sortie, l’air est redescendu à pression atmosphérique (1 bar). On prédit
1 que les caractéristiques de l’air
atteindront :
• température
780,2 K
• volume spécifique
2,55 m
3 kg
−1
• énergie interne
642,1 kJ kg
−1
1. À quelle vitesse les gaz sont-ils éjectés ?
2. Quels sont les débits volumiques d’air à l’entrée et
à la sortie de la tuyère ?
3.5 Turbine à eau
Un/e ingénieur/e travaille sur un projet de petite installation hydroélectrique. L’objectif est d’exploiter la
circulation d’un cours d’eau (12 m
3 s
−1 ) avec une turbine reliée à un générateur électrique (figure 3.14).
À l’état liquide, l’eau est essentiellement incompressible (c’est-à-dire que sa masse volumique ne varie pas
lorsque sa pression change). Son énergie interne varie
également de façon négligeable pendant les compressions et détentes adiabatiques.
L’ingénieur/e pense tout d’abord positionner la turbine
au pied d’une retenue d’eau, où la pression est de 4 bar
et la vitesse quasi-nulle. Le dénivelé parcouru par l’eau
à travers la turbine est de 2 m et sa vitesse d’éjection
est de 4 m s
−1 , à pression atmosphérique (1 bar).
1. Quelle puissance la turbine pourrait-elle transmettre à la génératrice ?
1 Il faut attendre le chapitre 4 (le gaz parfait) pour
que nous puissions effectuer ces « prédictions ».
https://thermodynamique.fr – CC-by-sa Olivier Cleynen
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3.3 Chaudière à vapeur
Une centrale fournit de l’électricité ainsi que de la chaleur industrielle et domestique à partir de la combustion
de déchets ménagers (installation dite de cogénération).
Elle est équipée d’un circuit d’eau qui reçoit une partie
de la chaleur dégagée par la combustion, à pression
constante, dans une chaudière.
L’eau pénètre dans la chaudière (figure 3.12) à
l’état liquide, pressurisée à 70,5 bar. Son énergie interne est alors de 1 160,2 kJ kg
−1 . On souhaite alimenter la turbine avec 317 t h
−1 de vapeur à enthalpie
de 3 595,9 kJ kg
−1 .
Figure 3.12 – Schéma de principe d’une chaudière fonctionnant à partir de la combustion de déchets.
Schéma CC-0 Olivier Cleynen
La combustion des déchets ménagers génère entre 9
et 11 MJ kg
−1 de chaleur ; l’efficacité de la chaudière est
de 76 %.
Quel est le débit minimum de déchets que la centrale
doit recevoir pour assurer la production de vapeur ?
3.4 Tuyère de turboréacteur
Dans la tuyère d’un petit turboréacteur, la pression de
l’air chute tandis que sa vitesse augmente. La tuyère
(figure 3.13) est un élément sans aucune pièce mobile : aucun transfert de travail n’y est effectué. Les
pertes en chaleur y sont négligeables et le débit d’air
est de 26 kg s
−1 .
À l’entrée, on mesure les caractéristiques suivantes :
• enthalpie spécifique
1 092 kJ kg
−1
• vitesse
10 m s
−1
• température
950 K
Figure 3.13 – Schéma de principe d’une tuyère et installation (avec géométrie variable) sur le moteur Pratt
& Whitney F100 d’un Lockheed Martin F-16.
Schéma CC-0 Olivier Cleynen; Photo CC-by-sa Ad Meskens
(retouchée)
• volume spécifique
1,36 m
3 kg
−1
• pression
2,28 bar
• énergie interne
781,85 kJ kg
−1
À la sortie, l’air est redescendu à pression atmosphérique (1 bar). On prédit
1 que les caractéristiques de l’air
atteindront :
• température
780,2 K
• volume spécifique
2,55 m
3 kg
−1
• énergie interne
642,1 kJ kg
−1
1. À quelle vitesse les gaz sont-ils éjectés ?
2. Quels sont les débits volumiques d’air à l’entrée et
à la sortie de la tuyère ?
3.5 Turbine à eau
Un/e ingénieur/e travaille sur un projet de petite installation hydroélectrique. L’objectif est d’exploiter la
circulation d’un cours d’eau (12 m
3 s
−1 ) avec une turbine reliée à un générateur électrique (figure 3.14).
À l’état liquide, l’eau est essentiellement incompressible (c’est-à-dire que sa masse volumique ne varie pas
lorsque sa pression change). Son énergie interne varie
également de façon négligeable pendant les compressions et détentes adiabatiques.
L’ingénieur/e pense tout d’abord positionner la turbine
au pied d’une retenue d’eau, où la pression est de 4 bar
et la vitesse quasi-nulle. Le dénivelé parcouru par l’eau
à travers la turbine est de 2 m et sa vitesse d’éjection
est de 4 m s
−1 , à pression atmosphérique (1 bar).
1. Quelle puissance la turbine pourrait-elle transmettre à la génératrice ?
1 Il faut attendre le chapitre 4 (le gaz parfait) pour
que nous puissions effectuer ces « prédictions ».
https://thermodynamique.fr – CC-by-sa Olivier Cleynen