5 • Cycles
thermodynamiques
208
5.5 Les cycles inverses
à compression mécanique de vapeur
En remplaçant la vanne de laminage au niveau du détendeur par une
turbine, il est possible d’améliorer le cycle puisque, théoriquement, on
peut avoir une détente isentropique qui présente deux avantages :
– on récupère du travail mécanique qui peut être transmis sur l’arbre du
compresseur, ce qui a pour effet de réduire d’autant le travail à fournir
au compresseur. Cette idée qui était longtemps apparue utopique a été
appliquée récemment par un constructeur sur des unités de très forte
puissance (de plusieurs MW);
– le froid produit par la détente isentropique est supérieur au froid produit par la détente isenthalpique (cette amélioration est d’autant plus
importante qu’on est proche du point critique).
Le rendement exergétique du cycle frigorifique à compression de vapeur
est le rapport entre l’exergie utile et l’exergie à payer :
Attention
q s.f. > 0 mais θ s.f. < 0.
5.5.2 Le cycle frigorifique à compression mécanique
avec échangeur interne de chaleur
Une variante du cycle frigorifique conventionnel consiste à sous-refroidir
le liquide en sortie du condenseur à l’aide des vapeurs froides sortant de
l’évaporateur qui se trouvent donc surchauffées. Les conséquences de
cette modification sont :
– une augmentation du froid produit par unité de masse de vapeur
aspirée;
– une augmentation de la puissance mécanique absorbée par la compression isentropique par unité de masse de vapeur aspirée, car les pentes
des isentropes diminuent avec la surchauffe;
– une réduction de la masse des vapeurs aspirées, car leur volume massique augmente.
s.f. s.f.
ex
exergie utile
exergie à payer
q
w
q
h =
=
thermodynamiques
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5.5 Les cycles inverses
à compression mécanique de vapeur
En remplaçant la vanne de laminage au niveau du détendeur par une
turbine, il est possible d’améliorer le cycle puisque, théoriquement, on
peut avoir une détente isentropique qui présente deux avantages :
– on récupère du travail mécanique qui peut être transmis sur l’arbre du
compresseur, ce qui a pour effet de réduire d’autant le travail à fournir
au compresseur. Cette idée qui était longtemps apparue utopique a été
appliquée récemment par un constructeur sur des unités de très forte
puissance (de plusieurs MW);
– le froid produit par la détente isentropique est supérieur au froid produit par la détente isenthalpique (cette amélioration est d’autant plus
importante qu’on est proche du point critique).
Le rendement exergétique du cycle frigorifique à compression de vapeur
est le rapport entre l’exergie utile et l’exergie à payer :
Attention
q s.f. > 0 mais θ s.f. < 0.
5.5.2 Le cycle frigorifique à compression mécanique
avec échangeur interne de chaleur
Une variante du cycle frigorifique conventionnel consiste à sous-refroidir
le liquide en sortie du condenseur à l’aide des vapeurs froides sortant de
l’évaporateur qui se trouvent donc surchauffées. Les conséquences de
cette modification sont :
– une augmentation du froid produit par unité de masse de vapeur
aspirée;
– une augmentation de la puissance mécanique absorbée par la compression isentropique par unité de masse de vapeur aspirée, car les pentes
des isentropes diminuent avec la surchauffe;
– une réduction de la masse des vapeurs aspirées, car leur volume massique augmente.
s.f. s.f.
ex
exergie utile
exergie à payer
q
w
q
h =
=