Centrale thermique et transfert d'énergie.

[invite85ad666a]

Bonsoir,

En ce moment en physique (1reS) nous étudions les bases de thermodynamique.

Un exercice a propos d'une centrale thermique m'a amené à me poser quelques questions :

On considère une centrale thermique : des brûleurs font chauffer de l'eau d'un circuit primaire et permettent ainsi d'obtenir de la vapeur d'eau sous pression. Cette vapeur entraîne en rotation la turbine et de l'alternateur qui lui est relié. Puis cette vapeur est refroidie par un circuit de refroidissement et l'eau est réinjectée dans la chaudière à l'aide d'une pompe.

-L'une des questions est d'indiquer les différentes parties ou cette eau cède et prélève de l'énergie au milieu extérieur.
Pour moi l'eau prélève de l'énergie thermique aux brûleurs, et la cède au circuit de refroidissement, et elle cède de plus de l’énergie mécanique a la turbine et en prélève a la pompe. Est-ce correct ?

-Si oui, ça veut dire que lors du passage de l'eau de l'état liquide à gazeux, celle-ci "emmagasine" de l’énergie sous forme d'énergie thermique ?

-Dernière question, qu'est-ce que l'entropie ? J'ai regardé sur le net mais j'ai un peu de mal à comprendre...

Merci beaucoup
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[albanxiii]

Bonjour,

Oui pour votre première question.

Pour la deuxième : pour vaporiser une masse d'eau, on la porte à sa température d'ébullition, puis on continue à lui fournir de la charleur. On constate que tant qu'il y a les deux phases, eau liquide + eau vapeur en présence, la température reste constante. Donc, oui, la vaporisation en elle même nécessite un apport d"énergie. C'est la chaleur latente de vaporisation. Si on continue ensuite à chauffer, et qu'il n'y a plus d'eau liquide, alors la température de la vapeur va augmenter.

Pour votre troisième question : ne vous en faites pas, tout le monde a du mal à comprendre ce qu'est l'entropie
D'autnat plus que plusieurs entropies peuvent êtres considérées en thermodynamique. L'entropie telle que définnie par Clausius, qui est une fonction d'état telle que blablabla, et puis l'entropie de la physique statistique qui la relie au nombre de configurations miscrocopiques d'un système. Heureusement, on montre que les deux ne sont que deux aspects de la même chose.

@+

[invite85ad666a]

Merci beaucoup, c'est déjà un peu plus clair.

Une dernière chose :

A propos de ma deuxième question, peut-on alors dire que l'énergie libérée par la combustion n'est pas totalement récupérée sous forme électrique car une partie de cette énergie permet le passage de l''eau de l'état liquide à gazeux , et comme c'est sous cet état gazeux que l'eau entraîne la turbine et l'alternateur, forcément l'énergie ne peut pas être totalement récupérée ?

[f6bes]

Merci beaucoup, c'est déjà un peu plus clair.

Une dernière chose :

A propos de ma deuxième question, peut-on alors dire que l'énergie libérée par la combustion n'est pas totalement récupérée sous forme électrique car une partie de cette énergie permet le passage de l''eau de l'état liquide à gazeux , et comme c'est sous cet état gazeux que l'eau entraîne la turbine et l'alternateur, forcément l'énergie ne peut pas être totalement récupérée ?

Bjr à tous,
Moi je me pose la question: quelle est la nécessité de REFROIDIR l'eau (... circuit de refroidissement..)....pour la rechauffer (surchauffer) tout de suite aprés ?
Plus le retour sera chaud , moins il faudra d'énergie pour rechauffer à nouveau l'eau.
Ca me parrait totalement " dépensier" en terme d'énergie.
Si qq"un a une réponse.
Bon W E

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite85ad666a]

Re-

Pour la deuxième : pour vaporiser une masse d'eau, on la porte à sa température d'ébullition, puis on continue à lui fournir de la charleur. On constate que tant qu'il y a les deux phases, eau liquide + eau vapeur en présence, la température reste constante. Donc, oui, la vaporisation en elle même nécessite un apport d"énergie. C'est la chaleur latente de vaporisation. Si on continue ensuite à chauffer, et qu'il n'y a plus d'eau liquide, alors la température de la vapeur va augmenter.

D'après ce qu'explique albanxiii, je suppose qu'en l'absence de circuit de refroidissement, on finirait par ne plus avoir d'eau liquide (logique) mais uniquement de la vapeur, la température ne sera alors plus constante mais continuera d'augmenter tant qu'on continuera de la chauffer, et naturellement à partir d'un certain stade, la vapeur dépassera le seuil de température maximal des matériaux composant la centrale...

Le circuit de refroidissement est indispensable pour permettre de maintenir la température a un niveau constant .

[pepejy]

Bjr à tous,
Moi je me pose la question: quelle est la nécessité de REFROIDIR l'eau (... circuit de refroidissement..)....pour la rechauffer (surchauffer) tout de suite aprés ?
Plus le retour sera chaud , moins il faudra d'énergie pour rechauffer à nouveau l'eau.
Ca me parrait totalement " dépensier" en terme d'énergie.
Si qq"un a une réponse.
Bon W E

bonjour,

au hasard, rendement thermodynamique et cycle de Carnot. C'est une première approche, mais qui marche pas trop mal. Blague à part, pourquoi chauffe-t-on l'eau? Le but est bien de récupérer la chaleur sous forme d'énergie Mécanique. Donc si on chauffe peu l'eau, on lui cède peu d’énergie et on récupérera moins d'énergie mécanique.

PPJ

[f6bes]

bonjour,

au hasard, rendement thermodynamique et cycle de Carnot. C'est une première approche, mais qui marche pas trop mal. Blague à part, pourquoi chauffe-t-on l'eau? Le but est bien de récupérer la chaleur sous forme d'énergie Mécanique. Donc si on chauffe peu l'eau, on lui cède peu d’énergie et on récupérera moins d'énergie mécanique.

PPJ

Bjr pepejy,
J'ai pas dit chauffer peu l'eau, mais l'amener à la température de surchauffe qui DOIT etre la sienne pour le bon fonctionnement.
Ex j'ai un retour à 80°, je dois amener l'eau à 130°. J'ai donc à fournir la différence pour etre dans les clous = 50°
J'ai un retour à 40° (aprés refroidissement) j je dois toujours l'amener à 130°. Différence=90° ca va me couper plus cher pour une
meme température finale .
L'energie de l'eau de l'eau à 130° reste donc la meme (je suppose béat que je suis).
Je vois surtout qu'une partie de l'énergie sert à etre dissipée dans le ...refroidisseur et non dans la turbine.

Va falloir que je prenne conctact avec ce Mr Carnot ! ( ça me manque !)
Bon W E

[invite85ad666a]

Re-

L'idée est donc de calculer le refroidissement de façon à revenir à une température de 80° (pas moins), voir si possible à peine moins que 100° de manière à avoir une condensation de l'eau (et donc pas d'augmentation de la température globale) mais de limiter les pertes d'énergie. Je suppose que c'est ce qui se fait dans les centrales, ça paraîtrai logique de limiter au maximum toute perte inutile.

Bonne journée

[albanxiii]

Re,

A propos de ma deuxième question, peut-on alors dire que l'énergie libérée par la combustion n'est pas totalement récupérée sous forme électrique car une partie de cette énergie permet le passage de l''eau de l'état liquide à gazeux , et comme c'est sous cet état gazeux que l'eau entraîne la turbine et l'alternateur, forcément l'énergie ne peut pas être totalement récupérée ?

Alors, je ne l'ai pas mentionné dans mon message précédent, mais lors du passage vapeur -> liquide, il y a libération d'énergie cette fois-ci, et c'est la même quantité que pour la vaporisation (avec le signe opposé, vous pouvez regarder http://fr.wikipedia.org/wiki/Enthalp...&#39;%C3%A9tat par exemple). Donc, on récupère en théorie la chaleur qui a servi à vaporiser l'eau. Mais en théorie seulement, car dans un système réel il y a des pertes themiques, l'isolation thermique n'est pas parfaite, et d'autres pertes dues aux rendements (<1) des divers éléments qui forme toute la chaîne.

Donc, strictement, ce que vous dites n'est pas correct. C'est vrai en pratique, mais pour d'autres raisons.

Sinon, puisque le terme a été mentionné dans ce fil, jettez un oeil sur la page wiki consacrée au cycle de Carnot.

@+

[sitalgo]

B'jour,

Je vois surtout qu'une partie de l'énergie sert à etre dissipée dans le ...refroidisseur et non dans la turbine.

C'est un peu le principe de toute machine thermique. Il y a une source chaude et une froide et on essaie de récupérer le maximum entre les deux.
La source froide c'est
soit l'atmosphère en passant par un échangeur pour réchauffer l'eau froide (tant qu'à faire), auquel cas le rendement serait meilleur (sortie à la pression atmo alors que les condenseurs sont en petite surpression)
soit un condenseur et circuit fermé. L'avantage est, outre la qualité de l'eau qu'on met dans le circuit, d'économiser celle-ci. Un calcul très grossier montre que pour transporter 100 MW et en ne prenant en compte que l'enthalpie de vaporisation (paramètre nettement dominant) il faudrait 44 l/s, ça donne une idée de la facture d'eau. Ce qui explique aussi les tours de refroidissement.

Va falloir que je prenne conctact avec ce Mr Carnot !

Après tu iras voir Rankine.

[invitef86138f5]

Bonjour,

Pour votre troisième question : ne vous en faites pas, tout le monde a du mal à comprendre ce qu'est l'entropie

@+

+10


Effectivement, la source froide est là pour permettre au fluide de travail de retourner à son état initial. Effectivement, c'est dépensier en énergie, mais c'est un premier prix à payer pour pouvoir récupérer du travail d'une machine cyclique. Plus la source chaude est chaude, plus la source froide est froide, meilleurs sera le rendement max de Carnot.

Une composante plus "technique" de la nécessité de refroidir suffisamment le fluide de travail dans le cas d'un cycle diphasique, est que si ce dernier se trouve trop près de la saturation, la pompe aura tendance à caviter (voir infos sur le NPSH). La dépression que la pompe engendre pour faire circuler un paquet de fluide fera localement baisser la pression sous la pression de saturation.

Ainsi, il nous faut écarter le fluide de la saturation avant qu'il entre dans la pompe. Cela dit rien n'empêche de mettre un réchauffeur après la pompe pour récupérer une partie de l'énergie en entrée du condenseur. On en prélèvera moins à la source, pour un même travail reçu, on peux augmenter ainsi le rendement de l'installation.

[Rachilou]

Bjr à tous,
Moi je me pose la question: quelle est la nécessité de REFROIDIR l'eau (... circuit de refroidissement..)....pour la rechauffer (surchauffer) tout de suite aprés ?
Plus le retour sera chaud , moins il faudra d'énergie pour rechauffer à nouveau l'eau.
Ca me parrait totalement " dépensier" en terme d'énergie.
Si qq"un a une réponse.
Bon W E

Bonjour,

J'ai un avis à donner selon mon analyse...Si je dis des conneries vous me le dites

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Il faut dépenser PLUS d'énergie pour réintroduire dans le circuit (au niveau du bouilleur) la quantité d'eau sous forme de vapeur qui arrive en fin de cycle et qui se trouve à environ - d'1 bar et 100°. Que celle soutirée par les turbines !

Ceci revient à refaire le chemin à l'envers (recompresser la vapeur pour la réintroduire dans son bouilleur ( à la base du circuit, même si on passe par une autre conduite, c'est pareil). Toute l'énergie soutirée par les turbines de la centrale, ne suffiraient pas via des compresseurs à faire re-rentrer cette vapeur dans le circuit au niveau du bouilleur.

Par contre l'eau à l'état liquide peut occuper jusqu'à 100 fois MOINS de volume qu'à l'état de vapeur.
Elle peut être introduite via des pompes hautes pressions dans le bouilleur avec au final des centaines de fois moins d'énergies dépensées que pour la même quantité d'eau sous forme de vapeur.

Le prix à payer au passage : La chaleur latente qui représente pratiquement 50% de l'énergie contenue dans la vapeur haute pression d'une centrale thermique.

D'où un rendement avoisinant 50% d'une centrale.


Mais encore, on pourrait changer l'eau directement, comme pour une locomotive à vapeur, ça simplifierait tout le système et laisser la vapeur filer dans la nature.

Cependant, on refroidit cette l'eau à l'état liquide dans son circuit fermé ( via des systèmes aéro-réfrigérente ) sans la rejeter car elle est surement traitée et transformée en eau pure ( dégazée et déminéralisée) , ceci pour ne pas endommager les conduites ( formation de produits acides etc...)
Pour des raisons de sécurité une centrale à au moins 2 circuits caloporteurs strictement fermés.


RH

[Rachilou]

Re...

Par bouilleur, il faut y voir aussi évaporateur....tout dépend si on regarde la phase liquide ou gazeuse.

Crd.