Pression de condensation condenseur : impact de l'air

[Eric_sonne]

Bonjour à tous.

Actuellement nous étudions un banc d'essais pour un cycle Rankine. Nous ne disposons pas pour le moment d'un expanseur donc nous avons remplacé cet élément par une vanne de détente à ouverture variable.

Le cycle théorique est déjà bien connu, et nous savons que en toute théorie, la pression de la partie basse pression doit être imposée par la T° de condensation du fluide, c'est à dire (corrigez moi si je me trompe) la température du liquide saturé (Température proche de la température du fluide de refroidissement, mais non égale car échangeur non parfait).

Cela dit, expérimentalement nous ne retrouvons pas se résultat.

En fonctionnement, la pression est largement supérieure aux 30 mbars théoriques pour une eau de refroidissement à 25°C, et au repos le vide maximal atteint est de 200 mbars.
On pensait donc à la présence d'air dans le circuit, augmentant les pressions partielles. Chose confirmée puisque le lendemain la pression avait augmenté.

Cela dit, nous avons constaté que la pression BP mesurée correspondait à la température de saturation avale vanne, c'est à dire avant même l'entrée du condenseur.


Mon hypothèse: : La détente dans la vanne provoque l'apparition d'un mélange liquide vapeur et fige les conditions de condensation.

En théorie, la détente dans la vanne est isenthalpique. Donc en théorie, on devrait rester en vapeur surchauffée en aval de la vanne. Or, le delta T amont/Aval est de plus de 80°C, donc selon moi l'hypothèse d'isenthalpie est fausse (pertes thermiques à l'extérieur) Du coup, selon moi, la détente nous fais passer dans l'état mélange liquide vapeur et donc un début de condensation amont condenseur.

J'ai effectué un petit calcul rapide avec refprop:


Pression : 10,6 bars Température 182,5 °C => Vapeur saturée
Enthalpie avant vanne : 2779 kJ/kg.

Perte d'enthalpie dans la vanne : dh=cpdT avec cp de la environ 2 kJ/kg => dH = 160 kJ/kg

Entalpie aval vanne : 2619 kj/kg => Titre = 0,97 => mélange liquide vapeur.


Merci d'avance pour votre avis sur le sujet (on pourra discuter par la suite des influences de la pression de condensation, dans un cycle réel bien sûr)
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[phys4]

Mon hypothèse: : La détente dans la vanne provoque l'apparition d'un mélange liquide vapeur et fige les conditions de condensation.

En théorie, la détente dans la vanne est isenthalpique. Donc en théorie, on devrait rester en vapeur surchauffée en aval de la vanne. Or, le delta T amont/Aval est de plus de 80°C, donc selon moi l'hypothèse d'isenthalpie est fausse (pertes thermiques à l'extérieur) Du coup, selon moi, la détente nous fais passer dans l'état mélange liquide vapeur et donc un début de condensation amont condenseur.

Bonjour,
La détente dans une vanne est bien une transition à enthalpie constante. Enthalpie constante de veut pas dite température constante et absence de changement d'état. La vapeur d'eau n'est pas un gaz parfait.
Ce type de détente est utilisé par la liquéfaction des gaz comprimés, il n'est pas nécessaire d'absorber l'énergie de décompression pour obtenir un refroidissement et une liquéfaction.
Le refroidissement provient du travail des forces de Van der Vals.

Pour plus de détaisl voir les graphes enthalpie-pression. Les droites d'iso-enthalpie coupent la limite des domaines d'états liquide gaz.

[Eric_sonne]

Bonjour,

Donc selon vous la détente est tout de même isenthalpique mais le refroidissement est normal.

Mais en traçant le diagramme PH , on voit qu'une détente isenthalpique de 10 bars saturé à 1,12 bar nous fait rester dans le domaine vapeur surchauffée, ce qui n'est pas constaté expérimentalement. ( si détente isenthalpique, la température devrait être de plus de 150 °C)

Si on prends le cas réel de la transformation, on ne peut plus négliger le Qext donc dH différent de 0.

[phys4]

Mais en traçant le diagramme PH , on voit qu'une détente isenthalpique de 10 bars saturé à 1,12 bar nous fait rester dans le domaine vapeur surchauffée, ce qui n'est pas constaté expérimentalement. ( si détente isenthalpique, la température devrait être de plus de 150 °C)

Je viens de voir que sur le diagramme de l'eau, la détente à enthalpie constante ne produit pas de liquéfaction pour les paramètres donnés.

Ce genre de détente ne produit du liquide que pour des pressions de l'ordre de la pression critique.
Il faut supposer que la vanne et les conduites ne sont pas isolées et produisent une déperdition de chaleur.

[A voir en vidéo sur Futura]