Rendement max de Carnot. Pourquoi ?
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Rendement max de Carnot. Pourquoi ?



  1. #1
    Rachilou

    Rendement max de Carnot. Pourquoi ?


    ------

    Bonjour,

    Plus la différence de t° sera grande entre les deux sources ( entrée et sortie ou début et fin ?) contribuant à produire de l'énergie dans une machine ditherme, meilleur sera le rendement de Carnot.
    Pourquoi? Merci pour vos réponses...

    -----
    La science n'est pas une collection de lois, mais une création libre de l'esprit humain

  2. #2
    f6bes

    Re : Rendement max de Carnot. Pourquoi ?

    Bjr à toi,
    Intuitivement je dirais:
    Toute l'énergie a été absorbée (entrée-->sortie) et il ne reviens PAS de "chaleur" en retour.
    Si il reste de l'énergie NON utilisée (chaleur ) alors ça veut dire que tout n'a pas été absorbé.
    Ex: tu envoies 100, il revient 10. Ca veut dire qu'il y a 10 (10%) qui na pas été utilisé= rendement=90%
    Si tu envoies 100 et qu'il revient 50 en énergie...y en a 50 % qui n'ont servi...à rien.rendement=50%
    C'est comme cela que le vois...mais je connais mal ce ..Mr Carnot !

    A+

  3. #3
    sitalgo

    Re : Rendement max de Carnot. Pourquoi ?

    B'jour,

    Il y a une confusion sur les termes. La limite de Carnot, qui s'appelle l'efficacité thermodynamique, est un rapport qui indique le maximum théorique d'énergie récupérable par rapport à l'énergie absorbée.
    Ensuite vient le rendement de la machine. Celui-ci doit être de 1 pour que la machine soit à la limite de Carnot. Le rendement inclue toutes les pertes possibles et imaginables.

    Maintenant, il paraît logique que toute différence de potentiel (pas seulement électrique) puisse fournir de l'énergie et ce d'autant plus que cette différence est plus grande.
    Mais si t'as l'gosier, Qu'une armure d'acier, Matelasse. Brassens, Le bistrot.

  4. #4
    Eric_sonne

    Re : Rendement max de Carnot. Pourquoi ?

    Bonjour

    Pour comprendre il faut étudier le cycle de Carnot. Une quantité de chaleur échangée à haute température est de très bonne qualité (car il est facile de trouver une source un peu plus froide pour réaliser un autre échange ). Un échange de chaleur à une température qui tend vers l'infini fait tendre la création d'entropie vers 0.

    Ensuite, il ne faut pas oublier que l'on réalise un cycle. Prenons le cas d'un gaz qui suit le cycle de Carnot, et partons de l'état initial de la détente. La première partie de la détente est isotherme, la source chaude fourni de l'énergie au gaz de très bonne qualité. Tout est parfait, le gaz est à la température de la source. On isole ensuite le gaz de la source pour terminer la détente de façon isentropique. La température baisse alors au fil de la détente. On a donc récupéré un travail moteur.

    Le problème est que l'on doit remettre le gaz dans son état initial. Si on emprunte le chemin inverse, on devra fournir autant de travail qu'on a récupéré lors de la détente. Bilan : on récupère rien. Si on décide de refroidir le gaz à l'aide d'une source froide, cela nous permet de fournir moins de travail de compression : un gaz froid est plus facile à comprimmer qu'un gaz chaud. Plus le gaz est froid, moins on fournit de travail. Enfin, on laisse terminer la compression de manière isentropique pour obtenir le même état que l'état initial, la boucle est bouclée

  5. A voir en vidéo sur Futura
  6. #5
    Rachilou

    Re : Rendement max de Carnot. Pourquoi ?

    Citation Envoyé par f6bes Voir le message
    Bjr à toi,
    Intuitivement je dirais:
    Toute l'énergie a été absorbée (entrée-->sortie) et il ne reviens PAS de "chaleur" en retour.
    Si il reste de l'énergie NON utilisée (chaleur ) alors ça veut dire que tout n'a pas été absorbé.
    Ex: tu envoies 100, il revient 10. Ca veut dire qu'il y a 10 (10%) qui na pas été utilisé= rendement=90%
    Si tu envoies 100 et qu'il revient 50 en énergie...y en a 50 % qui n'ont servi...à rien.rendement=50%
    C'est comme cela que le vois...mais je connais mal ce ..Mr Carnot !

    A+

    Bonjour,

    Effectivement!
    Apparemment et relativement à ce que j'ai lu, il ne faut pas confondent l'efficacité thermodynamique en % et de rendement thermodynamique inférieur ou égale à 1 ( 1 seulement valable pour le cycle de Carnot)
    En tous les cas, merci d'avoir tenté une explication qui justement met souvent en exergue nos interprétations erronées.

    RH.
    La science n'est pas une collection de lois, mais une création libre de l'esprit humain

  7. #6
    Eric_sonne

    Re : Rendement max de Carnot. Pourquoi ?

    Bonjour

    un rendement exprimmé entre 0 et 1 est un pourcentage aussi ... Le rendement thermo , c'est quoi ? c'est le rapport entre l'énergie qu'on obtient, et l'énergie qu'on paye pour l'obtenir . Pour un moteur, on paye le carburant et on cherche un travail : rapport w/Q.

    Si maintenant, on cherche à optimiser notre cycle moteur pour qu'il tire le maximum de travail (et donc que son rendement doit tendre vers le rendement de Carnot), on utilisera un autre référentiel pour le rendement : il s'agira du rendement exergétique, qui définira le rapport entre le travail obtenu et le travail maximal pouvant être récupéré compte tenu des conditions des sources. si j'ai un rendement exergétique de 90% , j'aurais récupéré 90% du travail moteur qui pourrait être obtenu en suivant un cycle de Carnot entre les deux sources étudiées. c'est un rendement aussi mais basé sur le cycle de Carnot.

    Enfin, il faut bien séparer le contexte des cycles moteurs et des cycles de production de froid (ou chaud dans le cas des pompes à chaleur) . Pour les uns on parlera de rendement, pour l'autre on parlera d'efficacité, mais du point de vue thermodynamique, c'est la même chose : rapport de ce qu'on obtient sur ce que l'on a payé pour l'obtenir.
    Dernière modification par Eric_sonne ; 24/01/2013 à 07h53.

  8. #7
    invite07941352

    Re : Rendement max de Carnot. Pourquoi ?

    Re,
    Le calcul qui arrive à l'expression de l'efficacité de Carnot est bien détaillé ici :http://fr.wikipedia.org/wiki/Cycle_de_Carnot

  9. #8
    invite21348749873
    Invité

    Re : Rendement max de Carnot. Pourquoi ?

    Bonjour
    Je me représente une population de molécules avec une vitesse quadratique moyenne qui donne une température T1
    Quand ces molécules ont cédé de l'énergie (à un piston ,une turbine ou quoi que ce soit), elles ont été ralenties et leur nouvelle vitesse quadratique moyenne correspond à une température T2.
    Si elles sont a l'arret, alors T2=0, elles ont cédé toute leur énergie et le rendement vaut 1.
    je ne sais pas si ma description est satisfaiosante.

  10. #9
    Amanuensis

    Re : Rendement max de Carnot. Pourquoi ?

    On ne peut pas comprendre le rendement de Carnot sans comprendre la distinction entre énergie et travail.

    La question derrière est "Pourquoi à partir d'une source unique de température T1, ne peut-on pas obtenir l'état où cette source est passée à la température T2 et la différence d'énergie retrouvée sous forme de travail ?"

    Or la description que vous donnez peut se comprendre justement comme ce qu'on ne peut pas faire !
    Pour toute question, il y a une réponse simple, évidente, et fausse.

  11. #10
    Eric_sonne

    Re : Rendement max de Carnot. Pourquoi ?

    Amanuensis,

    Pour que votre population puisse fournir à nouveau du travail, il faut la faire revenir à son état initial, et donc fournir toute l'énergie reçue lors de la détente. Bilan nul. Lorsqu'on parle de rendement thermo, il s'agit d'un rendement pour un cycle. Pour fonctionner de manière cyclique, une machine sera limitée par le rendement de carnot.

    On peut avoir une transformation totale de chaleur en travail : une balle de fusil ( combustion -> énergie cinétique) , dilatation d'une barre de métal chauffée , ou simplement détente isentropique d'un gaz. Mais ce n'est plus un cycle et encore moins une machine thermique.
    Dernière modification par Eric_sonne ; 24/01/2013 à 11h08.

  12. #11
    Rachilou

    Re : Rendement max de Carnot. Pourquoi ?

    Citation Envoyé par Eric_sonne Voir le message
    Bonjour

    un rendement exprimmé entre 0 et 1 est un pourcentage aussi ... Le rendement thermo , c'est quoi ? c'est le rapport entre l'énergie qu'on obtient, et l'énergie qu'on paye pour l'obtenir . Pour un moteur, on paye le carburant et on cherche un travail : rapport w/Q.

    Si maintenant, on cherche à optimiser notre cycle moteur pour qu'il tire le maximum de travail (et donc que son rendement doit tendre vers le rendement de Carnot), on utilisera un autre référentiel pour le rendement : il s'agira du rendement exergétique, qui définira le rapport entre le travail obtenu et le travail maximal pouvant être récupéré compte tenu des conditions des sources. si j'ai un rendement exergétique de 90% , j'aurais récupéré 90% du travail moteur qui pourrait être obtenu en suivant un cycle de Carnot entre les deux sources étudiées. c'est un rendement aussi mais basé sur le cycle de Carnot.

    Enfin, il faut bien séparer le contexte des cycles moteurs et des cycles de production de froid (ou chaud dans le cas des pompes à chaleur) . Pour les uns on parlera de rendement, pour l'autre on parlera d'efficacité, mais du point de vue thermodynamique, c'est la même chose : rapport de ce qu'on obtient sur ce que l'on a payé pour l'obtenir.
    Bonjour,

    Mathématiquement ça revient au même, je suis d'accord avec toi, mais l'approche n'est la même...

    Pour info : http://fr.wikipedia.org/wiki/Efficac...modynamique%29
    La science n'est pas une collection de lois, mais une création libre de l'esprit humain

  13. #12
    Rachilou

    Re : Rendement max de Carnot. Pourquoi ?

    Citation Envoyé par catmandou Voir le message
    Re,
    Le calcul qui arrive à l'expression de l'efficacité de Carnot est bien détaillé ici :http://fr.wikipedia.org/wiki/Cycle_de_Carnot

    Re.

    D'ailleurs sur cette page en bas dans :
    Notes et références
    1 ↑ L'efficacité thermodynamique est le rapport de ce qui est récupéré sur ce qui a été dépensé. Elle est très souvent confondue avec le rendement qui est le rapport entre l'efficacité réelle et l'efficacité théorique maximale de la machine.
    La science n'est pas une collection de lois, mais une création libre de l'esprit humain

  14. #13
    Eric_sonne

    Re : Rendement max de Carnot. Pourquoi ?

    Citation Envoyé par Eric_sonne Voir le message
    Si maintenant, on cherche à optimiser notre cycle moteur pour qu'il tire le maximum de travail (et donc que son rendement doit tendre vers le rendement de Carnot), on utilisera un autre référentiel pour le rendement : il s'agira du rendement exergétique, qui définira le rapport entre le travail obtenu et le travail maximal pouvant être récupéré compte tenu des conditions des sources. si j'ai un rendement exergétique de 90% , j'aurais récupéré 90% du travail moteur qui pourrait être obtenu en suivant un cycle de Carnot entre les deux sources étudiées. c'est un rendement aussi mais basé sur le cycle de Carnot.
    Il faut lire mes messages en entier ... Je fais justement la distinction entre rendement thermo et rendement exergétique.

  15. #14
    Amanuensis

    Re : Rendement max de Carnot. Pourquoi ?

    Citation Envoyé par Eric_sonne Voir le message
    On peut avoir une transformation totale de chaleur en travail : une balle de fusil ( combustion -> énergie cinétique) , dilatation d'une barre de métal chauffée , ou simplement détente isentropique d'un gaz. Mais ce n'est plus un cycle et encore moins une machine thermique.
    Marrant comme limitation. Je vois très bien comme utiliser le tir de balles de fusil pour faire avancer un véhicule ou même faire tourner un alternateur générant de l’électricité. Et le parallèle avec un moteur à explosion est assez visible.

    Si utiliser des balles de fusil permettaient une transformation totale de l'énergie thermique dégagée par une explosion chimique, ce serait intéressant !

    Pas besoin de répondre, ce type de débat futile ne m'intéresse pas.

    ---

    Je vois pas ailleurs que vos réponses clarifient la différence entre énergie et travail, et que du coup elles ne semblent pas participer à répondre à la question initiale, ou à aider le primo-posteur.

    Comme vous faites planer le risque d'une déviation de la discussion en polémiques futiles, je vous laisse aider le primo-posteur sans plus intervenir.
    Pour toute question, il y a une réponse simple, évidente, et fausse.

  16. #15
    sitalgo

    Re : Rendement max de Carnot. Pourquoi ?

    Citation Envoyé par Eric_sonne Voir le message
    Le rendement thermo , c'est quoi ? c'est le rapport entre l'énergie qu'on obtient, et l'énergie qu'on paye pour l'obtenir . Pour un moteur, on paye le carburant et on cherche un travail : rapport w/Q.
    Il n'est pas judicieux de faire intervenir le coût. Le rendement thermo concerne l'énergie absorbée par la machine, pas forcément l'énergie payée. Sinon on aurait un rendement thermo différent selon les coûts d'utilisation des carburants.
    Le rendement "financier" est un autre calcul.
    Mais si t'as l'gosier, Qu'une armure d'acier, Matelasse. Brassens, Le bistrot.

  17. #16
    sitalgo

    Re : Rendement max de Carnot. Pourquoi ?

    Citation Envoyé par Eric_sonne Voir le message
    Si on décide de refroidir le gaz à l'aide d'une source froide, cela nous permet de fournir moins de travail de compression : un gaz froid est plus facile à comprimmer qu'un gaz chaud. Plus le gaz est froid, moins on fournit de travail. Enfin, on laisse terminer la compression de manière isentropique pour obtenir le même état que l'état initial, la boucle est bouclée
    On n'a pas à comprimer le gaz, c'est le but du condenseur de transformer le gaz en liquide sans travail mécanique. La pompe ne pompe que du liquide.
    Mais si t'as l'gosier, Qu'une armure d'acier, Matelasse. Brassens, Le bistrot.

  18. #17
    Eric_sonne

    Re : Rendement max de Carnot. Pourquoi ?

    A Amanuensis,

    Il n'y a pas à débattre autour d'un débat qui n'en est pas un. Je veux seulement montrer la différence entre une transformation unique et un cycle et répondre à la question: pourquoi devoir céder de la chaleur à une source froide pour produire du travail au cours d'un cycle thermodynamique ce qui implique forcément l'état final égal à l'état initial. De plus, mon message ne vous était pas destiné (erreur sur le pseudo, désolé).

    A sitalgo,

    Ici le coût est évidement juste une image, je ne parle pas d'euros au sens propre du terme.

    PS : je parle d'un cycle de Carnot avec un gaz. Merci de lire mes message en entier ...
    Dans le cycle diphasique, le condenseur est là lui aussi pour mettre la vapeur à son état liquide, sinon on aurai besoin d'un compresseur qui nécessite beaucoup plus de travail que pour un liquide. Le résultat est donc le même
    Dernière modification par Eric_sonne ; 24/01/2013 à 15h49.

  19. #18
    sitalgo

    Re : Rendement max de Carnot. Pourquoi ?

    J'ai lu trop vite. Nous sommes donc d'accord.
    Mais si t'as l'gosier, Qu'une armure d'acier, Matelasse. Brassens, Le bistrot.

  20. #19
    Rachilou

    Re : Rendement max de Carnot. Pourquoi ?

    Citation Envoyé par Eric_sonne Voir le message
    Il faut lire mes messages en entier ... Je fais justement la distinction entre rendement thermo et rendement exergétique.

    Oui d'accord avec toi...
    La science n'est pas une collection de lois, mais une création libre de l'esprit humain

  21. #20
    Rachilou

    Re : Rendement max de Carnot. Pourquoi ?

    Re.

    Ici le coût est évidement juste une image, je ne parle pas d'euros au sens propre du terme.

    Quoi qu'il en soit; sur un autre post de 2011 ( voir lien ci-dessous), très bien expliqué aussi, c'est limite si on introduit pas l'aspect financier ;

    http://forums.futura-sciences.com/ch...un-moteur.html

    Je cite la personne qui explique le cycle de Carnot:

    Il y a en effet deux façons de calculer le rendement énergétique d'une machine thermique.
    On peut calculer le travail total fourni par la machine à la chaleur totale absorbée ou libérée par la machine. C'est le calcul que tu as fait.
    Mais un ingénieur calcule différemment. Il veut obtenir le plus de travail possible avec le moins de chaleur dépensée de sa part.

    On commence par un gaz comprimé chaud.
    1. On le détend à T constant. Il faut chauffer pour le maintenir à T constant. Q1 est > 0. Cette chaleur coûte à l'ingénieur, car il faut brûler du charbon ou du fuel. Il est vrai que la machine fournit du travail pendant cette opération, et c'est ce qu'on lui demande.
    2. Puis on fait une détente adiabatique. Pas besoin de brûler du combustible. Mais le gaz se refroidit. La machine fournit aussi du travail pendant cette étape.
    3. On fait une compression isotherme. Cela coûte hélas un peu de travail à l'ingénieur. De plus il faut refroidir le gaz. On récupère certes de la chaleur. L'ennui, c'est que cette chaleur récupérée à froid n'est d'aucune utilité à l'ingénieur. Cela ne fait que chauffer la rivière ou le circuit d'aération.
    4. On fait enfin une compression adiabatique pour revenir à l'état initial.

    Du point de vue de l'ingénieur, la seule chose qui l'intéresse, c'est le travail total fourni par rapport au combustible qu'il a dû brûler dans l'étape 1, et seulement dans cette étape.

    La science n'est pas une collection de lois, mais une création libre de l'esprit humain

  22. #21
    sitalgo

    Re : Rendement max de Carnot. Pourquoi ?

    Il ne faut pas vouloir refaire le dictionnaire, le rendement énergétique correspond à un phénomène physique. Après c'est une affaire de choix en vue d'optimiser l'investissement.
    Ca se résume au choix d'un combustible différent (coût mais aussi disponibilité), soit aussi d'un même combustible (chaudière plus chère mais consommant moins). Pas de loi de la physique là-dedans, c'est de l'économie.
    Mais si t'as l'gosier, Qu'une armure d'acier, Matelasse. Brassens, Le bistrot.

  23. #22
    Rachilou

    Re : Rendement max de Carnot. Pourquoi ?

    Citation Envoyé par sitalgo Voir le message
    Il ne faut pas vouloir refaire le dictionnaire, le rendement énergétique correspond à un phénomène physique. Après c'est une affaire de choix en vue d'optimiser l'investissement.
    Ca se résume au choix d'un combustible différent (coût mais aussi disponibilité), soit aussi d'un même combustible (chaudière plus chère mais consommant moins). Pas de loi de la physique là-dedans, c'est de l'économie.
    C 'est tellement évident bien sur...il n 'y a même pas à polémiquer...J'ai juste voulu reprendre cette explication car j'ai trouvé l'approche assez original.


    Personnellement ce qui m'intéresse, c'est de revenir en arrière, relativement à un autre post sur les centrales thermiques et transfert d'énergie.
    voici le lien : http://forums.futura-sciences.com/ph...-denergie.html

    Où tu mentionnes à juste titre toi-même...
    Envoyé par f6bes

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

    Ta réponse :

    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 !

    ----------------------------------

    Relativement à ce que tu mentionnes, je me pose une question;

    Tout d'abord je voudrais calculer l'efficacité énergétique d'une centrale en Kj/kg de manière préliminaire:

    Si je pars du principe que :
    En début de cycle, nous avons de la vapeur à 250° pour 40 bars dans le bouilleur ( l'eau qui chauffe dans le circuit secondaire pour aller dans les turbines)...
    En fin de travail, à la sortie des turbines de la centrale thermique, la vapeur d'eau se trouve ( en pression absolue, car nous sommes en cycle fermé ) inférieure à 1 bar et avec une t° inférieure à 100°
    Ensuite, je condense la vapeur (pour lui soutirer sa chaleur latente avec une enthalpie de condensation qui représente environ 2260 Kj/Kg à 100°) pour avoir de l'eau sous forme liquide que des turbo-pompes hautes pressions vont injecter dans le bouilleur.

    à 250° pour 40 bars dans le bouilleur l'eau (sous forme vapeur ) a emmagasiné 1086 Kj/kg + à 2260 Kj/Kg ( Chal.Lat.Vap normalement c'est plus sous cette tension) = 3346 Kj/Kg au moins en tout !
    à environ 100° pour 1 bar à la sortie des turbines, l'eau (sous forme de vapeur ) emmagasine plus que 419 Kj/Kg + 2260 Kj/Kg (Chal.Lat.Vap) = 2679 Kj/Kg en tout

    Normalement L'efficacité énergétique d'une centrale en Kj/kg est :
    Energie absorbée dans le bouilleur - ( moins) Chal.Lat.Vap à 100° soit 3346 Kj/Kg - 2260 Kj/Kg = 1086 Kj/Kg soit une efficacité de 1086/3346 =0.32%
    On ne tient pas compte du travail des turbo-pompes ni des frottements du à l'écoulement du fluide etc..


    Qu'en est-il du rendement relativement au cycle de Carnot où l'on tient compte AUSSI d'une t° froide en sortie cette fois-ci ?

    MA REPONSE / J'aurais tendance à dire que quelque soit la t° de l'eau ( disons l'eau de la rivière représentée par un 3e circuit ) qui sert à condenser l'eau de la phase vapeur à la phase liquide, n'y changera presque rien, sauf que cette eau de la rivière doit se trouver à une t° inférieure à celle de la vapeur qui se trouve en fin de cycle. Seul le débit de cette eau sera régulé dans l'échangeur en fonction de la vapeur du circuit secondaire.
    D'ailleurs, le but est de condenser la vapeur mais surtout pas ensuite de refroidir l'eau sous forme liquide, pour préserver des KJ/kg.

    Alors comment s'applique la formule de Carnot la dedans ? est ce que l'hiver le rendement d'une centrale est meilleur que pendant l'été ?
    Si on disposait d'un fluide ( supposons une forme d'alcool qui gèle à - 30°) dans un circuit fermé échangeant de l'énergie entre le circuit secondaire de la centrale et une "géofrigorie" ( au pôle nord sous sol par exemple) est ce que le rendement de ma centrale sera encore meilleur ?

    Je ne pense pas... relativement à ce que j'ai relevé dans MA REPONSE /


    Merci pour vos réponses aussi.

    PS / si j 'ai fait des erreurs merci de me corriger.
    Dernière modification par Rachilou ; 24/01/2013 à 22h41.
    La science n'est pas une collection de lois, mais une création libre de l'esprit humain

  24. #23
    Eric_sonne

    Re : Rendement max de Carnot. Pourquoi ?

    Au contraire, la température de la source froide change tout ! de même que pour l'ébullition (l'eau bout à partir la température d'ébullition correspondante à la pression de vapeur saturante), la réciproque sera donc la vapeur se condense à la pression de vapeur saturante, correspondant à un voisinage de la température de la source froide, donc la plus la source froide sera froide, plus le taux de détente maximal entre la haute et basse pression sera important et donc impacte directement le travail récupéré dans la turbine.

    Plus la source froide sera froide, plus grand sera le potentiel de travail entre notre source chaude et notre source froide, ce qui implique que le rendement max de Carnot sera plus élevé. Mais cela n'implique pas nécessairement un meilleur rendement de ta machine, cela dépends comment on exploite les sources (d'où l'utilité d'un bilan exergétique pour voire où le plus de travail potentiel (exergie) est détruit )

    Enfin, il faut noter que la chaleur latente diminue avec la pression, mais en fin de compte ça ne change rien pour nous puisque la baisse de chaleur latente et compensée par l'augmentaion de chaleur sensible qu'il faut fournir pour amener le fluide à sa température d'ébullition. D'ailleurs, à 40 bars la chaleur latente n'est plus que de 1713 kJ/kg

    Pour faire des bilans d'énergie de manière rigoureuse, je te conseille l'utilisation de tables thermo (table de vapeur pour l'eau) pour avoir accès à l'enthalpie et l'entropie. (Les physiciens, ne vous marrez pas ) car les calculs de travail et transfert de chaleur sont immédiats
    Dernière modification par Eric_sonne ; 25/01/2013 à 07h39.

  25. #24
    Rachilou

    Re : Rendement max de Carnot. Pourquoi ?

    D'ailleurs, à 40 bars la chaleur latente n'est plus que de 1713 kJ/kg

    Re..

    Ahhh merci pour l'info, je ne savais pas si cette Chaleur latente augmentait réellement.
    Mais finalement elle baisse..
    Avez vous une table répertoriant cette chaleur latente de vaporisation de l'eau en fonction de la tension vapeur. Merci
    La science n'est pas une collection de lois, mais une création libre de l'esprit humain

  26. #25
    Eric_sonne

    Re : Rendement max de Carnot. Pourquoi ?

    Je suis fainéant, j'utilise dans mon travail un logiciel payant qui me renvoie les propriété que je veux des fluides que je veux dans matlab ou excel (ou dans l'interface graphique du progiciel)

    Il existe des version gratuite de logiciels similaires , du genre Fluidprop, mais uniquement pour l'eau. Je n'ai pas sous la main de tables brutes, mais les mots clés pour la recherche sont : " table de vapeur d'eau" , " steam tables IF 97".

    Sinon il existe des méthodes analytiques (relation de clapeyron ...)

  27. #26
    Rachilou

    Re : Rendement max de Carnot. Pourquoi ?

    Au contraire, la température de la source froide change tout ! de même que pour l'ébullition (l'eau bout à partir la température d'ébullition correspondante à la pression de vapeur saturante), la réciproque sera donc la vapeur se condense à la pression de vapeur saturante, correspondant à un voisinage de la température de la source froide, donc la plus la source froide sera froide, plus le taux de détente maximal entre la haute et basse pression sera important et donc impacte directement le travail récupéré dans la turbine.
    Re.

    Je suis d'accord avec toi sur le fait que la t° de l'eau de refroidissement doit être inférieure à la t° de condensation de l'eau ( qui se trouve sous forme de vapeur ) , sachant que cette t° de condensation de l'eau dépend de la courbe tension Vapeur/liquide;

    Je suppose toutefois que dans une centrale thermique, on commence à refroidir ( condenser la vapeur ) à une t° légèrement inférieure à 100° , car au niveau du travail de la pression il n 'y a plus rien à y gagner.
    Comme tu l'as dit :

    Plus la source froide sera froide, plus grand sera le potentiel de travail entre notre source chaude et notre source froide, ce qui implique que le rendement max de Carnot sera plus élevé. Mais cela n'implique pas nécessairement un meilleur rendement de ta machine, cela dépends comment on exploite les sources (d'où l'utilité d'un bilan exergétique pour voire où le plus de travail potentiel (exergie) est détruit )
    Alors, que nous apporte réellement le rendement de Carnot dans les chiffres ? est-ce qu'on peut s 'en servir comme repère mis à part pour certaines machines à cycle fermé (comme les moteurs à vapeur)

    Si on tient compte que sensiblement la chaleur latente qu'on devra céder à la source froide sera approximativement la même à 100° et à 0° relativement à leur pression respective;
    Il en est rien pour le travail de la pression entre 100° et à 0° .

    Entre 373° k et 273° k la pression de vapeur n'évolue que de 1 bar ( relativement à la pression absolue)
    Entre 473° k et 373° k la pression de vapeur évolue de 1bar à 15bar , soit 15 fois plus.
    Ce qui signifie que le travail pouvant être absorbé par les turbines ne sera pas le même entre ces 2 différences de t°

    Or 100° k c'est un chiffre qui peut fortement modifier le rendement de Carnot, car celui-ci ne tient compte que des t° : Rendement = 1- (t° froide/t°chaude)
    C'est là, que je me dis qu'il peut y avoir une divergence sur le résultat de calcul entre : L'efficacité énergétique d'une centrale en Kj/kg et le rendement de Carnot.


    Il faudrait faire des calculs pour voir... mais avant tout s'il y a une explication qui m'a échappé, je suis preneur.

    ----------------
    PS : je ne reviens que ce soir pour vous lire...
    Dernière modification par Rachilou ; 25/01/2013 à 10h48.
    La science n'est pas une collection de lois, mais une création libre de l'esprit humain

  28. #27
    Eric_sonne

    Re : Rendement max de Carnot. Pourquoi ?

    Edit : au départ je n'ai pas compris ou tu voulais en venir, puis après j'ai compris ton erreur de raisonnement. Il ne faut pas raisonner entre différence de pression, mais entre rapport de pression. entre 15 et 1 bars, le rapport de pression vaut 15. Si la haute pression est 1 bar et la source froide à 5°C , la pression de saturation est de 8 mbars, donc on pourrait avoir un taux de détente de 125 ! Mais avec un bilan qui détaille les deux cas ça sera plus clair




    Supposons un cycle de Rankine sans surchauffe, évoluant entre les pressions de 1 bar et 20 bars. On néglige le travail de la pompe. Nous allons raisonner en variation spécifique (par unité de masse)

    Etat 1-2 : pompage du liquide saturé de T1=100°C Pb=1 bars à liquide saturé T2=T1=100°C ; Ph=20 bars.

    Etat 2-3: Chauffage suivi de l'évaporation en vapeur saturée de manière isobare, entre T1=100°C et T3 = 212°C (Tsat @ P=20 bars)

    variation d'enthalpie :

    Etat 3-4: détente isentropique de (T2,Ph) à Pb. on calcule l'enthalpie à partir de l'entropie au point 3

    variation d'enthalpie : : travail spécifique fourni à la machine de détente

    Etat 4-1 : condensation isobare/isotherme à T=100 °C, P=1 bars

    variation d'enthalpie : : Chaleur spécifique fournie à la source froide

    On a bien somme des énergie = 0 , on a récupéré 504 kJ/kg pour une source chaude qui nous a fourni 2379 kJ/kg

    Bilan : rendement thermodynamique = -W/Q = 504/2379=0.21
    Rendement de Carnot aux sources considérées : 1-(100+273.15)/(212+273.15)=0.23

    Rendement exergétique (en prenant comme référence la température la plus basse de notre cycle, soit 100°C) = 0.21/0.23=91%


    Bilan n° 2 : cycle entre 1 bars 100° et 8 mbars 5°C ( je ne redétaille pas la procédure)

    Q23=2650 kJ/kg
    W34=-628 kJ/kg
    Q41=-2022 kJ/kg

    rendement thermo : 628/2650=23%
    rendement de Carnot : 1-(5+273.15)/(100+273.15)= 25%
    rendement exergétique :92%


    Surprise : Les bilans sont relativement similaires

    Mais, en pratique le deuxième cycle est impossible à obtenir. Ici on a supposé que la variation d'enthalpie entre la haute et la basse pression était entièrement donné sous forme de travail à la turbine. Mais la turbine aura un taux de détente limité, donc l'étude n'est pas valable.

    De plus, on ne peut fonctionner avec un liquide saturé pour des raisons techniques de la pompe d'une part (risque de caviter) et pour la turbine d'autre part (la condensation commence dès lors que la détente commence => risque de détruire les aubes) d'où la nécessité de la surchauffe

    Il n'y aura jamais de divergence entre l'efficacité d'une centrale et le rendement de Carnot, tout simplement car toutes les étapes créent des réversibilités. Par contre, on peut mettre en évidence où elles sont le plus créée pour nous permettre de se focaliser sur les éléments concernés.
    On pourra tendre vers le rendement de Carnot si on a des évolutions parfaitement réversibles, mais jamais le dépasser.

  29. #28
    Rachilou

    Re : Rendement max de Carnot. Pourquoi ?

    Re.

    J'ai réfléchi entre temps et finalement j'en suis venu à la même conclusion logique.
    Merci encore pour toutes ces explications et je pense avoir compris de nouvelles choses...

    à bientôt.
    La science n'est pas une collection de lois, mais une création libre de l'esprit humain

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