Bonjours
Je voudrais calculer le rendement dune turbine a vapeur avec condensation.
Le cycle serait le suivant
Eau a 100 degré et 1 bar
Eau a 100 degré et 10 bar
Vaporisation avec surchauffe a 350 degré
Détente dans une turbine jusque 1 bar avec production d'énergie
Condensation de la vapeur en eau 1 bar 100 degre
Comment faire pour calculer l'énergie thermique nécessaire ou récupérable a chaque phase du cycle et donc calculer le rendement de la turbine?
Merci de vos réponses.
brevet 2018 moteur générateur à azote liquide pour le stockage énergie.
Il te faut l'enthalpie de chacun de ces états de l'eau. La masse d'eau étant conservée dans le cycle, les différents niveaux donnent les différence d'énergie.
Ceci ne te donne pas le rendement de l'installation puisqu'il manque le rendement de la chaudière (?) qui vaporise l'eau et le rendement de la turbine qui ne transforme pas 100% de la baisse d'enthalpie en électricité.
Merci, tu es sur que l'enthalpie suffit ? comment faire pour trouver ces enthalpies ?
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c'est une révolution
Eric Dupont s'intéresse à autre chose qu'à l'azote liquide
salut Wizz on peu dire que l'azote liquide et l'eau liquide c'est "presque" pareille.
brevet 2018 moteur générateur à azote liquide pour le stockage énergie.
[QUOTE=Eric DUPONT;3278807]
Eau a 100 degré et 1 bar
Eau a 100 degré et 10 bar
Vaporisation avec surchauffe a 350 degré
Détente dans une turbine jusque 1 bar avec production d'énergie
Condensation de la vapeur en eau 1 bar 100 degre
[QUOTE]
transformation isotherme.
transformation isobare ? (confirmer que la pression est maintenue à 10 bars)
détente adiabatique dans la turbine
transformation isobare.
j'aimerais bien avoir le calcul pour 1 kg d'eau par seconde, pour faciliter les calculs il est préférable de chauffer a 370°C car la vapeur à 10 bar détendue à 1 bar reste sèche.
pour monter 1 kg d'eau par seconde à la pression de 10 bar le calcul est presque simple. Trouver l'énergie thermique nécessaire pour transformer de l'eau à 10 bar et 100°C en vapeur d'eau à 370°C , c'est plus compliqué.
est ce que quelqu'un sait ?
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Envoyé par pi-r2
transformation isotherme.
transformation isobare ? (confirmer que la pression est maintenue à 10 bars)
détente adiabatique dans la turbine
transformation isobare.
évidement on va faire des calculs théoriques sinon on a pas fini.
Dernière modification par Zozo_MP ; 21/11/2010 à 11h31. Motif: erreur dans les balises [QUOTE]
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En thermo dynamique tu as le droit de choisir ton chemin:
1/ chauffage de l'eau à 10 bars de 100° à la température de vaporisation à 10 bars. (179.88°C)
2/ chaleur latente de vaporisation de l'eau à 10 bars
3/ chauffage de la vapeur de la température de vaporisation à 10 bars jusqu'à 350°.
http://www.thermexcel.com/french/tables/vap_eau.htm
Bon, merci.
Je vais essayer de récolter toutes ces valeurs.finalement la difficulté par rapport a une turbine a gaz c'est le changement d'état.
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j'ai relevé sur le diagramme de molier que la différence d'enthalpie entre de la vapeur a 370° et 10 bar et de la vapeur a 100° et 1 bar est de 126 kcal. c'est le travail de ma turbine.
pour chauffer l'eau et la vapeur, de 100 ° a 170 ° il me faut 71 Kcal puis 481 kcal pour transformer l'eau en vapeur et 106 kcal pour sur chauffer la vapeur. au total je vais avoir besoin de 658 kcal.
le rendement serait donc de ( sans compter le travail nécessaire pour amener l'eau sous une pression de 10 bars) 126/658=0,19 .
c'est pas fameux.
Le problème c'est qu'il me faut 481 kcal pour vaporiser l'eau a une température de 170° et je ne peux pas récupérer les 539 kcal de chaleur de condensation parce que c'est a 100 °.
pour bien faire je crois que j'aurais intérêt a monter la pression et a faire 2 détente avec une surchauffe entre les deux détentes.la vaporisation de l'eau prendrait une moindre importance.
j'ai vue que dans certain cycle, il y avait un soutirage de la vapeur de la turbine qui avait déjà effectuer un travail et qui aidait a vaporiser l'eau en se condensant.
Comment faire pour améliorer le rendement de ma turbine ?
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le rendement de la turbine seul n'est pas facile a calculer ... une bonne turbine pourait avoir un tres bon rendement , mais helas la plupart des petite turbine sont des calamité
le premier truc a calculer est le rendement du cycle entier ... il suffit d'appeler carnot
ton cycle se fait entre 350°c et 100°C
rendement maxi de carnot = 1- Tf/Tc
350°C + 273 = 623°K
100°C + 273 = 373°K
rendement = 1 - 373/623 = 0,401
mais ensuite il faut tenir compte des defaut de rendement de chaque element du systeme
mais c'est trop beau ,il faut tenir compt que 350°C n'est que la temperature de fin de surchauffe : la majorité de la chaleur entre dans le cycle a la temperature du bouilleur , qui a 10 bar est bien plus faible que 350°C
P = (T/100)^4
T=100(P^1/4)
P = 10 bar ( cette formule de duperay est bien en bar et °C )
T = 177°C
donc le rendement total est beaucoup plus proche de celui determiné par 177°C
177 + 273 = 450°K
rendement = 1 - 373/450 = 0,171
le rendement sera donc proche de 17% diminué par toutes les perte , et augmenté par le surchaufeur qui fait qu'une partie du cycle est alimenté en temperature superieure
j'avais calculé 19 % theorique pour 370°C.
avec plus de pression un peu plus de temperature et une surchauffe donc deux detente on se rapproche du rendement de carnot.
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si je prend 400 bar de pression, avec ta formule, ca fais un super rendement.
400 a la puissance 1/4= 4,47 soit 447°C
1-373/720= 0,48
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la formule de duperay est une formule empirique qui colle bien entre 100 et 250°C ... a 400°C tu est au dessus du point critique de l'eau il n'y a meme plus de difference entre liquide et vapeur
l'interet de la vaporisation est une grosse chaleur de vaporisation et une grosse difference de volume entre la vapeur et l'eau a remettre dans la chaudiere , plus on aproche du point critique plus cet avantage diminue , ca fini par etre comme avec un moteur a air chaud
donc pour les trop forte temperature la vapeur d'eau fait des pression trop forte , autant se contenter de moteur a air chaud stirling ou ericson
peut etre ca sert a rien d'avoir 400 bar pour avoir 48 % de rendement si d'apres carnot avec 370°c et 100°C je ne peux avoir que 44%. il doit y avoir une pression optimum pour une certene temperature. avec 300 bar peu etre ca suffit pour 370°C
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le problème du moteur Ericson c'est que quand tu comprimes a 10 bar t'es déjà presque à 350°C donc si tu chauffe a 370°c il va falloir que tu débites un maximum de fluide et avec toutes les pertes tu risque fort de consommer plus d'énergie que tu n'en récupère.
Avec le moteur Stirling c'est pareille ca fais un moteur énorme pour pas beaucoup de puissance en plus il faut utiliser des fluides spéciaux et mettre tout le moteur sous pression. tout cela est bien compliqué et en plus c'est impossible de calculer précisément le rendement .
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370°c et 100°C je ne peux avoir que 44%
tu peut esperer ton rendement de 44% avec un cycle qui marche entierement entre 370° et 100°C , helas avec la vapeur , en se limitant a une pression raisonable le bouilleur absorbe une grosse partie de la chaleur a une temperature plus faible ... il n'y a que la chaleur aborbé par le surchauffeur qui donne un meilleur rendement
le stirling , peut fonctionner entierement a la temperature souhaité : ca augmente le rendement ... helas ses compromis genre regenerateur et volume mort font que le resultat est discutable
qu'entend tu par pression raisonable ??? il me semble que c'est plutot la temperature quil est dur de matriser. audela de 400°C il faut des acier speciaux qui coutent une fortune alors qu'en dessous de 400°C la pression ne presente pas vraiment de probleme .je peux faire 2 detentes. une a 400 bar et une a 20 bar. qu'en penses tu?
si je fais qu'une detente a 20 bar le bouilleur pompe toute l'energie et je recupere rien lors de la condensation car la temperature est trop basse . par contre j'ai pensé a un cycle comme celui ci.
eau a 1 bar et 100 °C
eau a 300 bar et 100°C
eau a 300 bar et 370°C
detente dans le premier etage jusque 17 bar
une partie de la vapeur rechauffe le condenseur une autre partie est rechauffé a 370°C
detente a 1 bar et 100°C
condensation.
brevet 2018 moteur générateur à azote liquide pour le stockage énergie.
c'est avoir a la fois forte pression et temperature qui pose un probleme
avec la vapeur la pression augmente forcement avec la temperature ... avec l'air chaud on choisi ce qu'on veut ... simplement le raport de temperature absolue fait le raport de pression ... mais rien n'oblige a faire tout l'ecart de temperature avec le meme cycle , on peut faire un vrai cycle a vapeur entre 100 et 250°C et un cycle a air entre 250°C et la temperture maximum que tu veux
le cycle a vapeur donnera presque entierement le rendement prevu par carnot grace a la qualité bien connue de ce systeme et le cycle a air pour les haute temperature fera ce qu'il peut , beaucoup moins que le cycle de carnot mais ca sera toujours ca de pris
il serait interressant de trouver un liquide qui bouillisse a la bonne temperature et pression , helas je n'en ai vu que 2 :
1) le mercure ! pour des raison ecologique il vaut mieux oublier
2) le souffre , solide a temperature ambiante , mais liquide et gazeux aux temperature ou la vapeur fait trop de pression ... il existe deja dans l'industrie des pompe en fonte et des tuyaux et des citerne pour transporter du souffre fondu , mais j'ignore completement les probleme qui se poserait si on voulait monter en pression
autre fluide ? je cherche toujours ...
si avec 100 ° et 350°C on obtient deja 17% avec la vapeur si on fait deux detente et que l'on augmente un peu la temperature je pense que l'on est pas loin des 40% puisque pour une vaporisation on a 2 fois plus d'energie. et peux etre avec un soutirage on augmente encore le rendement. avec 40 % de rendement theorique ca serait tres bien.
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un simple tube inox diametre 13 epaisseur 3mm resiste a une pression de 500 bar a 400°
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une turbine a vapeur peux elle produire une puissance variable avec un debit de vapeur variable tout en tournant toujours a la même vitesse ?
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Je pense que la réponse est oui.
Bonjour
Depuis l'invention de Mr James Watt (voir Google), tous les régulateurs plus ou moins sophistiqués ont pour mission sur une turbine à vapeur de la faire tourner à vitesse constante. La consigne de vitesse, dans la gamme autorisée pour la machine, est fixée par l'opérateur en fonction de ses besoins
Quand la charge sur l'arbre diminue, la turbine tend à accélérer, donc le régulateur fait progressivement fermer l'arrivée de vapeur jusqu'à obtention de la vitesse recherchée.
Quand la charge sur l'arbre augmente c'est l'inverse qui se produit.
L'énergie électrique produite en France l'est à ~90% à partir de turbines à vapeur. La consommation, donc la charge,(c'est à dire la puissance demandée par les usagers) varie constamment. Cependant la fréquence du réseau reste constante à un "pouième" près donc la vitesse de rotation des turbines aussi.
Plus d'informations sur la régulation de vitesse avec une recherche "Google".
A+
Bonjour papykiwi,
l'augmentation de puissance a vitesse constatnte se fais alors par l'augmentation de la pression de la vapeur . la vapeur possede plus d'energie et il y en a davantage parceque plus de pression.
brevet 2018 moteur générateur à azote liquide pour le stockage énergie.
bonjour,
le regulateur dit de watt n'est pas son oeuvre, il existait déja depuis plusieurs dizaines d'années et était utilisé sur des moulins à vent pour reguler la vitesse de rotation des meules.Depuis l'invention de Mr James Watt (voir Google), tous les régulateurs plus ou moins sophistiqués ont pour mission sur une turbine à vapeur de la faire tourner à vitesse constante.
les plus grands noms ont cherché avec beaucoup de difficulté à percer son fonctionnement exact. Tchebichev entre autres à beaucoup travaillé sur ce qui était appelé le probleme de isochronisme de ce regulateur. On sait maintenant que ce probleme est insoluble.
fred
bien sur quand on ferme un robinet sur l'arrivé de vapeur ca reduit la puissance ... mais ca reduit le rendement ... ce n'est pas un probleme dans les centrales nucleaire que de toute facon on prefere faire tourner a puissance nominale
mais tout depand du type de turbine ... il y a les turbine de laval , un peu dans le meme principe que les turbines peleton , mais adapté a la vapeur , qui gardent un bon rendement sur une certaine gamme de puissance
il y a eu des turbine parson pour bateau dont le premier etage n'etait pas du meme type que tous les autre , mais du genre de laval , pour un meilleur rendement a puissance reduite
il y a aussi des turbine avec plusieur entré de vapeur differente adapté a differente puissance
je ne sais pas ou en est la technique aujourd'hui , je connais juste une petite partie de ce qui a été fait a l'epoque ou les turbines commencaient a remplacer les moteur a vapeur a piston sur les bateau ... de toute facon les turbines on eu un rendement a faible puissance moins bon que les pistons ... c'est le diesel qui a resolu definitivement le probleme , et a peut etre coupé les rercherche sur une turbine a large plage de fonctionnement
pour les meillieur moteur a vapeur a piston , le regulateur a boule ne commande pas un robinet d'admission de vapeur , mais le mecanisme de distribution : temps d'ouverture de la soupape (ou tiroir) d'admission
Re:
Eric DUPONT:
Oui, mais la pression maximale à débit maximal est fonction des capacités de la chaudière... qui ont bien sûr une limite... et que l'on exploite au mieux pour des raisons évidentes de rendement et de sécurité.la vapeur possede plus d'energie et il y en a davantage parceque plus de pression.
Par contre, quand la vanne d'admission de la vapeur "régule" il est évident qu'il y a une chute de pression entre l'amont et l'aval de celle-ci, donc une pression plus faible à l'entrée des directrices de la turbine.
Le régulateur (aujourd'hui agissant en "PID" [voir Google]) assure l'équilibre débit/chute de pression nécessaire au maintien du régime.
Verdifre:Exact. Il l'a en fait adapté à la machine à vapeur (alternative à l'époque) mais il reste que le brevet de 1788 est à son nom....le regulateur dit de watt n'est pas son oeuvre, il existait déja depuis plusieurs dizaines d'années et était utilisé sur des moulins à vent pour reguler la vitesse de rotation des meules.
Note: (HS) Dans l'histoire de l'industrie il n'est pas le seul à avoir "pompé"....(Il y en a d'autres, bien plus proches de nous) (Fin du HS)
ce qui m'interesse c'est ce qui se passe dans le corp de la turbine pour fournir une puissance differente avec un même regime de rotation. j'ai vu qu'il existe des turbines a action et d'autres a reaction, ou bien les deux. c'est a dire que la vapeur prend sa vitesse avant d'etre envoyé sur les aubes de la turbine ou bien la vapeur se detend en même temp qu'elle traverse les aubes de la turbine.
mais comme dit chatelot, il semble qu'il y ait davantage de perte au niveau aerodynamique que dans un piston qui pour le coup son inexsitante. mais d'un autre coté avec le moteur a piston on a le frotement du psiton et l'usure.
pour avoir une turbine a large plage de fonctionnement peu etre faudrait il faire varier lanle des aubes. j'ai vu qu'il existe des turbo a geometrie variable où l'angle d'injection de l'air peu varier selon la vitesse du moteur pour avoir même de la pression a bas regime.
Dernière modification par Eric DUPONT ; 04/12/2010 à 12h54.
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