Changement de phase. hmf.enseeiht.fr/travaux/CD0001/travaux/optmfn/micp/reports/s16thth/pages/exo004.htm Changement de phase : Etude de la chaudière d'une centrale thermique à vapeur Mise en place de l'exercice Une centrale thermique à vapeur est constituée : d'une pompe permettant de mettre sous haute pression (165 bars) le fluide du circuit, qui est ici de l'eau d'une chaudière à flamme (fuel, charbon, gaz naturel) permettant de chauffer l'eau à pression constante, on obtient alors de la vapeur d'eau d'une turbine permettant de détendre la vapeur d'eau d'un condenseur permettant de condenser jusqu'à l'état liquide le mélange liquide-vapeur sortant de la turbine Le cycle est ainsi fermé comme le montre la figure ci-dessous : Nous nous proposons, ici, d'étudier seulement la chaudière à flamme. L'échauffement dans celle-ci comporte trois étapes: chauffage du liquide dans l'économiseur, de 20°C à environ 355°C qui est la températude de début d'ébullition à 165 bars vaporisation à température constante (autour de 355°C) dans le bouilleur surchauffe de 355°C à 560°C dans le surchauffeur 1/5 Ce travail permettra à à l'étudiant de mieux appréhender le diagramme (T,S) permettant la caractérisation du changement de phase de l'eau à l'intérieur de la chaudière à flamme. Toutes les transformations utilisées dans cet exercice seront prises en Systèmes Ouverts. Création du schéma Les trois éléments de la chaudière à flamme sont matérialis&eaute;s par des transformations échanges (cf exercice sur les degrés d'irréversibilités). Ainsi, placez sur le plan de travail de l'éditeur de schémas un premier point relatif à l'entrée du fluide dans la chaudière, trois transformations échanges représentant l'économiseur, le bouilleur et le surchauffeur, et enfin un dernier point relatif à la sortie du fluide. Le d´bit sera pris à 3 Kg/s. Remarque: Imposez le débit de 3 Kg/s seulement pour le premier point et ne rien indiquer pour le débit des autres composants,il se mettra automatiquement à jour lors des calculs. Vous pouvez sauver votre schéma en lui donnant un nom suivi de l'extension ".dia". Ouvrez l'interface Schémas-Simulateur et procédez à la mise à jour de la table des éléments et du simulateur à partir du schémas en rentrant un nom pour votre projet. Paramétrage des points Nous allons maintenant entrer toutes les informations connue sur les différents points du schéma. Vous pouvez accédez aux divers écrans soit en double-cliquant sur les points dans l'éditeur de schémas soit en cliquant sur les différents points dans la liste de points au niveau du simulateur. Pour le point 1, indiquez les informations connues à son sujet (pression et température). Le point 2 correspondant au début de l'ébullition à 165 bars, il suffit d'entrer la pression et d'imposer la température de saturation avec un titre égal à 0 (cochez "Imposer Tsat" et "P et T connus"). Quelle est la valeur de la température de saturation? (réponse tronquée au dixième, ne pas présicer l'unité °C) Ceci est-il en accord avec les données de l'énoncé? 2/5 De la même manière le point 3 peut être défini comme étant à la pression de 165 bars et à la température de saturation mais avec un titre égal à 1 cette fois-ci. Enfin le point 4 quant à lui est à la température de 560°C et à la pression de 165 bars. Il peut aussi être calculé. Pour chaque point calculez et sauvez. Paramétrage des transformations Nous allons maintenant calcul les différentes transformations. Ici aussi vous pouvez accédez aux divers écrans soit en double-cliquant sur les éléments dans l'éditeur de schémas soit en cliquant sur les différentes transformations dans la liste de transformations au niveau du simulateur. Pour chaque transformation le calcul se fait de façon très simple car toutes les données des points amont et aval sont connues. Vérifiez seulement que le mode de calcul est bien Calculer Delta H, le point aval étant connu. Vous pouvez notamment remarquer que les débits se mettent à jour pour chaque transformation à partir du débit imposé au point 1. A ce stage vous pouvez visualiser les résultats et différentes valeurs des points et transformations obtenus en cliquant sur Spécial et Afficher les valeurs dans l'éditeur de schéma. Tracé du diagramme thermodynamique Nous allons maintenant placer les différents points calculés sur un diagramme (T,S). Pour cela ouvrez la fenêtre contenant le diagramme en cliquant sur Spécial et Diagramme Intéractif au niveau du simulateur. Une nouvelle interface Diagramme/Simulateur apparaît dans laquelle vous allez double-cliquez sur le champs permettant de choisir le type de diagramme souhaité. Choisissez Vapeurs condensables. Le diagramme apparaît. Deux possibilité s'offrent à vous: Graphe (h,p) Graphe (T,s) Graphe (T,s): 3/5 Choisissez dans un premier temps le graphe (T,s) en cliquant dans Graphe et (T,s). De même dans Corps choisissez le corps qui est dans notre cas l'eau. Diagramme (T,s) Quelle est la valeur constante sur les lignes bleues? Quelle est la valeur constante sur les lignes rouges? Revenez sur l'interface Diagramme/Simulateur et mettez à jour la table des points. Ensuite mettez à jour le diagramme à partir du simulateur. Les points sont transférés sur le diagramme en essayant de les ordonner aussi bien que possible mais il peut être nécessaire, éventuellement, de les réordonner pour obtenir un tracé relié correct. Vous pouvez éventuellement masquer certaines familles de courbes afin d'obtenir un diagramme plus lisible en cliquant sur Affichage au niveau de l'écran du diagramme. Vous pouvez aussi relier vos différents point en faisant Cycle et Points reliés. Graphe (h,p): Changez de graphe et passez sur le graphe (h,p). Quelle est la valeur constante sur les lignes bleues maintenant ? Quelle est la valeur constante sur les lignes rouges maintenant? Est-il normal que nos trois points soient alignés sur une ligne horizontales? Complément Nous allons regarder la variation d'entropie dans les différents éléments de notre chaudière à l'aide du diagramme (T,s). Classez les trois éléments (économiseur, bouilleur et surchauffeur) dans l'ordre croissant de la variation d'entropie en mentionnant pour chacun la valeur de cette variation. Vous vous aiderez pour cela du simulateur. (tronquez le résultat au dixième près, ne pas mettre l'unité KJ/Kg/K): Est-ce que ces variations d'entropie permettent de quantifier l'irréversibilité? 4/5 Vous pouvez enregistrer votre projet à partir du simulateur en donnant une extention .pjr 5/5
