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Cours Conversion d’énergie C531 Présenté par Dr N.ACHAIBOU Cours : Moteur à com

Cours Conversion d’énergie C531 Présenté par Dr N.ACHAIBOU Cours : Moteur à combustion interne Introduction Les moteurs à combustion interne sont des cycles de puissance à gaz. On a le cycle d’Otto- Beau de Rochas et cycle Diesel. a. Cycle d'Otto ou de Beau de Rochas Figure. 1 Schéma d un moteur à combustion interne • 1er temps : de A à B, admission isobare du mélange air + essence • 2ème temps : de B à C compression rapide donc adiabatique, allumage par la bougie et combustion très rapide donc isochore de C à D • 3ème temps : détente adiabatique de D à E, ouverture de la soupape d'échappement et refroidissement isochore de E à B • 4ème temps : échappement isobare des gaz brûlés. On constate donc que seul un temps sur quatre est moteur soit un cycle thermodynamique pour deux tours du vilebrequin. Seule la partie BCDE correspond au cycle thermodynamique. Le rapport max est appelé taux de compression. Cours Conversion d’énergie C531 Présenté par Dr N.ACHAIBOU Figure. 2 Diagramme PV et TS du Cycle d'Otto ou de Beau de Rochas Exercice d’application cycle d’Otto Cours Conversion d’énergie C531 Présenté par Dr N.ACHAIBOU b. Cycle de Diesel Le cycle de Diesel est voisin. Les différences sont les suivantes : on admet et on comprime de l'air seul, le carburant étant injecté en fin de compression. L'inflammation est spontanée et ne nécessite pas de bougie (le taux de compression est beaucoup plus important que pour le moteur à essence). La combustion étant plus lente est représentée par une isobare. Figure. 3 Diagramme PV et TS du Cycle Diesel Cours Conversion d’énergie C531 Présenté par Dr N.ACHAIBOU Cours : Turbine à Gaz et à vapeur Introduction Les turbines sont utilisées essentiellement pour produire l’énergie électrique dans les centrales, ainsi elles sont utilisées dans le domaine de transport et de la réinjection du gaz, ce qui donne à la turbine une grande importance dans l’économie. Figure .1 Classification des turbines Turbine à gaz • Définition : La turbine à gaz est un moteur à combustion interne , elle prend et comprime l’air atmosphérique dans son propre compresseur ,augmente la puissance énergétique de l’air dans sa chambre de combustion et convertie cette puissance en énergie mécanique utile pendant les processus de détente qui à lieu dans la section turbine .l’énergie mécanique qui en résulte est transmise par l’intermédiaire d’un accouplement à une machine réceptrice, qui produit la puissance utile pour le processus industrie ➢ Différents types de turbine à gaz : • Une turbine à gaz peut comporter une ou deux lignes d’arbre pour l’ensemble des éléments tournants: • Turbine à une ligne d’arbre : Le système est entraîné d’abord par un moteur jusqu’à une certaine vitesse, ensuite c‘est la turbine HP qui continue l’entraînement de l’ensemble des éléments. Cours Conversion d’énergie C531 Présenté par Dr N.ACHAIBOU ➢ Turbine à deux lignes d’arbre : Comme pour une ligne d’arbre, il est rajouté une turbine BP en bout d’arbre séparé mécaniquement. La conception à deux lignes d’arbres représente le maximum de souplesse et, est retenue pour les applications de grandes puissances. Eléments principaux d’une turbine à gaz : Une turbine à gaz se compose de trois sections principales: 1. Section compresseur : entrée d’air 2. Section combustion : entrée combustible 3. Section turbine : gaz d’échappement Principe de fonctionnement : Cours Conversion d’énergie C531 Présenté par Dr N.ACHAIBOU Figure 4: principe de fonctionnement d'une turbine a gaz ➢ Avantage : • Une puissance élevée dans un espace restreint dans le quel un groupe diesel de même puissance ne pourrait pas être logé; • A l'exception de démarrage et arrêt, la puissance est produite d'une façon continue; • Démarrage facile même à grand froid; • Diversité de combustible pour le fonctionnement; • Possibilité de fonctionnement à faible charge. Un exemple de cycle de puissance à gaz : Cycle de Joule-Brayton C'est le cycle théorique mis en oeuvre dans un certain nombre d'appareils tels que turbines à gaz, turbopropulseurs, turboréacteurs,…Il est constitué : de 1 à 2 : d'une compression adiabatique (idéalement réversible) dont le travail est fourni par un compresseur de 2 à 3 : d'un chauffage isobare, obtenu soit par une combustion, soit par un échange de chaleur de 3 à 4 : d'une détente adiabatique (idéalement réversible) fournissant du travail à une turbine dont l'arbre est commun avec celui du compresseur et qui entraîne donc ce dernier en rotation de 4 à 1 : d'un refroidissement isobare : cette dernière étape est souvent imaginaire dans la mesure où, dans le cas où la chaleur est fournie par une combustion, l'on admet des gaz "frais" en 1 et l'on évacue les gaz brûlés en 4. Figure. 5 Diagramme PV et TS du Cycle de Joule-Brayton Cours Conversion d’énergie C531 Présenté par Dr N.ACHAIBOU Figure. 6 Schémas d’une turbine à gaz La turbine à vapeur Définition : La turbine à vapeur est un des matériels stratégiques des installations de production d’énergie électrique. Son indisponibilité entraîne la perte de la production d’énergie, contrairement à d’autres matériels (pompes alimentaires, pompes de circulation assistée, ventilateurs...) dont la redondance permet de poursuivre l’exploitation des installations soit à pleine charge, soit éventuellement à charge partielle. Types des turbines à vapeur ; Les turbines à vapeur sont classées selon les conditions de la vapeur à l’évacuation, soit des types à condensation ou sans condensation. Cours Conversion d’énergie C531 Présenté par Dr N.ACHAIBOU Figure.7 turbine à vapeur à condensation Figure.8 turbine à vapeur sans condensation Composants de la turbine à vapeur 1- Parties mobiles (ou rotors) 2- Organes d’admission vapeur 3- Clapets de soutirage 4- Paliers et butée de la ligne d’arbres 5- Parties fixes Cours Conversion d’énergie C531 Présenté par Dr N.ACHAIBOU Figure : 9 Principe de fonctionnement d'une turbine à vapeur Avantages des turbines à vapeur : Lorsqu’une usine est bine est alimentée en vapeur, l’installation de la turbine à vapeur peut être plus économique que celle de gros moteurs électriques ou de turbines à gaz. La puissance de sortie des turbines à vapeur est plus élevée que celle des turbines à gaz de taille et de consommation énergétique similaires. Lorsqu’il y a une entente avec la compagnie d’électricité. Des alternateurs électriques entrainés par turbine peuvent être utilisés pour fournir une partie de la puissance électrique d’une usine de procédés pendant les charges de pointe et fournir de la puissance à la compagnie d’électricité à d’autres moments . La turbine et les générateurs de vapeur fonctionnent ainsi à leur maximum. De plus ,la rentabilité du projet devient intéressante si les taux de l’énergie primaire sont appropriés et qu’il y a possibilité de vendre la puissance de réserve. Il existe une vaste gamme de turbine à vapeur ; certains modèles sont dotés d’arbre communs et de pompes pour répondre à des exigences industrielles et électriques. Un exemple de cycle de puissance à vapeur : le cycle de Rankine Le cycle de Rankine s'apparente au précédent dans la mesure où il se compose des mêmes transformations à savoir deux adiabatiques et deux isobares. Il en diffère par le fait qu'il met en jeu le changement d'état du fluide. Le compresseur est donc remplacé par une pompe qui fait circuler le fluide à l'état liquide de la sortie du condenseur (où il s'est liquéfié) à l'entrée de la chaudière dans laquelle il se vaporise, la vapeur se détendant dans la turbine en fournissant ainsi un travail qui sert généralement à entraîner un alternateur pour produire de l'énergie électrique. Dans la pratique, on utilise dans les centrales électriques nucléaires ou thermiques) des cycles dérivés de celui de Rankine. Figure. 10 Schéma d’une turbine à gaz Cours Conversion d’énergie C531 Présenté par Dr N.ACHAIBOU Cours : Réfrigérateur et Pompe à chaleur Présentation de la machine frigorifique • Les machines frigorifiques contiennent un liquide dont l'évaporation permet de prélever de l'énergie dans une ambiance à refroidir (on ne fabrique pas du froid on enlève de la chaleur). • Cette énergie prélevée est ensuite rejetée dans un milieu extérieur par la condensation de ce même fluide frigorigène. Figure. 1 Schéma d’une machine frigorifique Remarquez que dans cet exemple, le transfert d'énergie ne s'effectue pas dans le sens normal de circulation de la chaleur : la chaleur circule d'un milieu " froid " à 25 [°C] vers un milieu " chaud " à 30 [°C]. Ce transfert anormal de chaleur nécessite une consommation d'énergie. Les fluides utilisés pour véhiculer l'énergie du local à refroidir vers l'extérieur sont appelés " fluides frigorigènes ". Leur principale caractéristique est leur capacité à bouillir et à se condenser à des températures basses et des pressions raisonnables. Ces fluides particuliers autrefois appelés " fréon " du nom d'une marque, sont désignés par la lettre R (Réfrigérant) suivi de chiffres. Les principaux fluides utilisés autrefois étaient le R12 et le R22. Ils sont aujourd'hui remplacés par des fluides moins polluants tels que le R410A ou le R134A. Les composants de la machine frigorifique La machine frigorifique comporte 4 composants principaux dans uploads/Industriel/ conversion-d-energie-word-converti.pdf