Présentation de l’exercice
Cet exercice prolonge l’exercice sur les compressions et les détentes :
Dans un premier temps, nous dresserons le bilan exergétique de la turbine à gaz étudiée précédemment, en utilisant le tableur présenté dans la séance S06, à laquelle nous vous recommandons de vous référer.
Nous vous suggérons aussi d’avoir à portée de main le document pdf sur les bilans exergétiques fourni dans les ressources (cliquez sur le lien ci-dessous) :
Ce document donne quelques indications sur les difficultés qui existent lorsque l’on cherche à établir le bilan exergétique d’un cycle un peu complexe.
Ensuite, nous insèrerons un régénérateur dans la machine, ce qui permettra d’en augmenter les performances.
Référence cours :
- “Bases de Thermodynamique / Deuxième principe”
- “Cycles / Bilans exergétiques”
- tome 1, section 2.5, tome 2, section 1.2
Pour suivre la présentation, passez à l’étape suivante.
(Séance réalisée le 22/02/05 par Renaud Gicquel)Bilan exergétique TAG
Analyse du bilan exergétique
Le bilan exergétique indique un rendement exergétique de 26,5 %.
La répartition des pertes globales montre que, en dehors des irréversibilités de combustion qui sont inéluctables, ce sont les pertes à l’échappement qui sont les plus importantes (42,6 %).
Les pistes d’amélioration des turbines à gaz se déduisent de ce bilan exergétique :
- augmenter la température du cycle pour accroître le rendement de la combustion. On rencontre à ce niveau des limites technologiques qu’il est difficile de vaincre.
- récupérer l’exergie disponible à l’échappement.
La température des gaz en sortie de turbine étant égale à 600 °C, et celle de l’air en sortie du compresseur à 206 °C, il est possible de préchauffer l’air comprimé avec les gaz d’échappement avant l’entrée dans la chambre de combustion.
Le cycle à régénération que nous allons étudier maintenant correspond à cette solution.
Améliorations du cycle
- régénération
Cycle à régénération
Cycle à régénération
Construction de l’échangeur
Si vous avez exécuté pas à pas les instructions qui vous ont été données oralement, la construction de l’échangeur a dû se faire sans problème.
Si, pour une raison ou pour une autre vous rencontrez une difficulté, vous pouvez essayer de reprendre votre construction en opérant comme suit :
- construisez un schéma du cycle analogue à celui qui vous a été présenté
- transférez les éléments dans le simulateur en utilisant l’interface accessible depuis le menu Spécial de l’éditeur de schémas
- ouvrez les deux transfos échange que vous avez créées, paramétrez le point 5 avec 300 °C et 5 bars, et le point 6 avec 400 °C et 1 bar, et calculez les ainsi que les deux transfos
- double-cliquez ensuite deux fois sur le lien bleu de l’échangeur à partir de l’éditeur de schémas, et sauvez l’échangeur.
En principe, ce mode de construction devrait bien fonctionner.
Cycle à régénération
Analyse du bilan exergétique
Le bilan exergétique indique un rendement de 43,2 %.
Les pertes à l’échappement ont beaucoup diminué, et ne représentent plus que 25,5 %. Toutefois, les gaz sortent encore à 300 °C, ce qui représente un potentiel énergétique perdu.
Seuls les cycles combinés permettent de refroidir les gaz à basse température, comme nous le verrons dans une prochaine séance.
Les pertes du compresseur, de la turbine et du régénérateur sont toutes du même ordre de grandeur.
Les fichiers Thermoptim du cycle à régénération et le tableur permettant de calculer les bilans exergétiques sont donnés dans l’archive téléchargeable ci-dessous, ainsi que les fichiers de résultats utilisés dans cette séance.