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Diagrammes thermodynamiques

Différents paramètres interviennent pour caractériser un fluide :

Pression unité Pascal (en bars dans les diagrammes, 1b = 100 000 Pa)

Volume unité m3. ( les diagrammes utilisent le volume massique m3/kg)

Température unité K ( en Celcius dans les diagrammes)

Enthalpie unité J (les diagrammes donnent l’enthalpie massique en kJ/kg)

Entropie unité J/K (les diagrammes donnent l’entropie massique en kJ/kg.K)

Deux de ces cinq variables sont indépendantes. C’est très pratique car il suffit d’en calculer ou mesurer 3 pour connaitre les 2 autres à l’aide de tables ou plus facilement encore sur des diagrammes.

En phase de changement d’état, il faut également connaitre le titre

Il y a plusieurs diagrammes utilisés.

Le diagramme Pression - Volume.

appelé "Diagramme de Clapeyron".
Allure du diagramme de Clapeyron
Diagramme de Clapeyron

Ce diagramme est pratique pour visualiser les cycles des moteurs à piston (dits moteurs à combustion interne). Le volume est en abscisse et la pression en ordonnée.

La surface de ce diagramme entre l’abscisse de deux points et la courbe de l’évolution du fluide représente le travail d’1 kg de fluide lors de la transformation.

Attention : On ne peut pas utiliser ce diagramme pour calculer le travail fourni par une turbine à vapeur. En effet, il s’agit du travail occasionné par la variation du volume du gaz. Or, dans les turbines à vapeur, c’est la mise en vitesse qui est utilisée pour produire du travail.

Le diagramme P - T
Diagramme P-T de l'eau

Diagramme PT de l’eau

Il permet de visualiser la courbe de saturation.

Le diagramme H - S.

Diagramme de Mollier

Diagramme de Mollier

Il est utilisé pour tracer les lignes de détente des turbines à vapeur. En effet, les enthalpies massiques étant en ordonnées, il est facile de calculer une différence d’enthalpie et donc l’énergie mise en œuvre dans une partie du cycle.
Diagramme Entropique (T-S)

Le diagramme T - S (Diagramme entropique.)

Il permet de visualiser le rendement d’un cycle. L’énergie utile est représentée par la surface formée au dessus de la ligne de condensation alors que l’énergie perdue dans la source froide est représentée par la surface formée entre la ligne de condensation et le zéro absolu.

On visualise dans l’exemple du cycle de Hirn la différence entre un cycle réel et le cycle de Carnot pour les températures de sources chaudes et froides du cycle.

Remarque :

Tous les diagrammes sont donnés pour 1 Kg de fluide ce qui fausse la représentation d’un cycle comportant des soutirages.

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Alain Duparquet, conducteur en centrale électrique.

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