Bibliographie & annexes
Présentation
RÉSUMÉ
Le comportement des mélanges diffère profondément de celui des corps purs, du fait que la pression et la température ne restent pas constantes lors des changements d'état. Dans cet article, nous expliquons ce phénomène dans une première partie, avant de fournir des exemples de diagrammes de mélanges et d'y représenter trois types de cycles. La troisième partie traite quant à elle des mélanges utilisés dans les cycles à absorption.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Renaud GICQUEL : Professeur à l’École des mines de Paris - Directeur du Centre d’énergétique
INTRODUCTION
Cet article et le suivant Diagrammes thermodynamiques- Mélanges humides et combustion font suite aux articles Diagrammes thermodynamiques- Généralités et Diagrammes thermodynamiques- Fluides purs, azéotropes et gaz idéaux dans lesquels ont été présentés les diagrammes relatifs aux corps purs et aux mélanges azéotropiques. Ils traitent des diagrammes utilisés pour représenter les propriétés des mélanges de fluides thermodynamiques les plus employés dans les divers domaines d’application du génie énergétique, à l’exception de la cryogénie, qui ne sera pas abordée ici. Dans la totalité des cas, sauf pour la partie relative à la combustion (dans Diagrammes thermodynamiques- Mélanges humides et combustion), les mélanges considérés dans ces articles sont non réactifs.
L’article BE 8 042 est composé de deux parties correspondant à des domaines d’application distincts :
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l’étude des diagrammes des fluides frigorigènes dits à glissement de température, extension, pour des mélanges de vapeurs de composition fixée, des diagrammes présentés dans le paragraphe 1 de l’article [BE 8 041] ;
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la présentation des diagrammes utilisés pour analyser les cycles de réfrigération à absorption, mélanges de composition variable d’un sorbant et d’un réfrigérant (en pratique eau-ammoniac ou bromure de lithium-eau).
Enfin, précisons que cet article et le suivant font, avec l’autorisation des Presses de l’École des mines de Paris, de très larges emprunts aux ouvrages de l’auteur intitulés « Systèmes Énergétiques ». Les notations sont celles de ces livres, à quelques variantes près effectuées par souci d’homogénéité avec d’autres articles des Techniques de l’Ingénieur.
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MOTS-CLÉS
Diagrammes Fluides thermodynamiques Réfrigération Cycles organiques de Rankine Conversion de l'énergie Machines thermiques
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- Version courante de oct. 2015 par Renaud GICQUEL
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Diagrammes des fluides frigorigènes à glissement de température1. Principes de calcul des propriétés de base des mélanges
Du fait des interactions qui existent entre les molécules des divers constituants, l’estimation des propriétés des mélanges de fluides thermodynamiques est beaucoup plus difficile que celle des corps purs, dont les principes ont été donnés dans le paragraphe 4 de l’article [BE 8 040]. Dans le cas général, elle relève du génie chimique et sort du cadre de ce traité. Nous donnons cependant ci‐dessous quelques indications complémentaires de celles présentées dans le paragraphe 4.6.1 du premier article de cette série, pour que le lecteur puisse se faire une idée des problèmes posés. Comme nous le verrons, presque toutes les applications qui nous intéressent dans cet article constituent des cas particuliers pour lesquels des simplifications sont possibles. Précisons que nous avons pris le parti d’adopter une présentation privilégiant le savoir-faire au savoir proprement dit, de telle sorte que les développements théoriques effectués ici ne font que très peu double emploi avec ceux des autres articles des Techniques de l’Ingénieur traitant des domaines d’application abordés : notre objectif n’est pas d’être exhaustif mais de montrer sur quelles bases scientifiques sont établis les différents types de diagrammes qui sont utilisés en pratique.
1.1 Phénomènes physiques mis en jeu
Le comportement des mélanges en équilibre liquide-vapeur est généralement différent de celui des corps purs, la fraction molaire ou massique de chaque constituant évoluant entre des limites qui dépendent de la pression et de la température, du fait de la distillation qui prend alors place. De par la présence de plusieurs constituants, le changement de phase est plus complexe que pour un corps pur. Sa représentation graphique dans un diagramme n’est simple que si le mélange est binaire, cas auquel nous nous limiterons dans cette introduction.
Pour bien comprendre les phénomènes qui se manifestent, étudions le comportement d’un tel mélange binaire de propane et de butane. Quelques-unes des propriétés de ces corps purs (pression et température critiques, températures d’ébullition à 1 et 2 bar) sont indiquées dans le tableau 1. Elles montrent que le propane est...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - REID (R.C.), PRAUSNITZ (J.M.), POLING (B.E.) - The properties of gases and liquids, - 4th Edition, McGraw-Hill (1987).
-
(2) - CLAUDEL (B.) - Propriétés thermodynamiques des fluides. - Propriétés thermodynamiques des fluides, Techniques de l’Ingénieur, traité Génie énergétique (1996).
-
(3) - DUMINIL (M.) - Machines thermofrigorifiques. - , , , Doc. B 9 733, , et , Techniques de l’Ingénieur, traité Génie énergétique (1996).
-
(4) - ASHRAE - Fundamentals Handbook (SI) Thermophysical properties of refrigerants - (2001).
-
(5) - ZIEGLER (B.), TREPP (Ch.) - Equation of state for ammonia-water mixtures, - Revue Internationale du Froid, Vol. 7, No 2, Butterworth, mars 1984.
-
(6) - GICQUEL (R.) - Systèmes énergétiques, - ...
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