7 Evolutions de référence
La section précédente a montré que la détermination de la variation d'enthalpie du fluide qui les traverse suffit pour calculer l'énergie mise en jeu dans ces quatre transformations élémentaires.
Mais cette information n'est pas suffisante pour les caractériser complètement. L'analyse physique de leur comportement permet de mettre en évidence les évolutions de référence correspondant au fonctionnement de composants qui seraient parfaits.
Il est ensuite possible de caractériser la transformation réelle en introduisant un facteur d'imperfection, souvent appelé rendement ou efficacité, qui exprime ses performances par rapport à celle de l'évolution de référence. Cette manière de faire facilite grandement la compréhension des transformations subies par les fluides.
Le choix des évolutions de référence est basé sur l'analyse physique des phénomènes qui prennent place dans les composants : il s'agit d'un choix de modélisation tout à fait essentiel.
Enfin, comme nous le verrons section 10, l'évolution de référence se révèle très utile lorsque l'on cherche à représenter graphiquement le cycle étudié dans un diagramme thermodynamique.
Nous avons vu section 6.1 que les compresseurs et turbines sont des machines dont les échanges de chaleur avec l'extérieur sont généralement négligeables, que l'on qualifie d'adiabatiques. L'évolution de référence pour une compression ou détente avec travail est donc l'adiabatique parfaite ou réversible (nous qualifierons pour le moment de réversible une transformation sans échange de chaleur avec l'extérieur et sans pertes par frottement). Son équation peut être obtenue en intégrant l'équation différentielle exprimant que la chaleur échangée est nulle à tout moment, soit 0 = Cp dT – v dP. Pour un gaz parfait, pour lequel Pv = rT, la courbe correspondante s'obtient très facilement. Elle est donnée par la loi = Cste, avec = Cp/Cv.
Une détente sans travail ou laminage conservant l'enthalpie ( ), l'évolution de référence est l'isenthalpique.
En première approximation, les échanges thermiques peuvent être supposés isobares, les pertes de charge étant relativement faibles. L'évolution de référence est donc l'isobare.
De la même manière, les chambres de combustion et les chaudières peuvent généralement être considérées comme isobares. La combustion a donc lieu à pression constante, ce qui surprend toujours un certain nombre d'élèves, convaincus que la combustion élève la pression, même en système ouvert.
Pour illustrer ce propos, considérons un exemple assez répandu de chaudière : la chaudière au gaz murale d'un appartement. La pression y demeure la même dans chacun des deux fluides, que ce soit le circuit d'eau chaude à une pression de 1 à 3 bars, ou le circuit d'air et des fumées, bien évidemment à la pression atmosphérique...
