Enthalpie en unités extensives
H = U + pV
L’enthalpie est une quantité importante, elle dépend de la taille du système ou de la quantité de substance qu’il contient. L’unité SI d’enthalpie est le joule (J). C’est l’énergie contenue dans le système, à l’exclusion de l’énergie cinétique de mouvement du système dans son ensemble et de l’énergie potentielle du système dans son ensemble en raison des champs de forces externes. C’est la quantité thermodynamique équivalente au contenu thermique total d’un système.
D’autre part, de l’énergie peut être stockée dans les liaisons chimiques entre les atomes qui composent les molécules. Ce stockage d’énergie au niveau atomique inclut l’énergie associée aux états orbitaux des électrons, au spin nucléaire et aux forces de liaison dans le noyau.
L’enthalpie est représentée par le symbole H et le changement d’enthalpie dans un processus est H 2 – H 1 .
Il existe des expressions en termes de variables plus familières telles que la température et la pression :
dH = C p dT + V (1-aT) dp
Où C p est la capacité thermique à pression constante et α le coefficient de dilatation thermique (cubique). Pour le gaz parfait, αT = 1 et donc:
dH = C p dT
Exemple: Piston sans friction – Chaleur – Enthalpie
Un piston sans frottement est utilisé pour fournir une pression constante de 500 kPa en une vapeur contenant de cylindre ( vapeur surchauffée ) d’un volume de 2 m 3 à 500 K . Calculez la température finale, si 3000 kJ de chaleur sont ajoutés.
Solution:
En utilisant des tables à vapeur, nous savons que l’ enthalpie spécifique de cette vapeur (500 kPa; 500 K) est d’environ 2912 kJ / kg . Étant donné qu’à cette condition, la vapeur a une densité de 2,2 kg / m 3 , alors nous savons qu’il y a environ 4,4 kg de vapeur dans le piston à l’enthalpie de 2912 kJ / kg x 4,4 kg = 12812 kJ .
Lorsque nous utilisons simplement Q = H 2 – H 1 , l’enthalpie de vapeur résultante sera alors:
H 2 = H 1 + Q = 15812 kJ
A partir des tables à vapeur , une telle vapeur surchauffée (15812 / 4,4 = 3593 kJ / kg) aura une température de 828 K (555 ° C) . Comme à cette enthalpie, la vapeur a une densité de 1,31 kg / m 3 , il est évident qu’elle a augmenté d’environ 2,2 / 1,31 = 1,67 (+ 67%). Par conséquent, le volume résultant est de 2 m 3 x 1,67 = 3,34 m 3 et ∆V = 3,34 m 3 – 2 m 3 = 1,34 m 3 .
La partie p∆V de l’enthalpie, c’est-à-dire le travail effectué est:
W = p∆V = 500 000 Pa x 1,34 m 3 = 670 kJ
Exemple: bilan énergétique d’un générateur de vapeur
Calculez la quantité de liquide de refroidissement primaire, qui est nécessaire pour évaporer 1 kg d’eau d’alimentation dans un générateur de vapeur typique . Supposons qu’il n’y ait pas de pertes d’énergie, ce n’est qu’un exemple idéalisé.
Equilibre du circuit primaire
Le liquide de refroidissement primaire chaud ( eau 330 ° C; 626 ° F; 16 MPa ) est pompé dans le générateur de vapeur par l’entrée primaire. Le liquide de refroidissement primaire laisse (eau 295 ° C; 563 ° F; 16 MPa) le générateur de vapeur par la sortie primaire.
h I, entrée = 1516 kJ / kg
=> Δh I = -206 kJ / kg
h I, sortie = 1310 kJ / kg
Équilibre de l’eau d’alimentation
L’eau d’alimentation ( eau 230 ° C; 446 ° F; 6,5 MPa ) est pompée dans le générateur de vapeur par l’entrée d’eau d’alimentation. L’eau d’alimentation (circuit secondaire) est chauffée de ~ 230 ° C 446 ° F au point d’ébullition de ce fluide (280 ° C; 536 ° F; 6,5 MPa) . L’eau d’alimentation est ensuite évaporée et la vapeur sous pression ( vapeur saturée 280 ° C; 536 ° F; 6,5 MPa) quitte le générateur de vapeur par la sortie de vapeur et continue vers la turbine à vapeur.
h II, entrée = 991 kJ / kg
=> Δh II = 1789 kJ / kg
h II, sortie = 2780 kJ / kg
Équilibre du générateur de vapeur
Étant donné que la différence d’enthalpies spécifiques est moindre pour le liquide de refroidissement primaire que pour l’eau d’alimentation, il est évident que la quantité de liquide de refroidissement primaire sera supérieure à 1 kg. Pour produire 1 kg de vapeur saturée à partir de l’eau d’alimentation, environ 1789/206 x 1 kg = 8,68 kg de liquide de refroidissement primaire est nécessaire.
Exemple: combustion d’hydrogène
Considérez la combustion de l’hydrogène dans l’air. Dans une flamme d’hydrogène gazeux pur, brûlant dans l’air, l’ hydrogène (H 2 ) réagit avec l’ oxygène (O 2 ) pour former de l’ eau (H 2 O) et libère de l’énergie .
Énergétiquement, le processus peut être considéré comme nécessitant de l’énergie pour dissocier le H 2 et l’ O 2 , mais la liaison du H 2 O ramène le système à un état lié avec un potentiel négatif . Il est en fait plus négatif que les états liés des réactifs, et la formation des deux molécules d’eau est donc une réaction exothermique , qui libère 5,7 eV d’énergie. En termes d’enthalpie, l’enthalpie de combustion est de -286 kJ / mol:
2H 2 (g) + O 2 (g) → 2H 2 O (g)
En termes d’enthalpie, l’enthalpie de combustion est de -286 kJ / mol (énergie par mol d’hydrogène moléculaire):
2H 2 (g) + O 2 (g) → 2H 2 O (l) +572 kJ
L’équilibre énergétique avant et après la réaction peut être illustré schématiquement par l’état dans lequel tous les atomes sont libres pris comme référence pour l’énergie.
Exemple: enthalpie de vapeur humide
Un étage haute pression de turbine à vapeur fonctionne à l’état stable avec des conditions d’entrée de 6 MPa, t = 275,6 ° C, x = 1 (point C). La vapeur sort de cet étage de turbine à une pression de 1,15 MPa, 186 ° C et x = 0,87 (point D). Calculez la différence d’enthalpie entre ces deux états.
L’enthalpie pour l’état C peut être prélevée directement dans les tables de vapeur , tandis que l’enthalpie pour l’état D doit être calculée en utilisant la qualité de la vapeur:
h 1, humide = 2785 kJ / kg
h 2, humide = h 2, s x + (1 – x) h 2, l = 2782. 0,87 + (1 – 0,87). 790 = 2420 + 103 = 2523 kJ / kg
Δh = 262 kJ / kg
Cet article est basé sur la traduction automatique de l’article original en anglais. Pour plus d’informations, voir l’article en anglais. Pouvez vous nous aider Si vous souhaitez corriger la traduction, envoyez-la à l’adresse: translations@nuclear-power.com ou remplissez le formulaire de traduction en ligne. Nous apprécions votre aide, nous mettrons à jour la traduction le plus rapidement possible. Merci
