Analyse entropique

Analyse entropique

de cycles ouverts

? roue adsorbante

L'objectif est d'acqu?rir une expertise dans l'optimisation des cycles ouverts ? adsorption au moyen de l'analyse entropique. Cette analyse entropique a donc d'abord ?t? d?velopp?e sur un prototype exp?rimental test? ? Kumamoto. Les variations des irr?versibilit?s avec divers facteurs sont bien mises en ?vidence.

Un climatiseur ? cycle ouvert avec roue adsorbante (gel de silice) comporte en plus de la roue (D sur Figure 1), un ?changeur r?g?n?rateur (SHE), deux ?vaporateurs ``flash`` (EV1 et EV2) et un syst?me de chauffage (HS) qui est la source d'?nergie du cycle. L'air ext?rieur traverse la machine en suivant le trajet 1->4, l'air extrait de la pi?ce climatis?e suit le trajet 5->9. L'analyse du proc?d? met en ?vidence le caract?re ouvert du cycle et sa consommation en eau liquide, cette derni?re ?tant rejet?e sous forme vapeur dans l'atmosph?re. Le bilan entropique est ?tabli en imaginant deux syst?mes ``virtuels`` (not?s C et E dans la Figure 1) qui permettent de fermer le cycle, l'ensemble (A+C+E) n'?changeant plus que de la chaleur avec l'ext?rieur. Les bilans des syst?mes C et E int?grent donc les ?changes de masse et de chaleur avec l'air ext?rieur et l'air climatis?. Le bilan entropique fait appara?tre les productions d'entropie dues aux ?changes dans les syst?mes C et E. Ces irr?versibilit?s ne sont donc pas attach?es ? un composant de la machine mais ? son caract?re ouvert.

En outre, toutes les productions d'entropie sont adimensionnalis?es dans une ?chelle [0-1] o? 1 correspond au COP de Carnot du cycle tritherme et o? 0 correspond ? un COP nul.

Enfin, cette analyse a ?t? valid?e sur des r?sultats exp?rimentaux obtenus ? Kumamoto University (Figure 2a). Les valeurs num?riques montrent que la diff?rence entre le COP de Carnot et le COP du cycle r?el ne s'explique compl?tement qu'en prenant en compte les irr?versibilit?s dans les syst?mes C et E (Figure 2b).

Parmi les param?tres op?ratoires dont l'influence est ?tudi?e, la temp?rature de source chaude Th est particuli?rement complexe car elle influence aussi le COP de Carnot. Notre analyse adimensionnelle permet de pr?senter tr?s simplement les variations des diff?rentes irr?versibilit?s avec cette temp?rature (Figure 3). Cette analyse donne des pistes int?ressantes pour l'augmentation des performances du cycle.

Ainsi ?tablie, cette m?thode d'analyse va maintenant ?tre appliqu?e ? une pompe ? chaleur ? lit de z?olite dans le cadre d'une collaboration avec le ZAE Bayern (Allemagne).

Elle ouvre aussi la voie pour l'analyse entropique de syst?mes ouverts plus complexes, par exemple ceux mod?lis?s en M?canique des Fluides Num?rique.