les cycles thermodynamiques

2. sommaire
1
• Introduction
2
• Objet du thème
3
•Les diffèrents types des cycles
cryogéniques
• Cycle de Linde
• Cycle de base de liquéfaction du méthane
•CYCLES DE BRAYTON INVERSE
•CYCLE DE CLAUDE
•CYCLES EN CASCADE

3. 1.Introduction

La cryogénie est la science des basses températures
se situant au dessous de la barre de 120 K (-153°C).
Cette température représente la limite à partir de
laquelle les principaux gaz atmosphérique (
Méthane , oxygène , azote , néon , hydrogène et
hélium) se liquéfient.
 Elle possède de très nombreuses applications ,
notamment dans les secteurs alimentaire, médical
,industriel et physique. Ces éléments sont utilisés
sous forme liquide .

4. 2.Objet du thème :
 Le but de cette recherche est d'identifier les différents
cycles thermodynamiques cryogéniques

5. 3.Les diffèrents types des
cycles cryogéniques
PROCEDES A
DETENTE
ISENTHALPIQUE DE
JOULE-THOMSON
Cycle de base
de liquéfaction
du méthane
Cycle de Linde
CYCLES DE
BRAYTON
INVERSE
PROCEDES MIXTES
CYCLE DE
CLAUDE
CYCLES EN
CASCADE

6. Cycle de basede liquéfactiondu méthane
 Pour liquéfier du gaz naturel, on comprime à 100 bars du
méthane pris à 1 bar et 280 K, puis on le refroidit jusqu'à
210K
 La compression est supposée isentropique, mais le rapport
de compression très élevé nécessite le recours à plusieurs
compresseurs avec refroidissement intermédiaire à 280 K
 Le gaz refroidi à 210 K est détendu isenthalpiquement de 100
bars à 1 bar, et ses phases liquide et gazeuse séparées.
Comme le montre le schéma de l'installation de la figure ci-
dessous, le méthane entre dans la partie supérieure gauche,
et les fractions liquide et gazeuse sortent en bas à droite.

7. Schéma Cycle de liquéfaction
simple

8. Cycle de Linde
 Ce cycle comporte un refroidissement préliminaire
permettant d’abaisser la température du gaz sous la
température d’inversion de Joul-Thomson(J.T). Cette
température reste néanmoins supérieure à la
température critique et ne permet donc pas la
liquéfaction du gaz.
 Le gaz est ensuite détente selon le processus de J.T
permettant d’atteindre une température inferieure à la
température critique

9. Cycle de Linde dans
diagramme T-S Cycle du Linde.

10. CYCLESDE BRAYTONINVERSE
 Dans le cycle de Linde, le refroidissement isenthalpique est
obtenu au cours d'une détente sans production de travail.
On peut imaginer de refroidir le gaz en actionnant une
turbine et donc, de fournir en même temps du travail. Si
l'on veut se rapprocher d'un cycle idéal le gaz doit être
détendu dans une turbine idéalement réversible. La
substitution de la vanne de laminage par une turbine
reviendrait a faire fonctionner la turbine en milieu humide,
ce qui d'un point de vue technologique est impossible. On
ne peut utiliser la turbine que dans une zone de
température plus élevée (détente sèche). On obtient alors
le cycle de Brayton qui fournit du travail mais ne génère pas
de liquide.

11. CYCLEDE CLAUDE
 Le cycle de Claude a perfectionné le processus de
liquéfaction de l’air en associant l’utilisation d’une
machine de détente et d’une vanne à effet Joule-Thomson.
Schéma du cycle de Claude

13. CYCLESEN CASCADE
 Il est aussi possible d'utiliser des cycles de réfrigération en
cascade, l'évaporateur de l'un d'eux servant de condenseur à
l'autre et ainsi de suite (figure ci-dessous). Les différents
circuits frigorifiques sont alors indépendants sur le plan
hydraulique, mais couplés thermiquement par leurs évapo-
condenseurs.
 Une variante, très utilisée de nos jours dans les unités de
liquéfaction du gaz naturel, consiste à utiliser une cascade
dite incorporée, faisant appel à un fluide thermodynamique
unique composé d’un mélange de méthane, d’éthane, de
propane, de butane et de pentane.

14. Schéma du Cascade classique

15.  MÉMOIRE << Étude thermodynamique et simulation
du cycle de liquéfaction d’Azote>>
 Site internet << les cycles cryogéniques>>