PHYSIQUE BTS CIRA 2000

Étude des circuits secondaire et de refroidissement d’une centrale nucléaire (tranche 1450 MW)

L’énoncé comporte 7 pages dont :

-     deux schémas de la centrale page 2 et du réfrigérant page 4.

-     le diagramme de Mollier de l’eau (pages 5 et 6) en double exemplaire. Un seul sera rendu avec la copie.

-    un diagramme psychrométrique page 7.

Description des circuits

L’ensemble des valeurs numériques nécessaires se trouve sur les schémas page 2 et page 4. Dans le circuit secondaire La vapeur produite par les générateurs entraîne la turbine. L’eau condensée est recyclée après passage dans des réchauffeurs.

La pression dans la partie secondaire des générateurs de vapeur � est de 71 bars. L’eau peut ainsi bouillir au contact des tubes du générateur de vapeur, eux-mêmes parcourus par l’eau du circuit primaire. Elle en sort à état de vapeur saturée sèche.

La vapeur se détend dans la partie haute pression de la turbine ‚. La détente de la vapeur en fait baisser la température. Des gouttelettes de condensation apparaissent. Il faut les séparer car leur impact à grande vitesse endommagerait aubes et directrices. Cette opération est faite à la sortie du corps haute pression, dans un « sécheur­-surchauffeur » ƒ La vapeur se détend ensuite dans les parties moyenne et basse pression de la turbine.

Des prélèvements de vapeur sont effectués à divers niveaux, pour réchauffer les flux retournant à la turbine.

A l’échappement de la turbine, la vapeur se condense sur les tubes du condenseur „.

A la sortie du condenseur, l’eau du circuit secondaire est reprise par des pompes d’extraction, placées en contrebas du condenseur, au fond d’un puits de plus de 10 m de profondeur. D’autres pompes font monter la pression jusqu’à celle d’alimentation du générateur de vapeur.

L’eau de refroidissement du circuit secondaire est alors dirigée vers le réfrigérant atmosphérique (… page 4) où elle est dispersée en fines gouttelettes en pluie face à un courant d’air ascendant. Une faible proportion de celle eau est évaporée, cédant ainsi de la chaleur à l’air.

Les deux parties du problème sont indépendantes.

Etude de la turbine

1. Placer sur le diagramme de Mollier le point A correspondant à l’entrée de la vapeur dans le corps HP de La turbine. Relever l’enthalpie massique h_A. Ces données seront récapitulées dans un tableau lors de la question 5.

2. La détente dans le corps HP se fait de manière isentropique. Le mélange eau-vapeur en sort dans les conditions d’entrée dans le sécheur-surchauffeur ƒ. Placer sur le diagramme le point B (entrée du sécheur-surchauffeur), relever l’ enthalpie massique h_B.

3. Le sécheur-surchauffeur élève la température du mélange, en le séchant, jusqu’aux conditions d’entrée dans le corps MP. Placer le point C sur le diagramme, et relever l’enthalpie massique h_C.

4. Dans les corps MP et BP la détente est isentropique. La vapeur sort des corps BP à la pression de 0,2 bar. Placer les points D (sortie de MP) et E (sortie de BP). Relever les enthalpies massiques h_D et h_E, ainsi que le titre massique en vapeur du mélange sortant du corps BP : x_E.

5. Reproduire sur votre copie et compléter le tableau suivant :

Point	Pression	Enthalpie massique	Etat physique
Unité
A
B
C
D
E

Représenter sur le diagramme, qui sera rendu avec la copie, les transformations précédentes en justifiant les tracés.

6. On souhaite calculer la puissance totale cédée par la vapeur à la turbine. Pour cela on utilise le tableau précédent ainsi que le débit assuré par le corps HP de la turbine.

a.   Calculer la puissance cédée par la vapeur au corps HP.

b.   La puissance cédée au corps MP est de P₂ = 341 MW, celle cédée aux corps BP est P₃ = 621 MW. Calculer la puissance totale cédée par la vapeur à la turbine,

c.   Comparer cette puissance à la puissance électrique de la turbine. Quelles causes expliquent la différence?

Étude du réfrigérant atmosphérique:

Données:       masse volumique de l’ eau liquide :          r _eau = 1,0.10 ³ kg.m ^-3

masse volumique de l’air à 18 °C             r_air = 1,2 kg.m ^-3

1.   La chaleur enlevée au condenseur est évacuée dans le réfrigérant atmosphérique …. Relever sur le schéma ci-dessous le pourcentage et le débit volumique d’eau évaporée. Quel est le débit massique d’eau évaporée ?

2.  Nous ferons l’hypothèse d’une arrivée d’air à 18 °C et 30 % d’humidité relative. Cet air ressort à 34 °C et 100 % d’humidité relative. Relever sur le diagramme psychrométrique les titres massiques en eau de l’air entrant et sortant. En déduire le débit massique de l’air nécessaire pour évacuer l’eau évaporée.

3.   Relever sur le diagramme psychrométrique les enthalpies de l’air entrant et sortant, par kg d’air sec. En déduire la puissance évacuée par évaporation dans le réfrigérant atmosphérique.

4. Calculer le débit volumique de l’air (en l’assimilant à de l’air sec) pour un débit massique de 2,42 10 ⁴ kg.s ^-1. Déduire des caractéristiques géométriques du réfrigérant atmosphérique la vitesse de l’air sortant, en m.s ^–1 et en km.h ^–1.