Otto Cycle vs Brayton Cycle: 5 faits que vous devez savoir

Les cycles de Brayton et Otto génèrent de l'énergie mécanique à partir de l'énergie thermique. Cet article traite en détail du sujet Cycle d'Otto vs cycle de Brayton.

Le cycle Brayton est utilisé dans les moteurs à réaction tandis que le cycle Otto est utilisé dans les véhicules à moteur SI. Permet de découvrir quelles autres différences et similitudes existent entre ces cycles.

Principales pièces de travail utilisées dans le cycle de Brayton

Un ensemble de machines travaillent ensemble pour faire Cycle de Brayton de qualité.

Les différentes pièces de travail utilisées dans le cycle de Brayton sont le compresseur, la chambre de mélange et la turbine. Le compresseur comprime l'air, le carburant est ajouté dans la chambre de mélange où l'air comprimé et le carburant interagissent. Enfin, l'énergie thermique est convertie en énergie mécanique par turbine.

Fonctionnement du cycle de Brayton

L'air est utilisé comme fluide de travail dans le cycle de Brayton. Au moins trois processus sont nécessaires pour terminer ce cycle (trois processus pour le cycle ouvert et quatre processus pour le cycle fermé).

Les processus suivants se combinent pour former le cycle de Brayton-

• Compression isentropique- Le processus 1-2 représente la compression isentropique dans laquelle l'air est comprimé sans changer son entropie.
• Ajout de chaleur isobare- Le processus 2-3 représente l'addition de chaleur isobare dans laquelle de la chaleur est ajoutée à la chambre de mélange ; la chaleur combinée à l'air comprimé produit une énergie thermique élevée.
• Expansion isentropique- Le processus 3-4 représente une expansion isentropique dans laquelle l'énergie thermique est convertie en énergie mécanique. La rotation de l'arbre de la turbine représente l'énergie mécanique.
• Rejet de chaleur isobare- Le processus 4-1 représente le rejet de chaleur isobare où la chaleur est retirée du fluide de travail et est envoyée plus loin pour être comprimée pour le cycle suivant.

Principales pièces utilisées dans le cycle Otto

Les pièces utilisées dans le cycle Otto sont beaucoup plus petites que celles utilisées dans le cycle Brayton.

Les pièces utilisées dans le cycle Otto sont-

• Piston- Le piston effectue un mouvement alternatif de haut en bas qui comprime le fluide de travail à l'intérieur du cylindre.
• Cylindre- Le cylindre est à la base du cycle Otto. Le cylindre est l'endroit où toute la conversion d'énergie a lieu.  
• Vannes- Les soupapes d'aspiration et de refoulement sont utilisées respectivement pour l'admission du fluide de travail et la sortie des gaz d'échappement.

Fonctionnement du cycle Otto

Le cycle Otto utilise la vapeur comme fluide de travail.

Les processus suivants ont lieu dans le cycle Otto-

• Compression isentropique- Le processus 1-2 montre une compression isentropique du fluide de travail. Le piston passe du PMB au PMH. L'entropie du système est constante au cours de ce processus, c'est pourquoi on l'appelle compression isentropique.
• Iaddition de chaleur sochorique- Le processus 2-3 représente l'ajout de chaleur dans le système. Le piston reste au PMH et montre l'allumage du fluide de travail.
• Expansion à entropie constante - Le processus 3-4 représente l'expansion isentropique (expansion à entropie constante) d'où le piston se déplace TDC à BDC. Puisque l’entropie reste constante tout au long de ce processus, on parle d’expansion isentropique.
• Ajout de chaleur isochore- Le processus 4-1 représente l'ajout de chaleur à volume constant. Le piston reste immobile au BDC tandis que la chaleur est rejetée dans l'atmosphère.

Ce cycle se répète pendant que le piston se déplace vers le PMH.

Cycle de Brayton vs efficacité du cycle d'Otto

Les deux cycles différents processus et différents fluides de travail. Cela affecte l'efficacité des cycles.

La comparaison des efficacités thermiques du cycle de Brayton et du cycle d'Otto est présentée dans le tableau ci-dessous-

Efficacité thermique du cycle de Brayton	Efficacité thermique du cycle Otto

Où,

rp est le taux de compression et Y est le taux de chaleur spécifique.

Par conséquent, pour des valeurs constantes de taux de compression, les deux rendements ont les mêmes valeurs.

Mais en pratique, les cycles de Brayton sont utilisés pour des valeurs plus élevées de taux de compression et le cycle Otto est utilisé pour de petites valeurs de taux de compression. Par conséquent, la formule de l'efficacité peut être la même mais leurs applications sont différentes.

Pourquoi le cycle Brayton est-il plus adapté que le cycle Otto ?

Brayton cycle utilise une turbine à gaz et compresseur tandis que le cycle Otto utilise un agencement de cylindre de piston pour son fonctionnement. Le cycle Otto est préféré pour les moteurs SI où l'on ne peut pas installer de turbine à gaz et de compresseur dans le véhicule.

Les points suivants expliquent en détail les avantages de Brayton par rapport au cycle Otto-

• Pour les mêmes valeurs de compression et de sortie de travail, le cycle de Brayton peut gérer un volume plus important dans une petite plage de température et de pression.
• Un agencement de cylindre à piston ne peut pas gérer un grand volume de gaz à basse pression. Par conséquent, le cycle Otto est préféré dans les véhicules.
• Dans le cycle Otto, les pièces de travail sont exposées à une température maximale pendant une très courte période de temps et il faut également du temps pour se refroidir. Alors que dans le cycle de la turbine à gaz, les pièces de travail sont exposées à des températures élevées tout le temps. En régime permanent, le transfert de chaleur de la machinerie est plus difficile dans un procédé à volume constant (c.-à-d. cycle Otto) qu'à pression constante (c.-à-d. cycle Brayton).