Résumé de cours – TH5 TH 5 – Machines thermiques – 1/2 Objectif : Comprendre le fonctionnement des Machines Thermiques (Moteurs / Réfrigérateurs / Clim / PAC / …) I. Machines Dithermes TC Principe de Carnot : QC >0 Besoin de 2 sources à des Températures différentes pour générer un travail => Prélèvement à la source chaude => Restitution à la source froide (Pertes) Diagramme de Raveau : −T C Q ir r QC ≤ 1. M OTEUR T HERMIQUE W<0 QF < 0 TF 1 (b) (a) Moteur QC F 2 W = −QC − Q F ≤ 0 ⇒ QC ≥ −Q F => (b) Zone motrice : Σ QF < 0 TF rév QC > 0 W<0 Premier Principe : W + Q C + Q F = 0 Q C Q F irr : + ≤0 Inégalité de Clausius TC T F rév => (a) Zone interdite : QC > 0 QF < 0 QC > QF W = −QC − QF < 0 Transfert d’énergie QF TC Récepteur QC > 0 Σ Efficacité Thermo : W<0 QF < 0 3 4 énergie utile e= énergie conso TF => Génère un travail à partir de chaleur 2 . E CHANGEUR DE C HALEUR QC > 0 QF < 0 W>0 QC < QF W = −Q − Q > 0 C F 3 . C HAUFFAGE TC TC QC > 0 4 . R EFRIGERATEUR / C LIM / PAC W>0 QF < 0 Σ QF > 0 => Sans Intérêt TF => Accélère l’échange naturel de chaleur TF QC < 0 QC < 0 W>0 Q > 0 F QF > 0 QC > Q F W = − Q − Q > 0 C F QC < 0 Σ TC Σ TF => Inverse le transfert naturel de chaleur II. Moteurs Thermiques énergie utile W −W = = = Rendement = η e = énergie conso Q QC C On a : 0 ≤η ≤ 1 Efficacité Thermo Thermo : Maximum : ⇒ e moteur = Moteur de CARNOT : −W QC = QC + Q F Q irr T ∆T =1+ F ≤ 1− F = = rév QC QC TC TC ⇒ eCARNOT = 1 − REVERSIBLE => 2 ISOT + 2 ISOS = Efficacité Maximale Atteignable = Référence P C IsoT IsoS T C D IsoT B A V D IsoS IsoS IsoS B IsoT IsoT A S TF TC Résumé de cours – TH5 TH 5 – Machines thermiques – 2/2 Exemple de Cycles : BEAU DE ROCHAS (2 temps – 4 temps) P DIESEL C QC IsoV Ou avec IsoV P Détente Q=0 QF 2. Compression 1. Admission B D IsoS 3. Explosion A QC IsoP IsoS A D IsoT IsoV V QC B IsoV A ⇒ e =η =1+ Q BC IsoP C IsoS IsoS A D IsoP V - QC = QBC + QCD = Contact avec la Source Chaude - QF = QAB + QDA = Contact avec la Source Froide - QC = QBC = Explosion - QF = QDA = Echappement => Auto-Inflammation… Q −W ⇒ e =η = = 1 + DA Q BC QC IsoT B IsoV QF IsoV V P C Q=0 D IsoS - QC = QBC = Explosion - QF = QDA = Echappement - W = Wcycle… Q −W ⇒ e =η = = 1 + DA QC C BRAYTON – JOULE (Moteur à réaction) (Clim / PAC / Frigo) P QC IsoS B STIRLING (Combustion ustion Externe) (Comb QF V - QC = QBC = Explosion - QF = QDA = Evacuation - W = Wcycle… Q DA + Q AB Q BC + QCD ⇒e =η = −W QC = 1+ QDA QBC III. Réfrigérateurs, Climatisation et Pompes à Chaleur W>0 Fonctionnement : => Même transfert d’énergie – Inversion du sens naturel => Mais un objectif différent - Réfri / Clim = Refroidir la Source Froide - PAC = Réchauffer la Source Chaudde REFRIGERATEUR QC < 0 QF > 0 Energie POMPE A CHALEUR => PAC W>0 W>0 (= Climatisation) QF > 0 Σ TF Enceinte à refroidir ⇒ e réfri = QF > 0 QC < 0 QC < 0 Σ TF TC Extérieur (Air Ambiant) Extérieur (Air Ambiant) Q Q utile = F = F absorbé W W ⇒ e PAC = TC Local à réchauffer Q −QC utile = C = absorbé W W Meilleur Machine : e réfri = QF QF = = W − (Q C + Q F ) ⇒ eréfri = QF W Comment ? 1 irr 1 Q −1 − C QF rév T −1 + C TF irr ≤ eréfri max = rév ≤ e PAC = TF T = F TC −TF ∆T −Q C W e PAC = = QC W −Q C = −Q C − Q F irr 1 Q 1+ F QC ≤ e PAC max = rév TC irr 1 ≤ rév TC −T F 1− = Comment Prélever de la chaleur à la source froide, pour la restituer à la source chaude ? => Compression / Détente d’un fluide caloporteur (agent thermique) au bon moment… T QC < 0 TC TF QC < 0 Prélèvement source froide Réchauffage source chaude T du fluide QF > 0 Détente Compression W>0 TF TC TC ∆T
