th5 ddd essentiel machines thermiques

Objectif
ObjectifObjectif
Objectif :
::
:  Comprendre le fonctionnement des Machines Thermiques (Moteurs / Réfrigérateurs / Clim / PAC / …)
I.
I. I.
I. M
MM
Machines Dithermes
achines Dithermesachines Dithermes
achines Dithermes
Principe de Carnot
Principe de CarnotPrincipe de Carnot
Principe de Carnot :
::
:
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
Diagramme de RaveauDiagramme de Raveau
Diagramme de Raveau :
::
:
+ + =
+ ≤
: 0
: 0
C F
irr
C F
rév
C F
Premier Principe W Q Q
QQ
Inégalité de Clausius T T
=> (a) Zone interdite :
i r r
C F
Cr é v F
T Q
QT
−
≤
=> (b) Zone motrice :
= − − ≤ ⇒≥ −
0
C F C F
W Q Q Q Q
II. Moteurs Thermiques
II. Moteurs ThermiquesII. Moteurs Thermiques
II. Moteurs Thermiques
Efficacité Ther
Efficacité TherEfficacité Ther
Efficacité Thermo
momo
mo :
::
:
η
η
−
= = = = =
≤ ≤
: 0 1
C C
énergie utile W W
e Rendement
énergie conso Q Q
On a
Maximum
MaximumMaximum
Maximum :
::
:
+
− ∆
⇒= = = + ≤ − = = ⇒= −1 1 1
irr
C F
F F F
moteur CARNOT
rév
C C C C C C
Q Q
Q T T
W T
e e
Q Q Q T T T
Moteur de CARNOT
Moteur de CARNOTMoteur de CARNOT
Moteur de CARNOT :
::
: REVERSIBLE => 2 ISOT + 2 ISOS = Efficacité Maximale Atteignable = Référence
Résumé de cours
Résumé de cours Résumé de cours
Résumé de cours –
––
–
TH
THTH
TH
5
55
5
–
––
– Machines thermiques
Machines thermiques Machines thermiques
Machines thermiques –
––
– 1/2
1/2 1/2
1/2
T
C
T
F
W < 0
Σ
ΣΣ
Σ
Q
C
> 0
Q
F
< 0
Q
QQ
Q C
CC
C
>
>>
> 0
0 0
0
W <
W <W <
W <
0
0 0
0
Q
QQ
Q
F
FF
F
<
<<
<
0
0 0
0
Tra ns f er t
Tra ns f er t Tra ns f er t
Tra ns f er t
d ’ é ne rg i e
d ’ é ne rg i ed ’ é ne rg i e
d’ é n er g ie
Q
C
Q
F
(
((
(
a
aa
a
)
))
)
(
((
(
b
bb
b
)
) )
)
Récepteur
Moteur
2
22
2
1
11
1
3
33
3
4
44
4
T
C
T
F
W < 0
Σ
ΣΣ
Σ
Q
C
> 0
Q
F
< 0
1.
1.1.
1. M
MM
M OTEUR
OTEUR OTEUR
OTEUR T
TT
T HERMIQUE
HERMIQUEHERMIQUE
HERMIQUE
0
0
0
C
F
C F
C F
Q
Q
Q Q
W Q Q
>
<
>
=− − <
=> Génère un travail à partir de chaleur
T
C
T
F
W > 0
Σ
ΣΣ
Σ
Q
C
> 0
Q
F
< 0
2
22
2.
..
. E
EE
E CHANGEUR DE
CHANGEUR DE CHANGEUR DE
CHANGEUR DE C
CC
C HALEUR
HALEURHALEUR
HALEUR
0
0
0
C
F
C F
C F
Q
Q
Q Q
W Q Q
>
<
<
=− − >
=> Accélère l’échange naturel de chaleur
T
C
T
F
W > 0
Σ
ΣΣ
Σ
Q
C
<
0
Q
F
>
0
4
44
4.
..
. R
RR
R EFRIGERATEUR
EFRIGERATEUR EFRIGERATEUR
EFRIGERATEUR /
//
/
C
CC
C LIM
LIMLIM
LIM /
//
/ PAC
PACPAC
PAC
0
0
0
C
F
C F
C F
Q
Q
Q Q
W Q Q
<
>
>
= − − >
=> Inverse le transfert naturel de chaleur
T
C
T
F
W > 0
Σ
ΣΣ
Σ
Q
C
< 0
Q
F
> 0
3
33
3
.
..
.
C
CC
C
HAUFFAGE
HAUFFAGEHAUFFAGE
HAUFFAGE
=> Sans
Intérêt
=
énergie utile
e
énergie conso
Efficacité Thermo
Efficacité ThermoEfficacité Thermo
Efficacité Thermo :
::
:
T
S
IsoT
IsoT
Iso
S
Iso
S
A
AA
A
B
BB
B
C
CC
C
D
DD
D
P
V
IsoT
IsoT
Iso
S
Iso
S
A
AA
A
B
BB
B
C
CC
C
D
DD
D

E
EE
Exemple de Cycles
xemple de Cyclesxemple de Cycles
xemple de Cycles :
::
:
B
BB
B E A U D E
E A U D E E A U D E
E A U D E R
RR
R O C H A S
O C H A SO C H A S
O C H A S D
DD
D I E S E L
I E S E LI E S E L
I E S E L S
SS
S T I R L I N G
T I R L I N GT I R L I N G
T I R L I N G B
BB
B R A Y T O N
R A Y T O N R A Y T O N
R A Y T O N –
––
– J
JJ
J O U L E
O U L EO U L E
O U L E
(2 temps
(2 temps (2 temps
(2 temps –
––
– 4 temps)
4 temps) 4 temps)
4 temps) (Comb
(Comb(Comb
(Combustion Externe)
ustion Externe)ustion Externe)
ustion Externe) (Moteur à réaction)
(Moteur à réaction)(Moteur à réaction)
(Moteur à réaction)
(Clim / PAC / Frigo)
(Clim / PAC / Frigo)(Clim / PAC / Frigo)
(Clim / PAC / Frigo)
III. Réfrigérateurs, Climatisation et Pompes à Chaleur
III. Réfrigérateurs, Climatisation et Pompes à ChaleurIII. Réfrigérateurs, Climatisation et Pompes à Chaleur
III. Réfrigérateurs, Climatisation et Pompes à Chaleur
Fonctionnement
FonctionnementFonctionnement
Fonctionnement :
::
:
=> Même transfert d’énergie – Inversion du sens naturel
=> Mais un objectif différent
- Réfri / Clim = Refroidir la Source Froide
- PAC = Réchauffer la Source Chaudde
Meilleur Machine
Meilleur MachineMeilleur Machine
Meilleur Machine :
::
:
( )
= = = ≤
− + − − − +
1 1
1 1
irr
F F
réfri rév
C C
C F
F F
Q Q
e
Q T
W Q Q
Q T
− −
= = = ≤
− − + −
1 1
1 1
irr
C C
PAC rév
F F
C F
C C
Q Q
e
Q T
W Q Q
Q T
⇒= ≤ = =
− ∆
irr
F F F
réfri réfri max
rév C F
Q T T
e e
W T T T
= ≤ = =
− ∆
irr
C C C
PAC PAC max
rév C F
Q T T
e e
W T T T
Comment
CommentComment
Comment ?
??
? 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…
Résumé de cours
Résumé de cours Résumé de cours
Résumé de cours –
––
– TH
THTH
TH5
55
5 –
––
– Machines thermiques
Machines thermiques Machines thermiques
Machines thermiques –
––
– 2/2
2/2 2/2
2/2
P
V
IsoS
2. C
ompression
D
DD
D
IsoS
IsoV
IsoV
3. Explosion
1. Admission
Détente
Q = 0
A
AA
A
B
BB
B
C
CC
C
- Q C = Q BC = Explosion
- Q F = Q DA = Echappement
- W = Wcycle…
η
−
⇒= = = +1
DA
C BC
Q
W
eQ Q
Q
C
Q
F
P
Iso
S
I
soS
Iso
P
Ou avec
IsoV
- Q C = Q BC = Explosion
- Q F = Q DA = Echappement
=> Auto-Inflammation…
η
−
⇒= = = +1
DA
C BC
Q
W
eQ Q
Q
C
V
D
DD
D
IsoV
Q = 0
A
AA
A
Q
F
B
BB
B
C
CC
C
P
V
IsoT
B
BB
B
D
DD
D
I
soT
IsoV
IsoV
- Q C = Q BC + Q CD = Contact
avec la Source Chaude
- Q F = Q AB + Q DA = Contact
avec la Source Froide
η
+
⇒= = + + 1
DA AB
BC CD
Q Q
eQ Q
C
CC
C
A
AA
A
Q
C
- Q C = Q BC = Explosion
- Q F = Q DA = Evacuation
- W = Wcycle…
η
−
⇒= = = +1
DA
C BC
Q
W
eQ Q
P
V
B
BB
B
Iso
S
I
soS
IsoP
I
s
o
P
Q
C
A
AA
A
D
DD
D
Q
F
C
CC
C
Q
QQ
Q
F
FF
F
>
>>
>
0
0 0
0
W >
W >W >
W >
0
0 0
0
Q
QQ
Q
C
CC
C
<
<<
<
0
0 0
0
E n er g i e
E n er g i eE n er g i e
E n er g i e
T
C
T
F
W
>
0
Σ
ΣΣ
Σ
Q
F
>
0
Q
C
<
0
R
RR
R EFRIGERATEUR
EFRIGERATEUREFRIGERATEUR
EFRIGERATEUR
(= Climatisation)
(= Climatisation)(= Climatisation)
(= Climatisation)
Enceinte à
refroidir
Extérieur
(Air Ambiant)
T
C
T
F
W
>
0
Σ
ΣΣ
Σ
Q
F
>
0
Q
C
<
0
Local à
réchauffer
Extérieur
(Air Ambiant)
P
PP
P OMPE A
OMPE A OMPE A
OMPE A C
CC
C HALEUR
HALEURHALEUR
HALEUR
=> PAC
=> PAC=> PAC
=> PAC
⇒= = =
F F
réfri
Q Q
utile
e
absorbé W W
−
⇒= = =
C C
PAC
Q Q
utile
e
absorbé W W
T
F
T
C
Déte
nte
Q
F
> 0
Prélèvement
source froide
Q
C
< 0
Réchauffage
source chaude
Compression
Q
C
< 0
T du fluide
W
WW
W
> 0
> 0 > 0
> 0
T