Thermodynamique et Installations Énergétiques - Cours et Exercices

République Algérienne Démocratique et Populaire
Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique
Université des Sciences et de la Technologie d’Oran Mohamed BOUDIAF
Faculté de Génie Mécanique
Département de Génie Mécanique
BENZERDJEB ABDELOUAHAB
♦2017♦

THERMODYNAMIQUE
ET
INSTALLATIONS ENERGETIQUES
COURS
ET
EXERCISES
Dr. BENZERDJEB ABDELOUAHAB
2017

AVANT-PROPOS
BENZERDJEB ABDELOUAHAB 2017
I
AVANT-PROPOS
Cet ouvrage a été élaboré principalement à l’intention des étudiants suivant
la formation pour l’obtention du diplôme Master option Installations Energétiques
et Turbomachines. Cependant, il peut bien être d’une bonne utilité pour d’autres
étudiants, notamment les étudiants suivant la formation pour l’obtention du
diplôme Master option Energétiques et Construction Mécanique ainsi que les
étudiants de troisième année préparant une licence en Energétique.
Cet ouvrage est un recueil de cours, relevant de la thermodynamique et de
son application aux différentes principales Installations Energétiques, et de
quelques exercices d’applications relatives avec solutions détaillées et d’autres
sans solutions mais avec les réponses numériques. Cela permettra aux étudiants
de les résoudre eux-mêmes et de vérifier leurs résultats avec les réponses données
à la fin des énoncées de chaque exercice.
L’objectif de ce recueil est principalement de permettre aux étudiants
d’avoir une meilleure vision et compréhension sur l’application de la
thermodynamique aux systèmes énergétiques principalement dans le domaine
industriel et en même temps d’améliorer leurs connaissances et leur savoir sur la
thermodynamique et les installations énergétiques.
Après, un rappel sur les principales notions et base de la thermodynamique
dans le premier chapitre, les chapitres suivants présentent une description générale
des principales installations énergétiques avec les différents cycles
thermodynamiques de leur fonctionnement suivis d’analyses énergétiques qui
déterminerons, pour les différentes transformations thermodynamiques de ces
cycle :
 Les différentes quantités de chaleur échangées
 Les différentes quantités de travaux échangés
 Les puissances
 Le rendement thermique
La convention du signe utilisée considère ‘positive’ toute quantité d’énergie
reçu par le système thermodynamique ou le cycle (donc fournie par le milieu
extérieur) et ‘négative’ toute quantité d’énergie cédée par le système

AVANT-PROPOS
BENZERDJEB ABDELOUAHAB 2017
II
thermodynamique ou le cycle (donc reçu par le milieu extérieur). Les quantités
spécifiques ou massiques (par unité de masse généralement per Kg) sont
désignées par des lettres minuscules telles que v, u, q, w, h et s (volume, énergie
interne, chaleur, travail, enthalpie et entropie tous spécifique ou massique) et V,
U, Q, W, H et S (volume, énergie interne, chaleur, travail, enthalpie et entropie
tous pour la masse totale).
Les installations énergétiques étudiées dans cet ouvrage sont :
 Les moteurs à combustion interne (MCI)
 Les installations de turbines à gaz (TAG OU TG)
 Les Installations de turbines à vapeur et de cogénération ou de
thermification (TAV OU TV)
 Les Installations frigorifiques et du froid industriel et pompe à chaleur
 Les Installations de chauffage et de climatisation
Le plaisir, la modestie de partager le savoir avec les étudiants, le désir, le
souhait et l’espoir de les voir bénéficier de ce modeste et humble travail
présentent la principale motivation.

TABLE DES MATIERES
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III
- TABLE DES MATIERES -
Avant-Propos I
Nomenclature VIII
CHAPITRE I
NOTIONS ET RAPPELS THERMODYNAMIQUES
I – 1 Etat thermodynamique 1
I – 2 Quantités et fonctions d’état thermodynamiques 1
I-2-1 Convention du signe 1
I-2-2 Quantité de chaleur ‘’Q’’ 2
I-2-3 Quantité de travail ‘’W’’ 3
I-2-4 Energie interne ‘U’ 3
I-2-5 Enthalpie ‘H’ 4
I-2-6 Entropie ‘S’ 4
I-2-7 Exergie ‘Xh’ ou ‘Ex’ 5
I-2-8 Constantes des gaz 5
I-2-8-1 Constante universelle des gaz ‘R' 5
I-2-8-1 Constante spécifique d’un gaz ‘r' 6
I – 3 Transformations Thermodynamiques 6
I-3-1 Représentation des différents transformations thermodynamiques 6
I-3-2 Analyse des différentes transformations thermodynamiques 7
I-3-2-1 Transformation isobare 7
I-3-2-2 Transformation isotherme 7
I-3-2-3 Transformation isochore 8
I-3-2-4 Transformation adiabatique 8
I-3-2-5 Transformation polytropique 9
I – 4 Rendement thermodynamique d’un cycle ‘ηth’ 10
I – 5 Le Cycle de Carnot 11
I-5-1 Description du cycle de Carnot 11
I-5-2 Rendement du cycle de Carnot 11
I – 6 Types de machines thermiques 12
I-6-1 Machines thermiques motrices 12
I-6-2 Machines thermiques réceptrices 13
I – 7 Rendements internes ou isentropiques 14
I-7-1 Rendement interne d’une machine motrice 15