Exercices de thermodynamique I - Université Kasdi Merbah Ouargla

Université Kasdi Merbah Ouargla
Faculté des sciences et technologies et sciences de la matière
Département des hydrocarbures et de chimie
Travaux dirigé de thermodynamique Prof : Ali Zerrouati
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TDII - 2emeProduction - LMD Hydrocarbure
I - Quelle quantité de chaleur faut il dépenser pour échauffer une masse m= 5Kg de méthane
(CH4) de 15°c à 1215°c.
a - à volume contant
b - à pression constante
On donne la chaleur spécifique molaire moyenne du méthane : Cp = 0,036Kj/mole °.
Rapport des chaleurs spécifiques : γ = 1,3
II - Un cylindre verticale fermé par un piston renferme un gaz (Figure ci-dessus). La section du
piston est de A= 500mm2. Le piston est sollicité par une force externe verticale de F= 20N.
Quelle est la masse du piston si la pression absolue du gaz atteindra pab = 180KPa.
Calculer le travail développé dans le cylindre si la variation du volume du gaz est de 0,25l.
L’accélération de la pesanteur : g =9,81m/s2.
III Une masse d’air parfait m = 1,5Kg subit un échauffement de t1= 20°c à 65°c. La pression
initiale du gaz est de p1 = 1bar. Rapport des chaleurs spécifiques de l’air : γ = 1,4
Le système étant fermé.
Dans les deux cas suivants :
1 transformation isochore
2 - transformation isobare
Calculer :
Le volume initiale, Le volume et a pression final du gaz
Le travail W12, la variation de l’énergie interne, la quantité de chaleur et la variation de
l’enthalpie du gaz.
F = 20N
Gaz
Piston
IV - Un cylindre fermé par un piston contient un volume d’azote V1= 1,57m3 à la pression p1=
120 KPa et la température t1 = 25°c. On repousse le piston dans le cylindre jusqu’à ce que la
pression atteint p2= 1,3MPa à t2= 160°c.
Calculer la masse et variation de l’énergie interne du gaz parfait.
Si le travail de compression W12 est de 17Kj, calculer la quantité de chaleur dégagée par le gaz.
V Un cylindre de diamètre D=200mm enfermé par un piston, contient une quantité d’azote à la
pression p1= 3bars absolue à la température t1 = 35°c. Le piston qui se trouvait à une profondeur
de 100mm du fond du cylindre se déplace et stoppe après une course de 100mm. Le gaz est
parfait et la transformation est considérée isotherme.
Calculer :
1 Le travail développé par le gaz.
2 La variation de l’énergie interne, et la variation de l’enthalpie du gaz
3 La quantité de chaleur mis en jeu
4 représenter l’air associé au travail développé par le gaz sur un diagramme de Clapeyron.
On donne Cp= 0,24 Kcal/Kg ° et γ = 1,4
VI un cylindre fermé par un piston mobil renferme de l'Hélium parfait dans les conditions ( P1,
V1). On opère une détente adiabatique qui amène le gaz à l'état ( P2 , V2 ). On donne P1 = 5bars,
P2 = 1bar, V1=3,8 1itres, le rapport adiabatique γ= 1,4 et MHe = 4gr.
Calculer :
1 Le volume du gaz V2.
2 Le travail de détente W.
3 Les variations de l'énergie interne et de l'enthalpie du gaz
4 Représenter la transformation et l'air associé au travail de détente dans un diagramme de
Clapeyron.
VII - refaire l'exercice VI pour le cas d'un système ouvert.
a / Transformation adiabatique.
b / Transformation polytropique de coefficient n= 1,3.
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