TD de Thermodynamique Faculté des hydrocarbures et de la chimie

TD de Thermodynamique
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Faculté des hydrocarbures et de la chimie Groupe : IEX05
Série N° 2: Premier principe de la thermodynamique
Exercice 1:
Au cours d'une évolution isobarique à 7 bars, le volume d'une certaine masse de gaz
passe de 70 à 100 l. Au cours de cette évolution l'énergie interne du gaz augmente de 20
Kcal. On demande le travail effectué et la chaleur échangée au cours de l'évolution.
Exercice 2:
Le tableau suivant donne les échanges d’énergies, en kJ,
d’un système subissant un cycle thermodynamique se
compose de quatre transformations Déterminer :
1- Les données manquantes du tableau.
2- Le cycle est il un cycle moteur ou récepteur ?
Exercice 3:
Un cylindre à piston contient initialement de l'air à 150 kPa à 27°C et V=400 l. on
comprime l'air à volume constant jusqu'à 350 kPa puis on le chauffe à pression
constante jusqu'à qu'il double de volume.
a- Présenter les transformations sur un diagramme de Clapeyron.
b- Déterminer la température finale.
c- calculer le travail effectué par le gaz.
d- calculer la chaleur échangée et déduire la variation de l'énergie interne.
Données: Cv=20.88 J/(mol.K). Cv=0.823 KJ/Kg.K.
Exercice 4:
Quelle la quantité de chaleur absorbée par 1Kg de CO2 (rCO2=188.9 J/Kg.K) quand on le
soumet à des évolutions qui élèvent sa température de 50°C.
1- A pression constante.
2- A volume constant.
3- Polytropiquement (k=1.10).
Exercice 5:
5 kilogrammes de vapeur contenus dans un système cylindre-
piston subissent une détente de l’état 1, où l'énergie interne
spécifique est u1 = 2709.9 kJ/kg, à l’état 2, où u2 = 2659.6 kJ/kg.
Pendant la détente, il y a échange de chaleur Q=80 kJ. En outre,
une hélice transfère 18.5 kJ de travail à la vapeur.
Déterminer le travail transféré de la vapeur au piston pendant la détente.
Exercice 6:
On met en communication deux bouteilles : Une contient 2 kilogrammes de monoxyde
de carbone (gaz parfait) à 77 °C et à pression de 0.7 bar. L’autre bouteille contient 8
kilogrammes du même gaz à 27 °C et 1.2 bar. On ouvre le
robinet et les gaz sont permis de se mélanger tout en
recevant de la chaleur à partir de l’extérieur. La
température finale d'équilibre est 42 ° C.
Déterminer la pression finale d'équilibre, et la chaleur
échangée avec le milieu extérieur.
Processus
ΔU
Q
W
1–2
-610
2–3
670
230
3–4
0
920
4–1
-360
0

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Exercice 7:
L’air se détend polytropiquement dans le détendeur d’une installation frigorifique
depuis P1 = 196 bars et t1 = 20 °C jusqu’à la pression finale P2 = 15,7 bars. L’exposant
polytropique est k=1,25. Déterminer l’état final d’air, calculer les variations d’énergie
interne et d’enthalpie, la chaleur cédée et le travail du gaz. CV=0,712 kJ/Kg.K.
Exercice 8:
L’azote dont la quantité est 1/2 kilo mole se trouve dans le cylindre de surface de 1
décimètre carré à la température de 63 °C.
Le piston de ce cylindre est sous l’action d’une force extérieure constante (P = const) de
2000 N. On cède au gaz 6250 KJ de chaleur et le piston se déplace en effectuant le travail.
Déterminer les variables d’état d’azote à la fin de transformation, la variation d’énergie
interne et d’enthalpie ainsi que le travail de détente du gaz.
Exercice 9:
Une bouteille A contient x l de gaz sous une pression p1 bars et à une température t1°C.
On la met en communication avec une autre bouteille B qui contient y l du même gaz
sous une pression p2 et à la même température. Déterminer la pression et la
température finale du gaz dans les deux cas suivants:
a- la bouteille B n'est pas vide (p2=1 bars y =5l).
b- la bouteille B est vide (p2=0 y =5l)
La variation d’énergie interne ainsi que le travail de détente du gaz dans les deux cas.
Données: x=5l, p1=50 bars, t1=288°K, γ=1.4.
Exercice 10:
Une certaine masse de gaz enfermée dans un cylindre de 200 mm de diamètre, fermée
par un piston y occupe une hauteur de 500 mm. Par l'action d'une came sur le piston, on
enfonce rapidement celui-ci de 300 mm. La pression du gaz qui était 1.2 bars absolus,
passe brusquement à 4.31 bars absolus.
Quelle est la température maximale atteinte par le gaz, si sa température initiale était
de 15°C? De combien varie son énergie interne.
Exercice 11:
On comprime une mole d’oxygène, assimilé à un gaz parfait de la
température Ti = 300 K et de pression Pi = 1 bar, jusqu'à une
température Tf =Ti et une pression Pf = 5 bar. La compression
peut se produire de deux façons différentes : la première AiAf est
isotherme et la seconde suit le chemin AiEAf .
1-Calculer le travail reçu au cours de l'évolution AiAf. Déduire la
chaleur reçue.
2- Mêmes questions pour l'évolution AiEAf .
3- Comparer les variations d'énergie interne le long des deux chemins.
Exercice 12:
L'air se détend en traversant une turbine d’une pression P1=10 bar (T1=900 K) à une
pression P2=1 bar (T2=500 K). La vitesse d’entrée est petite comparée à la vitesse de
sortie de 100 m/s. La turbine fonctionne en régime permanent et développe une
puissance de 3200 kW. On néglige le Transfert de chaleur et l'énergie potentielle.
Calculer le débit massique de l'air en kg/s, et déduire la section de sortie.