Title: PTE / Physique / Fluides / Physique - Thermodynamique industrielle

Q: [latex]Définir la notion de machine thermique puis de moteur/récepteur thermique.[/latex]
A: [latex]
machine thermique: fonctionne en cycle, fluide échange énergie par transfert thermique et par travail
moteur thermique: $W_{tot} < 0$ durant un cycle (fournit du travail au milieu exterieur)
recepteur thermique: $W_{tot} > 0$ durant un cycle (reçoit du travail du milieu exterieur)
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[latex]Définir la notion de machine à piston(s).[/latex]

[latex]Définir la notion de machine à écoulement.[/latex]

[latex]Définir la notion de machine ditherme.[/latex]

[latex]Définir la notion de détendeur + symbole.[/latex]

Q: [latex]Définir la notion de détente de Joule Thomson + à quel système est elle appliquée ?[/latex]
A: [latex]
Détente de Joule Thomson:
- S'applique à un détendeur.
- Parfaitement calorifugé
- Variation d'énergie potentielle / cinétique négligeables
$\Rightarrow$ laminage/détente isenthalpique ou détente de Joules Thomson.
- + isotherme.
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[latex]Définir la notion d'échangeurs thermiques, + simple/double flux. + symbole.[/latex]

[latex]Quels noms peut prendre un échangeur ?[/latex]

[latex]Définir la notion de mélangeur. + symbole[/latex]

[latex]Définir la notion de séparateur en thermodynamique industrielle.[/latex]

[latex]Définir les notions de tuyère et de diffuseur. + symboles[/latex]

[latex]Définir les notions de turbine et de compresseur + symboles.[/latex]

Q: [latex]Comment justifie-t-on qu'un cycle est moteur ou récepteur en le démontrant entièrement ?[/latex]
A: [latex]
\begin{enumerate}
\item On liste les transformations.
\item On applique le premier principe à chacune.
\item On interprête, lorsqu'il est non nul, l'échange d'énergie comme l'aire sous la courbe. (travail ou énergie thermique)
\textbf{Attention ici}, il faut adapter la méthode à chauqe diagramme, lorsque c'est possible.
Pour un diagramme $(P,v)$, on peut dire $W = -\int PdV$.
Pour un diagramme $(T,s)$, on peut dire $dh = Tds + vdP = \delta q$ si isobare px. Alors, $q = \int Tds$.
\item En déduire le signe et l'ordre de grandeur des deux aires l'une par rapoport à l'autre. Conclure.
\end{enumerate}
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Q: [latex]Quelle différence a-t-on lorsqu'on montre qu'un cycle est moteur à partir d'un diagramme entropique par rapport à un diagramme de Clapeyron ?[/latex]
A: [latex]
On obtient d'abord le signe de $q$, il faut donc conclure en disant que sur un cycle: $\Delta h = 0 = w_i + q$ et dire que donc $w_i = -q$ est du signe opposé à $q$.
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Q: [latex]
Définir la notion de surchauffe et son utilité.
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A: [latex]
La surchauffe correspond à chauffer un gaz plus que nécessaire quand on cherche à obtenir une vapeur sèche. On part un peu plus à droite de la courbe de saturation.
La surchauffe permet d'assurer l'obtention d'un gaz sous forme de vapeur sèche afin d'utiliser le compresseur dans les meilleures conditions.
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Q: [latex]
Définir la notion de sous-refroidissement et son utilité.
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A: [latex]
Le sous-refroidissement permet d'assurer l'obtention d'un liquide pur afin d'utiliser la turbine dans les meilleures conditions (cas des machines motrices) ou d'obtenir un titre en vapeur plus faible dans le cas des machines réceptrices (permet d'accroître leur efficacité).
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Q: [latex]Définir la notion de préchauffage et son utilité.[/latex]
A: [latex]Le préchauffage consiste à prélever de la vapeur au cours de la détente (éventuellement étagée) pour la réinjecter dans un mélangeur afin d'augmenter la température du fluide (liquide) lors de sa compression.[/latex]

Q: [latex]Quelle erreur ne faut-il pas faire à propos de l'utilisation du premier principe en thermodynamique industrielle ?[/latex]
A: [latex]
Si la transformation n'est pas isobare, on ne peut pas dire que $dh = \delta q$ ! (sauf si le travail autre est nul mais il faut le justifier !)
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Q: [latex]Comment déterminer si on a un cycle moteur/récepteur dans le diagramme (T,s) sans prendre en compte le travail?[/latex]
A: [latex]En prenant en compte le signe du transfert thermique.[/latex]

Q: [latex]À quoi faut-il faire particulièrement attention lorsque l'on veut placer des points sur des diagrammes en thermodynamique à partir de la température (ou les lire) ?[/latex]
A: [latex]
Attention à l'unité !! $K \neq °C$
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Q: [latex]Comment peut-on gagner du temps pour redémontrer qu'un cycle est récepteur/moteur ?[/latex]
A: [latex]
En n'étudiant que le signe, on travaille alors avec des ordres de grandeur.
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Q: [latex]En épreuve de concours, on me demande de rappeler l'expression du premier principe de la thermodynamique lorsqu'il est appliqué à un système ouvert en régime stationnaire. Que répondé-je ?[/latex]
A: [latex]
Membre de droite: mettre deux types de puissance/énergie: $\omega_i$ et $q_{ech}$.
$(e_{c,s} + e_{p,s} + h_s) - (e_{c,e} + e_{p,e} + h_e) = \omega_i + q_{ech}$
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Q: [latex]Quelle est la règle pour déterminer quels sont les $Q_F$ et les $Q_C$ qui prédomine ?[/latex]
A: [latex]
Lorsqu'on a l'information claire de ce que sont les sources chaudes et froides (genre en thermodynamique industrielle), on ne regarde pas les signes, car on risque d'avoir faux (pas les même signe selon si c'est un frigo ou un moteur, bref pas envie d'en parler je trouve... :)).
On regardera juste les échanges thermiques qui se font avec la source froide: $q_F$, ceux avec la source chaude: $q_C$, basta.
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Q: [latex]Comment on répond à une question du style: "Déterminer la puissance thermique $P_{th}$ extraite de la source froide et la puissance $P$ du compresseur ?"[/latex]
A: [latex]
On utilise la formule: $P_{th} = D_mq_i$ (et $P_{th} = D_mw_i$ lorsque c'est lié à un travail).
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Q: [latex]À quoi faut-il penser à chaque fois que j'écris le mot condenseur ?[/latex]
A: [latex]Il faut toujours penser à vérifier que je n'ai pas écrit condensateur à la place, erreur que je fais très souvent.[/latex]

Q: [latex]Que faut-il savoir à propos de la pression dans le diagramme entropique $(T,s)$ ?[/latex]
A: [latex]
Les isobares du système liquide sont confondues (ou presque) avec la courbe d'ébullition dans le diagramme $(T,s)$.
En conséquence dans le diagramme $(T,s)$ il n'est pas possible de lire avec précision la pression pour un liquide ou un liquide saturant (on le pourra cependant pour un fluide diphasé ou de la vapeur).
Pour s'en en convaincre, regarder le diagramme $(T,s)$ de l'eau à la suite.
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Q: [latex]Quelle est sont les étapes principales de la démonstration du premier principe industriel ?[/latex]
A: [latex]
\begin{enumerate}
\item On commence par appliquer le premier principe généralisé:
$d(E_p + E_c + U) = \delta W_i + \delta Q + \delta W_{pressante}$
\item On démontre rapiquement que $\delta m_s = \delta m_e$.
\item On écrit que $\delta W_{pressante} = (p_e v_e s_e dt - p_s v_s s_s dt)$
\item Reste à savoir que $h_s = u_s + p_s v_s$ et de même pour les grandeurs en entrée.
\end{enumerate}
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Q: [latex]Quelle erreur ne faut-il pas faire dans la formule du travail de transvasement ?[/latex]
A: [latex]
$\delta W_{pressante} = (p_e v_{de} s_e - p_s v_{ds} s_s)dt$, où $v_{de}$ et $v_{ds}$ sont des vitesses d'écoulement et non des volumes.
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Q: [latex]Comment passe-t-on de la formule de $\delta W_{pressante}$ à sa forme utilisable pour montrer le premier principe industriel ? [/latex]
A: [latex]
$\delta W_{pressante} = (p_e v_{de} s_e dt - p_sv_{ds}s_sdt)$
or: $v_{de} = \frac{D_{ve}}{s_e} = \frac{D_{me}}{\mu_e s_e} = \frac{\delta m}{dt \mu_e s_e}$
Donc: $\delta W_{pressante} = \delta_m (v_ep_e - v_s p_s)$
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Q: [latex]En thermodynamique industrielle, que vaut $h_s - h_e$, et quelle est l'erreur à ne pas faire ?[/latex]
A: [latex]
On a toujours: $h_s - h_e = c_p(T_s - T_e)$.
Attention toutefois, on n'a généralement pas:
$(h_s + e_{c,s} + e_{p_s} - (h_e + e_{c,e} + e_{p_e})) =  c_p(T_s - T_e)$ (en dehors de certaines conditions qu'il faudra donner)
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Q: [latex]À quoi faut-il faire attention lors du calcul du COP (COefficient de Performances) ?[/latex]
A: [latex]
Très bien de pas chercher à apprendre des formules par coeur, on fait le même raisonnement que pour le rendement.
TOUTEFOIS, attention, il faut "inverser" le quotient par rapport au rendement. Sur une machine réceptrice, on apporte du travail et on reçoit de la chaleur par exemple.
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Q: [latex]Il s'agit d'un congélateur. On met l'évaporateur au niveau de la source froide pour en puiser de l'énergie thermique. Lequel des deux échangeurs est l'évaporateur ?[/latex]
A: [latex]
Pour passer de SF à SC, la température et la pression doivent augmenter.
Donc évaporateur = échangeur 2.
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Q: [latex]Définir la notion de pouvoir calorifique.[/latex]
A: [latex]
C'est la quantité de chaleur produite par la combustion d'un combustible avec du dioxygène par kilogramme de combustible. Elle peut s'exprimer en $J.kg^{-1}$.
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