0122-4ACh3. Temps d’ébullition dans une enceinte adiabatique
A l’intérieur d’une chaudière parfaitement isolée, de forme cylindrique, se trouve de l’eau liquide. L’enceinte a un diamètre de 1 m et initialement la colonne d’eau a une hauteur de 2 m. Un agitateur permet de maintenir une température uniforme dans la cuve. On néglige l’apport énergétique de cet agitateur et Une soupape (non représentée)…
0123-4ACh3. Puissance dégagée par une pompe à chaleur aérothermique
Considérons une pompe à chaleur aérothermique dont le principe de fonctionnement est représenté ci-dessous. On se propose de déterminer la puissance thermique ϕ transportée par l’eau dans le circuit secondaire pour cela, il faudrait écrire le principe de conservation de l’énergie appliqué au volume de contrôle matérialisé sur la figure. On supposera en plus que…
0124-4ACh3. Puissance d’une pompe de relevage
Une pompe de relevage doit être installée lorsque la pente d’un terrain ne permet pas un écoulement normal par l’effet de la gravité. Le débit exprimé en (m3/h) en est la caractéristique principale. En général, plus la pompe doit évacuer l’eau en hauteur, moins il y a de débit à la sortie. La Hauteur Manométrique…
0125-4ACh3. Rendement d’un Turbopropulseur
Note culturelle : Un Turbopropulseur est un système de propulsion dont l’énergie est fournie par une turbine à gaz et dont la poussée principale est obtenue par la rotation d’une hélice ou Fan. Sur le principe, on remplace la grande soufflante à l’avant d’un TurboFan par une hélice à pas variable, liée à un réducteur.…
0126-4ACh3. Efficacité isentropique d’une Turbine à vapeur
La Turbine est la pièce maîtresse de toute centrale à vapeur. Longue de plusieurs dizaines de mètres dans les installations modernes (voir figure ci-dessous). Si elle fait l’objet d’attention adéquate (minimisation des gradients de température, lubrification avancée), elle peut délivrer de la puissance mécanique pendant plusieurs dizaines d’années sans interruption. L’efficacité d’une turbine se mesure…
0127-4ACh3. Efficacité isentropique d’un compresseur
Les phases de compression et de détente dans les moteurs se font très souvent de façon adiabatique, mais rarement de façon réversible. La plupart des compresseurs sont axiaux, c’est à dire que l’air les traverse parallèlement à l’axe de rotation (voir figure ci-dessous). Cependant on utilise parfois des compresseurs centrifuges, qui projettent l’air radialement. L’évolution…
0128-4ACh3. Vitesse d’éjection des gaz en sortie de tuyère
La Tuyère est un simple conduit sans aucune pièce mobile (voir figure ci-dessous). Elle permet au gaz de se détendre et, ainsi d’accélérer vers l’arrière du moteur. C’est cette augmentation de vitesse du gaz qui est à l’origine de la poussée fournie par le moteur. On suppose en général qu’il n y a aucun apport…
0129-4ACh3. Efficacité thermique d’un Turboréacteur*
Un compresseur axial aspire l’air ambiant. Après compression, l’air est chauffé dans la chambre de combustion jusqu’à la température T3 = 1250 K. Après détente partielle dans la turbine, l’air est envoyé dans la tuyère, où la détente s’effectue jusqu’à la pression ambiante (P5 = 1 bar). Le compresseur est uniquement entraîné par la turbine,…
0130-4ACh3. Puissance fournie à l’hélice d’un petit avion de ligne
Un avion de ligne régional est motorisé par deux turbopropulseurs. Dans chacun d’entre eux, une turbine unique alimente un compresseur axial, ainsi que l’hélice par l’intermédiaire d’un réducteur (voir figure ci-dessous). Pendant la croisière, le débit d’air au sein du moteur est de Qm = 4,9 kg.s-1 et le circuit est le suivant : L’air…
0131-4ACh3. Rendement thermodynamique réel d’une centrale nucléaire*
Note culturelle : La France compte 19 centrales nucléaires en exploitation, dans lesquelles tous les réacteurs (58 au total) sont des Réacteurs à Eau Pressurisée REP. Actuellement, ces installations fournissent près de 80% de l’électricité produite en France. Chaque centrale est soumise à un référentiel de normes de sureté et de sécurité évoluant en fonction…
0154-4ACh3. Poussée délivrée au décollage par le lanceur Ariane 5*
Note Culturelle : Le moteur Vulcain assure la propulsion de l’étage principal des lanceurs Ariane. La réaction exothermique du dihydrogène et du dioxygène, dans une chambre de combustion, produit de la vapeur d’eau à hautes température et pression qui s’évacue à grande vitesse à travers une tuyère (voir Figure 1). C’est l’éjection de ce gaz…
0157-4ACh3. Générateur de vapeur à récupération de chaleur combiné à une turbine
Un procédé industriel rejette des gaz issus des produits de combustion à la température T1 = 478 K, à la pression P1 = 1 bar et avec un débit massique de D1 = 69.78 kg/s. Comme illustré sur la figure, il est proposé d’utiliser ces produits de combustion dans un générateur de vapeur à récupération…
0158-4ACh3. Efficacité ou rendement d’une machine a vapeur utilisée dans une centrale électrique*
Les machines à vapeur sont utilisées dans les centrales électriques. Ce sont des moteurs à combustion externe, qui transforment l’énergie thermique de la vapeur d’eau dégagée par le réacteur en énergie mécanique. Cette dernière est convertie en énergie électrique au moyen d’un alternateur. Une machine à vapeur comporte en général 4 organes (voir Figure ci-dessous) qui,…
0178-4ACh3. Turbine à Gaz Compression-Fractionnée*
Une Turbine à Gaz (TAG) sert principalement à produire une puissance mécanique à partir d’un combustible liquide ou gazeux. Les fonctions des éléments mis en évidence à partir de l’analyse technique peuvent être énoncées comme suit : On recourt parfois à une compression ou une détente fractionnée afin d’améliorer le cycle d’une TAG. Dans le…
0182-4ACh3. Rendement Thermodynamique d’une Centrale à Eau*
Une centrale thermique permet la production d’électricité à partir de la combustion de fuel. Dans cette centrale, l’eau subit différentes transformations afin de produire un travail mécanique, transformé en énergie électrique, grâce à un couplage de la turbine avec un alternateur (voir figure ci-dessous). Le diagramme Thermodynamique (T , s) de l’eau est donné en…
0197-4ACh3. Efficacité du Circuit secondaire d’une centrale nucléaire – cycle de Rankine*
L’objectif de ce problème est de caractériser la performance du circuit secondaire d’une centrale nucléaire (voir figure ci-dessous). On désigne par p la pression du système liquide-vapeur et par v son volume massique. L’équilibre entre l’eau liquide et sa vapeur est caractérisé, à différentes températures, par les données suivantes dont les valeurs numériques sont données…
0214-4ACh3. Étude d’un procédé idéal de cogénération*
Un procédé de cogénération est un système thermodynamique optimisé afin de produire simultanément de l’électricité et de la chaleur. Ce processus permet d’améliorer l’efficacité énergétique globale en récupérant la chaleur générée dans la production d’électricité et en la réutilisant, par exemple, pour le chauffage ou pour des procédés industriels.On s’intéresse ici à un procédé idéal…
0220-4ACh3. Chauffage d’une habitation par une pompe à chaleur*
Une habitation est chauffée par une Pompe à Chaleur (PàC), qui prélève de l’énergie thermique à l’atmosphère extérieure dont la température Te est fixe : Te = 10°C. Cette PàC est constituée de quatre éléments principaux (voir Figure ci-dessous) : un Détendeur, un Évaporateur, un Compresseur et un Condenseur. Le fluide caloporteur utilisé est le Forane, c’est…
0221-4ACh3. Étude d’une centrale nucléaire avec double détente*
Une centrale nucléaire produit de l’électricité par l’intermédiaire d’un alternateur couplé aux turbines à vapeur T1 et T2. Le fluide caloporteur est de l’eau. A la sortie des turbines, l’eau se refroidit dans le condenseur (l’échange d’énergie thermique peut se faire avec l’eau pompée dans la rivière). Dans l’évaporateur, les échanges thermiques s’effectuent avec un…
0223-4ACh3. Étude d’un procédé de récupération de chaleur des eaux usées*
On s’intéresse ici à un procédé de récupération de chaleur provenant des eaux usées dont la température est de l’ordre de 16°C. Un échangeur thermique est directement placé dans les collecteurs. Le schéma de principe de l’installation est représenté Figure-1. Il est composé de : Partie I – Étude de la pompe à chaleur ou PAC…
0229-4ACh3. Analyse Thermodynamique d’un cycle de Brayton régénératif utilisant du CO2 supercritique*
Aujourd’hui, les systèmes de conversion d’énergie thermique visent à améliorer leur efficacité tout en réduisant leur impact environnemental. Afin de répondre à cette problématique, les recherches de ces dernières années montrent un intérêt croissant pour l’utilisation du dioxyde de carbone à l’état supercritique comme fluide de travail dans un cycle Thermodynamique de Brayton intégrant un…
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