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Cycle de Stirling machine frigo

Posté par
Jean469
02-05-18 à 19:46

Bonjour à tous,j'ai récemment reçu ce sujet d'exam qui ressemblera à celui qui j'aurai demain donc je l'ai refais pour savoir si mes réponses sont bonnes


Le voici:
Tracer le cycle de stirling idéalisé dans le diagramme (P,V).

Préciser sur le diagramme les transformations pour lesquelles de la chaleur et/ou du travail sont apportés ou cédés.

2)Pour un fonctionnement en tant que machine frigorifique comment est entraîner le volant moteur et quel est son sens de rotation?

3)Afin d'étudier la machine frigo on cherche à estimer dans un premier temps les

pertes par frottement,pour cela l'élévation de la température ,ainsi que le débit de l'eau de refroidissement est  mesurée lorsque le moteur est entraîné par un moteur électrique  pour différentes vitesses de rotations.

Les valeur obtenues sont dans ce tableau:

4)a) grandeurs nécessaires au calcul de coefficient de performance.
b)Donner le bilan énergétique du cycle accompli par le moteur.

c)Donner l'expression du COP sous deux forment.
(d)que doit t'ont mesurer pour déterminer la chaleur cédée à la source froide.
(e)Paramètre nécessaire au calcul du COP.



Dans une machine frigo,pour la question 2) le sens de rotation c'est le sens des aiguille d'une montre donc de la gauche vers la droite.

Et le moteur est entraîner mécaniquement vers l'extérieur.
Le volant tourne aussi dans le sens rétrograde.

3)Q (point) "avec un point au dessus"=m(point).Ceau.(Ts-Te)=W(point) frottement.
Avec Ceau=capacité calorifique de l'eau.

Donc à (2.7Hz) on a W_frottement=Dv.eau *Ceau.
Dv =débit volumique=D,Ceau=Capacité calorifique de l'eau
Qc>Qf.

4)COP=Qc/W avec w=-(-Qc+Qf)=0.

b)Delta U=w+Q=0=>w+(Qc+Qf)=0.

c)COP=Qc/(Qc+Qf)=(Qc/Qc)+(Qc/Qf)=1+Qc/Qf.

Ensuite pour Qf on doit mesurer la tension U et le courant I.
En sachant que Qf=U*I

la puissance de refroidissement P vaut:
P = D*c *DeltaT*Rhô.

Il y a d'autres questions et réponses que j'enverrais dans 15 min .

Cycle de Stirling machine frigo

Posté par
vanoise
re : Cycle de Stirling machine frigo 02-05-18 à 20:13

Bonjour
A ma connaissance, le cycle de Stirling est plutôt utilisé comme moteur.... Mais bon...
Tu as dû démontrer en cours qu'un cycle représenté en diagramme de Clapeyron correspond à une rotation dans le sens horaire pour un cycle moteur (W<0) et à un sens antihoraire pour un cycle récepteur (W>0) comme l'est le cycle correspondant à une machine frigorifique.
Pour la suite, peux-tu scanner ton diagramme ? Sinon : problème de notations...

Posté par
Jean469
re : Cycle de Stirling machine frigo 02-05-18 à 20:19

Oui je t'envoi le diagramme sans problème.
Et en cours on utilise deux machine de stirling,un moteur,et l'autre frigo qui refroidit après au départ c'était surtout un moteur je pense.

Posté par
Jean469
re : Cycle de Stirling machine frigo 02-05-18 à 20:24

Voila ce que j'ai eu avec le diagramme

Cycle de Stirling machine frigo

Posté par
Jean469
re : Cycle de Stirling machine frigo 02-05-18 à 20:46

Question 5)
Pour la détermination du coefficient de perfomance il convient de faire tourner le volant moteur du moteur à air chaud à une vitesse de rotation f.
Et de déterminer par une mesure de compensation la puissance de chauffage électrique qui maintient la température de la culasse à température ambiante.
Le travail électrique accompli à chaque rotation correpond à la chaleur Q prélevé de la culasse à la machine frigo,on a donc(voir tableau et schéma):

Cycle de Stirling machine frigo

Posté par
vanoise
re : Cycle de Stirling machine frigo 02-05-18 à 21:58

J'en reviens aux "fondamentaux". Le cycle de Stirling idéal fait intervenir deux isochores et deux isothermes. En diagramme (P,V) les isothermes ont l'allure de branches d'hyperboles, ce ne sont pas des horizontales et surtout : si le cycle est récepteur (frigorifique ou pompe à chaleur), le cycle est décrit dans le sens antihoraire.
Ton étude démarre donc sur des bases fausses !

Posté par
vanoise
re : Cycle de Stirling machine frigo 02-05-18 à 23:08

Ton énoncé me parait extrêmement confus... Faut-il imaginer une machine frigorifique utilisant le cycle de Stirling , cette machine étant entraînée par un moteur utilisant lui aussi un cycle de Stirling ? Les sens de rotation dans le diagramme de Clapeyron ne sont pas les mêmes. Celui que tu indiques sur ton brouillon correspond au moteur... Tu ne fournis aucune indication permettant de déterminer le COP de la machine frigo et encore moins des indications permettant d'évaluer la performance globale de l'ensemble des deux machines...
La seule donnée précise concerne la puissance dissipée par frottement à l'aide d'une formule fournie par l'énoncé...
Les formules que tu utilises sont les formules de cours classiques sur les cycles dithermes. Faut-il les adapter ici ? Rien n'est précisé concernant les deux cycles...
Bref : qu'attends-tu exactement ?

Posté par
vanoise
re : Cycle de Stirling machine frigo 02-05-18 à 23:29

Je n'avais pas prêté attention jusqu'ici au schéma de la pompe à chaleur. Autant que je puisse en juger, elle n'a aucun rapport avec le cycle de Stirling ! Il s'agit d'une pompe à chaleur  classique utilisant un liquide frigorifique type fréon HFC avec deux échangeurs thermiques, un détendeur et un compresseur entraîné par un petit moteur électrique.
Je te rappelle que les cycles de Stirling utilisent comme fluide un gaz qui ne subit aucun changement d'état...
Cela accroît encore la confusion...

Posté par
Jean469
re : Cycle de Stirling machine frigo 03-05-18 à 00:25

Je comprends ta confusion vanoise mais je te jure que c'est l'énoncé et que dans mon cours il y a globalement des choses comme cela,c'est le cours de mon prof que j'ai globalement "récité" .
Ce prof est bon je pense.
Je t'envoi le sujet mm si la modération va le supprimmé(à juste titre d'ailleurs)..

Cycle de Stirling machine frigo

***Image recadrée***

Posté par
vanoise
re : Cycle de Stirling machine frigo 03-05-18 à 11:22

Je réponds à la seule question qui me parait claire dans tout cela : le calcul de l'énergie dissipée par frottement. La puissance dissipée par les frottements peut s'écrire :

\dot{W}=D_{m}.c_{eau}.\Delta T

La durée d'un cycle étant l'inverse de la fréquence, d'où l'expression de l'énergie mécanique dissipée par frottement sur un cycle :

W_{frot}=\frac{D_{m}.c_{eau}.\Delta T}{f}

Pour l'eau le débit volumique mesuré en cm3/s a même valeur numérique que le débit massique mesuré en g/s puisque 1cm3 d'eau a pour masse 1g. La capacité thermique massique de l'eau vaut 4,18J.g-1.K-1 .
Le calcul conduit à une énergie dissipée par cycle sensiblement constante et égale à 3,5J .
Pour le reste : un énoncé intégral (sans mélange avec tes commentaires) suivi d'un rapide exposé de ce que tu as su faire et de ce qui te bloque clarifierait sans doute la situation.
On peut effectivement envisager une machine de Stirling fonctionnant en réfrigérateur, cette machine étant entraînée par un  moteur de Stirling mais le dispositif réel n'a rien à voir avec le système schématisé en fin d'énoncé. Imaginer des compressions et détentes isothermes rapides, ce n'est pas simple  et imaginer des évolutions isochores dans un cylindre avec un seul piston : c'est tout à fait impossible : il faut donc un système sophistiqué de double piston... Tu trouves sur le net des explications sur le fonctionnement de telles machines.

Posté par
Jean469
re : Cycle de Stirling machine frigo 03-05-18 à 20:51

Ok merci beaucoup pour ton aide.
Je tacherais dorénavant d'expliciter mieux les choses.

Mais tu sais l'énoncé était super long et je ne peu pas poster de scan ou de photos même temporairement(ça serai bien mm si la modration supprime après).
Passe une bonne soirée vanoise,demain j'ai des questions sur autre chose mais je vais faire plus d'efforts.



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