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Niveau maths sup
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Machine frigorifique - Thermodynamique

Posté par
msnes
19-02-22 à 18:52

Bonjour !

Quelqu'un pourrait m'expliquer la notion de chaleur latente de vaporisation (cf question 4) et le titre massique (cf question 5) s'il vous plait... ? Merci pour les réponses !

Bonne fin de journée

Actuellement en prépa (maths sup MPSI).

pdf
PDF - 462 Ko

Posté par
vanoise
re : Machine frigorifique - Thermodynamique 19-02-22 à 19:46

Bonsoir
Afin de permettre aux moteurs de recherche d'archiver ce message, le règlement du forum demande de recopier les premières lignes de l'énoncé. Quand le problème est long, tu peux effectivement poster en plus la référence du fichier pdf.
Quand une masse m d'un corps pur liquide subit un vaporisation à P et T constantes, la quantité de chaleur reçue, égale à la variation d'enthalpie du corps pur est proportionnelle à la masse m ayant subi la vaporisation selon la relation :
Q=H=m.Lv
où Lv dépend de T et est appelé enthalpie massique de vaporisation ou chaleur latente de vaporisation.
De l'aide pour cet exercice après cette copie si tu le veux...

Posté par
msnes
re : Machine frigorifique - Thermodynamique 19-02-22 à 19:51

Excusez-moi, je n'en avais pas la connaissance... voici :

On peut modéliser le comportement thermodynamique du fluide dans une machine frigorifique à fluide diphasé par la succession de transformations suivantes:
Compression adiabatique réversible en phase gazeuse du point d'équilibre A au point d'équilibre B.  Au point A, le fluide est à l'état de vapeur saturante.
Refroidissement isobare de la vapeur du point 'équilibre B au point 'équilibre C. Au point C, le fluide est à l'état de vapeur saturante. Liquéfaction isobare et totale du fluide du point d'équilibre C au point d'équilibre D. Au point D, le fluide est à l'état de liquide saturant.
Détente adiabatique irréversible du fluide que l'on peut ici modéliser par une détente isenthalpique entre le point 'équilibre D et le point d'équilibre E (qui se trouve dans un état d'équilibre liquide-vapeur).
Vaporisation totale du fluid du point d'équilibre E au point d'équilibre A.
On donne les enthalpies massiques du fluide aux points A, Bet D :
h1=1167 kJ. kg
he = 1355 kJ.kg
ho= 30 kJ.kg

Posté par
msnes
re : Machine frigorifique - Thermodynamique 19-02-22 à 19:54

Merci beaucoup pour votre réponse ! *
Avec plaisir...

Posté par
vanoise
re : Machine frigorifique - Thermodynamique 19-02-22 à 21:16

Pour bien comprendre les diverses évolutions, il faut, comme demandé par l'énoncé, commencer par représenter les diverses étapes du cycle dans le diagramme de Clapeyron. C'est l'étape essentielle.
Ensuite, bien qu'il s'agisse d'un cycle, le plus simple consiste à appliquer à chaque "machine thermodynamique"  le premier principe de la thermo valide pour un système ouvert en raisonnant sur les grandeurs massiques, pour lesquelles il est habituel d'utiliser les lettres minuscules :
h=w'+q
avec :
q : quantité de chaleur reçue par un kilogramme de fluide en traversant la machine ;
w' : travail technique massique c'est à dire travail fourni à chaque kilogramme de fluide traversant la machine par les parties mobiles de la machine.
Les échangeurs thermiques ne contiennent pas de parties mobiles :
w'=0 donc q=h
Or : tu connais les enthalpies massiques nécessaires aux deux  calculs de q.
Concernant le compresseur : l'évolution est adiabatique : q=0 donc w'=h : juste une soustraction à faire !
Je te laisse réfléchir et proposer une solution. Tu peux scanner ton diagramme de Clapeyron complété et le poster ici.

Posté par
msnes
re : Machine frigorifique - Thermodynamique 19-02-22 à 21:39

Bonsoir ! merci de votre réponse...
ci-joint mon diagramme de Clapeyron.
Je pense avoir compris la question 2 et 3 , voici mes résultats :
2. q(froid) = 1137 kJ
q(chaud) = -1327kJ
3. Il s'agit d'une machine frigorifique donc le chef d'efficcacité n vaut :
n = q(froid)/q(froid)+q(chaud) = 0,46.

  

Posté par
vanoise
re : Machine frigorifique - Thermodynamique 19-02-22 à 22:52

1 : ton diagramme de Clapeyron n'apparaît pas. Il faut l'enregistrer à un format du genre jpg, jpeg ou png sur ton ordinateur. Ensuite, tu cliques sur l'icône "Img" en bas de cet éditeur et tu suis les instructions.
2 : attention aux unités : une quantité de chaleur massique se mesure en kJ/kg. Sinon : d'accord avec tes valeurs numériques.
3 : une efficacité thermodynamique se définit comme le rapport de la quantité utile sur la quantité coûteuse (payante). La quantité utile est la chaleur prélevée à la source froide (ce que tu as écris je pense) mais la quantité coûteuse est le travail technique de compression w'AB, valeur qui, en tenant compte de mes remarques de mon premier message, s'exprime simplement en fonction de hA et de hB . Pour l'efficacité, on obtient en général une valeur assez supérieure à l'unité.

Posté par
msnes
re : Machine frigorifique - Thermodynamique 19-02-22 à 23:02

ah d'accord !
Efficacité e : e = (ha - hd)/(hb - ha) ? (ce qui ne donne pas légèrement au dessus de 1 mais bien plus... je dois me tromper)

Posté par
msnes
re : Machine frigorifique - Thermodynamique 19-02-22 à 23:04

ci-joint le diagramme (désolée de l'erreur)

 Machine frigorifique - Thermodynamique

Posté par
vanoise
re : Machine frigorifique - Thermodynamique 20-02-22 à 10:57

D'accord avec ton diagramme de Clapeyron et avec ton expression littérale de l'efficacité. Étourderie de calcul sans doute :

\eta=\dfrac{h_{A}-h_{E}}{h_{B}-h_{A}}=\dfrac{1167-30}{1355-1167}\approx6,05
Évidemment, la valeur réelle est un peu plus faible : il s'agit ici d'une théorie simplifiée qui néglige certains frottements. Tu peux néanmoins vérifier que cette valeur est inférieure à l'efficacité théorique de Carnot pour un cycle ditherme.

Posté par
msnes
re : Machine frigorifique - Thermodynamique 20-02-22 à 12:18

C'est bien ce que j'avais ^^
Pour la question 4 je ne vois pas...
Pour la 5, j'avais commencé par imaginer un cycle EBCE, et j'en arrivais à x = (c ln(Tb/Ta))/Lvap(Ta)...

Posté par
vanoise
re : Machine frigorifique - Thermodynamique 20-02-22 à 18:35

Pour 4 : en écrivant :
hB-hD=(hB-hC)+(hC-hD) et et tenant compte de la définition que je t'ai fournie dans mon premier message de la chaleur latente massique de vaporisation, tu devrais trouver...
Pour 5 : A quoi correspond l'étape ED ? Cela  devrait te conduire à une relation simple entre (hA-hE) et Lv(TA).

Posté par
vanoise
re : Machine frigorifique - Thermodynamique 20-02-22 à 18:37

A ma dernière phrase précédente, ajouter : "et xE"



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