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rendement pompe à chaleur
bonjour,
le rendement a t'il un sens ?
je suis en train de réviser ma thermo et j'ai plusieurs problemes de compréhension. Je vous donne un exemple, dans le cas d'un réfrigérateur on obtient le rendement n = tf/(tc - tf) mais uniquement quand c'est réversible (car j'ai le symbole égale et non inférieur). Et la je bloque, car pour qu'il y ait réversibilité il ne faut pas de changement de température (sources et pompe a chaleur) et donc il faut que la température au niveau du condenseur soit égale à la température de ma cuisine (impossible car on sortie du compresseur on a des températures supérieur a 50 degrés) et au niveau de l'évaporateur il faut que la température du fluide caloporteur soit égale à la température de l'intérieur du frigo, possible en état d'équilibre mais impossible si je met un objet chaud dans le frigo. En gros des que je met un objet chaud dans le frigo le rendement s'écroule.
En gros ce que je dis c'est que le calcul de l'efficacité n'a aucun sens en pratique. yes ?
Comment choisir le fluide caloporteur ?
le but est de transférer le maximum de chaleur et donc que la différence de température entre la source froide et l'évaporateur et entre la source chaude et le condenseur soit maximale (cours de diffusion thermique). Et pour ca, on fait en sorte qu'il y ait changement de phase pour que la différence de température reste maximal car le changement de phase implique que le fluide ne va pas augmenter sa température. Le changement de phase est tres important entre la source froide et l'évaporateur afin de diminuer rapidement la température dans le frigo et que ce soit un gaz a l'entré du compresseur, c'est ca ?
Le changement de phase entre la source chaude et le condenseur est plutot un inconvénient car la température est bloquée jusqu'a que le gaz se liquéfie.
et là encore qui dit grande différence de température dit mauvais rendement (car il y a source d'irréversibilité).
Désolé pour la taille du message conséquent, et je vous remercie d'avance pour vos éclaircissements.
Bonsoir
Remarques préliminaires avant d'essayer de répondre à tes questions :
1° : pour les cycles récepteurs (pompes à chaleur, réfrigérateurs...) on ne parle pas de rendement mais d'efficacité ou facteur de performance : le fameux COP dont parlent les frigoristes... Un rendement ne peut être supérieur à 1 alors que le COP d'un cycle récepteur est presque toujours assez nettement supérieur à 1.
2° : l'efficacité de Carnot que tu évoques (attention utiliser Tc et Tf car il s'agit des températures absolues) concerne les cycles dithermes réversibles qu'il est impossible de réaliser pratiquement, même de façon approchée. Le cycle habituellement utilisé dans les frigopompes et les thermopompes est souvent étudié en supposant les échanges thermiques réversibles à la source chaude et à la source froide mais n'est pas réversible pour autant : la détente dans le détendeur est adiabatique et irréversible : on l'assimile en général à une détente de Joule-Thomson étudiée dès le niveau bac+1.
Concernant tes remarques sur les échanges thermiques : elles sont globalement pertinentes : la réversibilité suppose un écart de température entre la source (chaude ou froide) et le fluide de l'échangeur assimilable mathématiquement à un infiniment petit du premier ordre. Ce n'est pas vraiment le cas en réalité d'où une cause supplémentaire d'irréversibilité. Le fluide s'approche des températures des deux sources en réglant la pression des fluides dans les deux échangeurs car, pour un mélange liquide-vapeur, la température est une fonction monotone croissante de la pression.
Malgré un faible écart de température entre une source et le fluide dans l'échangeur correspondant, on peut avoir une puissance thermique échangée non négligeable en jouant sur trois facteurs :
1° un changement d'état produit un échange thermique beaucoup plus élevé à masse donné qu'un simple changement de température.
2° on peut choisir un échangeur ayant une grande surface de contact avec la source (loi de Newton).
3° on peut régler la puissance thermique échangée en réglant le débit du fluide dans la machine.
Je ne connais pas ton niveau en thermo. Tu peux éventuellement revoir les généralités sur les cycles sur ce document, paragraphes 8 et suivants :
Revoir si nécessaire la notion d'évolution réversible au paragraphe 2 du même document et au paragraphé 3.4 de cet autre document :
N'hésite pas à poser d'autres questions précises si tu le juges utile.
merci vanoise pour ta réponse et tes 2 liens tres complets.
pour revenir sur le cycle de Carnot dans un moteur ditherme, on va toujours jouer sur le changement d'état pour avoir 2 étapes isothermes. Donc quand le piston avance (source chaude en contact), la température de l'eau doit deja etre a 100degrés avant le contact avec la source chaude, puis elle se transforme en vapeur (afin d'etre isotherme) et quand le piston commence a revenir a sa position d'origine il n'y a que de la vapeur a 100 degrés qui commence a se transformer en liquide (toujours pour etre isotherme). donc pour avoir un rendement max l'eau dans le piston doit etre dans les 100 degrés afin de pouvoir basculer d'état rapidement c'est ca l'idée?
le principale travail de Carnot c'est qu'il s'est rendu compte que on chauffait de l'eau deja a 100 degrés et qui allait changer d'état en vapeur toute l'énergie était transformé en travail Q=pdv car isotherme ? et à partir de la il a construit des cycles avec 2 étapes isothermes ?
tu peux revenir 2 secondes sur la différence entre rendement et efficacité. pour l'efficacité on prend une source d'énergie externe au systeme par exemple dans une pompe a chaleur c'est la chaleur de l'extérieur (de l'environnement) alors que pour le rendement ca doit forcément etre des sources qui font partie du systeme c'est ca ?
pour revenir sur le cycle de Carnot dans un moteur ditherme
Pour les cycles moteurs dithermes, on utilise effectivement des équilibres liquide-vapeur pour les évolutions isothermescar il suffit dans ce cas de maintenir la pression fixe pour obtenir une température fixe et aussi parce que les quantités de chaleurs échangées par changement d'état sont beaucoup plus grandes que celles échangées par variation de température, à masses d'eau égales. Pour avoir un bon rendement, il faut un écart de température important, donc un écart de pression important entre l'échangeur à la source chaude( une vingtaine de bars) et l'échangeur à la source froide(un dixième de bar). Les quantités de chaleur se calculent par une formule du type : Q=m.Lv(T) où m est la masse d'eau qui change d'état et Lv(T) l'enthalpie massique de changement d'état (appelée parfois chaleur latente massique).
Le cycle ditherme moteur n'est pas un cycle de Carnot. En effet, on ne sait pas fabriquer de pompe efficace pour un mélange liquide vapeur ; la compression adiabatique d'un tel mélange ne peut être obtenue en pratique. On utilise plutôt un cycle de Rankine ou, actuellement, des cycles plus sophistiqués.
tu peux revenir 2 secondes sur la différence entre rendement et efficacité
Pour un cycle quelconque, moteur ou récepteur, on définit de façon générale l'efficacité comme le rapport :
=(quantité utile)/(quantité coûteuse).
Pour les cycles moteurs, ce rapport est obilgatoirement inférieur à 1 et peut être appelé rendement.
Pour les cycles récepteurs, ce rapport est supérieur à un et ne doit pas être appelé rendement. On utilise soit le terme général : "efficacité", soit l'expression : "coefficient de performance" (COP : abréviation anglosaxonne).
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