Fiche d’exercices de Moteurs thermiques et réfrigérateurs avec corrigé

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1.Facile
source chaudesource froideEQH​ = 4500 kJQL​ = 2475 kJW

Un moteur thermique reçoit 4500 kJ de chaleur d’une source chaude et en rejette 2475 kJ vers une source froide à chaque cycle. Trouvez son rendement thermique η.

QH = 4500 kJQL = 2475 kJ
η = %
2.Facile
chaudièreeau de refroidissementEQ̇H​Q̇L​ = ?Ẇ = 200 MW

Une centrale électrique fournit une puissance nette de 200 MW avec un rendement thermique de 35 %. Trouvez la puissance thermique Q̇L rejetée vers l’eau de refroidissement.

Ẇ = 200 MWη = 35%
Q̇L = MW
3.Moyen
TH​ = 750 °CTL​ = ?EQH​ = 2900 kJQL​ = 873 kJW

Un moteur thermique réversible (de Carnot) reçoit 2900 kJ de chaleur d’une source à 750 °C et en rejette 873 kJ par cycle. Trouvez la température TL de la source froide en °C.

TH = 750 °CQH = 2900 kJQL = 873 kJ
TL = °C
4.Moyen
TH​ = 225 °CTL​ = ?EQH​ = 4700 kJQL​ = 2860 kJW

Un moteur thermique réversible (de Carnot) reçoit 4700 kJ de chaleur d’une source à 225 °C et en rejette 2860 kJ par cycle. Trouvez la température TL de la source froide en °C.

TH = 225 °CQH = 4700 kJQL = 2860 kJ
TL = °C
5.Difficile
TH​ = 20 °CTL​ = -10 °CHPQ̇H​ = 15 kWQ̇L​Ẇ = ?

Une pompe à chaleur fournit 15 kW de chaleur à un système de chauffage à 20 °C, en prélevant de la chaleur à une source à -10 °C. Son COP réel vaut 30 % du COP de Carnot entre ces températures. Trouvez la puissance électrique Ẇ qu’elle consomme.

TH = 20 °CTL = -10 °CηII = 30%Q̇H = 15 kW
Ẇ = kW
6.Difficile
TH​ = 850 °CT0​ = 20 °CTL​ = -20 °CERWQ̇H​ = 50 kWQ̇L​ = ?

Un moteur de Carnot reçoit 50 kW de chaleur d’une source à 850 °C et rejette de la chaleur vers l’environnement à 20 °C. Tout son travail entraîne un réfrigérateur de Carnot qui extrait de la chaleur d’un congélateur à -20 °C et rejette lui aussi de la chaleur vers l’environnement à 20 °C. Trouvez la puissance thermique Q̇L extraite du congélateur.

TH = 850 °CT0 = 20 °CTL = -20 °CQ̇H = 50 kW
Q̇L = kW

Corrigé

  1. 1. η = 45 %
  2. 2. Q̇L = 371,4 MW
  3. 3. TL = 34,85 °C
  4. 4. TL = 29,98 °C
  5. 5. Ẇ = 5,117 kW
  6. 6. Q̇L = 233,8 kW

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