Fiche d’exercices de Moteurs thermiques et réfrigérateurs avec corrigé

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1.Facile
source chaudesource froideEQH​ = 3900 kJQL​ = 3120 kJW = ?

Un moteur thermique reçoit 3900 kJ de chaleur d’une source chaude et en rejette 3120 kJ vers une source froide à chaque cycle. Trouvez le travail net W produit par cycle.

QH = 3900 kJQL = 3120 kJ
W = kJ
2.Facile
cuisineespace froidRQ̇H​ = ?Q̇L​ = 3,75 kWẆ = 1,5 kW

Un réfrigérateur extrait de la chaleur de son compartiment froid à raison de 3,75 kW tandis que son compresseur consomme 1,5 kW. Trouvez la puissance thermique Q̇H qu’il rejette dans la cuisine.

Q̇L = 3,75 kWẆ = 1,5 kW
Q̇H = kW
3.Moyen
TH​ = 40 °CTL​ = -18 °CRQ̇H​ = ?Q̇L​ = 1,5 kWẆ

Un réfrigérateur réversible maintient une chambre froide à -18 °C en extrayant 1,5 kW de chaleur, et rejette de la chaleur vers l’environnement à 40 °C. Trouvez la puissance thermique Q̇H qu’il rejette.

TL = -18 °CTH = 40 °CQ̇L = 1,5 kW
Q̇H = kW
4.Moyen
TH​ = 900 °CTL​ = 15 °CEQH​QL​η = 45%

Un moteur thermique reçoit de la chaleur d’une source à 900 °C et rejette de la chaleur vers l’environnement à 15 °C. Son rendement thermique réel est de 45 %. Trouvez son rendement exergétique ηII, rapport du rendement réel au rendement de Carnot.

TH = 900 °CTL = 15 °Cη = 45%
ηII = %
5.Difficile
TH​ = 30 °CTL​ = 4 °CRQ̇H​Q̇L​ = 3 kWẆ = ?

Un réfrigérateur maintient son compartiment à 4 °C dans une cuisine à 30 °C, en extrayant la chaleur du compartiment à raison de 3 kW. Trouvez la puissance minimale à fournir Ẇmin.

TH = 30 °CTL = 4 °CQ̇L = 3 kW
Ẇmin = kW
6.Difficile
TH​ = 600 °CT0​ = 27 °CTL​ = -15 °CERWQ̇H​ = 140 kWQ̇L​ = ?

Un moteur de Carnot reçoit 140 kW de chaleur d’une source à 600 °C et rejette de la chaleur vers l’environnement à 27 °C. Tout son travail entraîne un réfrigérateur de Carnot qui extrait de la chaleur d’un congélateur à -15 °C et rejette lui aussi de la chaleur vers l’environnement à 27 °C. Trouvez la puissance thermique Q̇L extraite du congélateur.

TH = 600 °CT0 = 27 °CTL = -15 °CQ̇H = 140 kW
Q̇L = kW

Corrigé

  1. 1. W = 780 kJ
  2. 2. Q̇H = 5,25 kW
  3. 3. Q̇H = 1,841 kW
  4. 4. ηII = 59,65 %
  5. 5. Ẇmin = 0,2814 kW
  6. 6. Q̇L = 564,7 kW

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