Fiche d’exercices de Moteurs thermiques et réfrigérateurs avec corrigé

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1.Facile
source chaudesource froideEQH​ = 1900 kJQL​ = 1045 kJW

Un moteur thermique reçoit 1900 kJ de chaleur d’une source chaude et en rejette 1045 kJ vers une source froide à chaque cycle. Trouvez son rendement thermique η.

QH = 1900 kJQL = 1045 kJ
η = %
2.Facile
cuisineespace froidRQ̇H​Q̇L​ = 3,78 kWẆ = 0,9 kW

Un réfrigérateur extrait de la chaleur de son compartiment froid à raison de 3,78 kW tandis que son compresseur consomme 0,9 kW. Trouvez son coefficient de performance COPR.

Q̇L = 3,78 kWẆ = 0,9 kW
COPR =
3.Moyen
TH​ = 700 °CTL​ = 20 °CEQH​QL​W

Un moteur thermique fonctionne entre une source chaude à 700 °C et une source froide à 20 °C. Trouvez le rendement thermique maximal possible ηmax.

TH = 700 °CTL = 20 °C
ηmax = %
4.Moyen
TH​ = 800 °CTL​ = 35 °CEQH​QL​η = 39%

Un moteur thermique reçoit de la chaleur d’une source à 800 °C et rejette de la chaleur vers l’environnement à 35 °C. Son rendement thermique réel est de 39 %. Trouvez son rendement exergétique ηII, rapport du rendement réel au rendement de Carnot.

TH = 800 °CTL = 35 °Cη = 39%
ηII = %
5.Difficile
TH​ = 21 °CTL​ = 7 °CHPQ̇H​ = 7 kWQ̇L​Ẇ = ?

Une pompe à chaleur maintient une maison à 21 °C alors qu’il fait 7 °C dehors, en fournissant 7 kW de chaleur à la maison. Trouvez la puissance minimale à fournir Ẇmin.

TH = 21 °CTL = 7 °CQ̇H = 7 kW
Ẇmin = kW
6.Difficile
TH​ = 450 °CT0​ = 20 °CTL​ = 0 °CERWQ̇H​ = 150 kWQ̇L​ = ?

Un moteur de Carnot reçoit 150 kW de chaleur d’une source à 450 °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 0 °C et rejette lui aussi de la chaleur vers l’environnement à 20 °C. Trouvez la puissance thermique Q̇L extraite du congélateur.

TH = 450 °CT0 = 20 °CTL = 0 °CQ̇H = 150 kW
Q̇L = kW

Corrigé

  1. 1. η = 45 %
  2. 2. COPR = 4,2
  3. 3. ηmax = 69,88 %
  4. 4. ηII = 54,71 %
  5. 5. Ẇmin = 0,3332 kW
  6. 6. Q̇L = 1218 kW

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