Fiche d’exercices de Moteurs thermiques et réfrigérateurs avec corrigé

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1.Facile
source chaudesource froideEQH​ = 3600 kJQL​ = 2700 kJW

Un moteur thermique reçoit 3600 kJ de chaleur d’une source chaude et en rejette 2700 kJ vers une source froide à chaque cycle. Trouvez son rendement thermique η.

QH = 3600 kJQL = 2700 kJ
η = %
2.Facile
chaudièreeau de refroidissementEQ̇H​Q̇L​ = ?Ẇ = 300 MW

Une centrale électrique fournit une puissance nette de 300 MW avec un rendement thermique de 45 %. Trouvez la puissance thermique Q̇L rejetée vers l’eau de refroidissement.

Ẇ = 300 MWη = 45%
Q̇L = MW
3.Moyen
TH​ = 25 °CTL​ = 4 °CRQ̇H​ = ?Q̇L​ = 6 kWẆ

Un réfrigérateur réversible maintient une chambre froide à 4 °C en extrayant 6 kW de chaleur, et rejette de la chaleur vers l’environnement à 25 °C. Trouvez la puissance thermique Q̇H qu’il rejette.

TL = 4 °CTH = 25 °CQ̇L = 6 kW
Q̇H = kW
4.Moyen
TH​ = 650 °CTL​ = 40 °CEQH​QL​η = 26%

Un moteur thermique reçoit de la chaleur d’une source à 650 °C et rejette de la chaleur vers l’environnement à 40 °C. Son rendement thermique réel est de 26 %. Trouvez son rendement exergétique ηII, rapport du rendement réel au rendement de Carnot.

TH = 650 °CTL = 40 °Cη = 26%
ηII = %
5.Difficile
TH​ = 21 °CTL​ = -5 °CHPQ̇H​ = 5 kWQ̇L​Ẇ

Une pompe à chaleur maintient une maison à 21 °C alors qu’il fait -5 °C dehors, en fournissant 5 kW de chaleur à la maison. Trouvez le coefficient de performance maximal possible COPmax.

TH = 21 °CTL = -5 °CQ̇H = 5 kW
COPmax =
6.Difficile
TH​ = 500 °CTL​ = 20 °CEQH​ = 1300 kJQL​ = 897 kJW = 403 kJ

Un moteur thermique reçoit 1300 kJ de chaleur d’une source à 500 °C, produit 403 kJ de travail et rejette le reste vers une source à 20 °C, par cycle. Trouvez l’entropie totale créée Sgen par cycle.

TH = 500 °CTL = 20 °CQH = 1300 kJW = 403 kJ
Sgen = kJ/K

Corrigé

  1. 1. η = 25 %
  2. 2. Q̇L = 366,7 MW
  3. 3. Q̇H = 6,455 kW
  4. 4. ηII = 39,35 %
  5. 5. COPmax = 11,31
  6. 6. Sgen = 1,378 kJ/K

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