Fiche d’exercices de Moteurs thermiques et réfrigérateurs avec corrigé

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Nom: ____________________   Date: ____________

1.Facile
source chaudesource froideEQH​ = 4800 kJQL​ = 3600 kJW = ?

Un moteur thermique reçoit 4800 kJ de chaleur d’une source chaude et en rejette 3600 kJ vers une source froide à chaque cycle. Trouvez le travail net W produit par cycle.

QH = 4800 kJQL = 3600 kJ
W = kJ
2.Facile
cuisineespace froidRQ̇H​Q̇L​ = 4,59 kWẆ = 1,7 kW

Un réfrigérateur extrait de la chaleur de son compartiment froid à raison de 4,59 kW tandis que son compresseur consomme 1,7 kW. Trouvez son coefficient de performance COPR.

Q̇L = 4,59 kWẆ = 1,7 kW
COPR =
3.Moyen
TH​ = 40 °CTL​ = -18 °CRQ̇H​ = ?Q̇L​ = 6 kWẆ

Un réfrigérateur réversible maintient une chambre froide à -18 °C en extrayant 6 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 = 6 kW
Q̇H = kW
4.Moyen
TH​ = 750 °CTL​ = 15 °CEQH​QL​η = 54%

Un moteur thermique reçoit de la chaleur d’une source à 750 °C et rejette de la chaleur vers l’environnement à 15 °C. Son rendement thermique réel est de 54 %. Trouvez son rendement exergétique ηII, rapport du rendement réel au rendement de Carnot.

TH = 750 °CTL = 15 °Cη = 54%
ηII = %
5.Difficile
TH​ = 400 °CTL​ = 10 °CEQH​ = 3500 kJQL​ = 2485 kJW = 1015 kJ

Un moteur thermique reçoit 3500 kJ de chaleur d’une source à 400 °C, produit 1015 kJ de travail et rejette le reste vers une source à 10 °C, par cycle. Trouvez l’entropie totale créée Sgen par cycle.

TH = 400 °CTL = 10 °CQH = 3500 kJW = 1015 kJ
Sgen = kJ/K
6.Difficile
TH​ = 20 °CTL​ = 0 °CHPQ̇H​ = 14 kWQ̇L​Ẇ = ?

Une pompe à chaleur fournit 14 kW de chaleur à un système de chauffage à 20 °C, en prélevant de la chaleur à une source à 0 °C. Son COP réel vaut 45 % du COP de Carnot entre ces températures. Trouvez la puissance électrique Ẇ qu’elle consomme.

TH = 20 °CTL = 0 °CηII = 45%Q̇H = 14 kW
Ẇ = kW

Corrigé

  1. 1. W = 1200 kJ
  2. 2. COPR = 2,7
  3. 3. Q̇H = 7,364 kW
  4. 4. ηII = 75,17 %
  5. 5. Sgen = 3,577 kJ/K
  6. 6. Ẇ = 2,123 kW

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