Fiche d’exercices de Moteurs thermiques et réfrigérateurs avec corrigé

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Nom: ____________________   Date: ____________

1.Facile
chaudièreeau de refroidissementEQ̇H​Q̇L​ = ?Ẇ = 100 MW

Une centrale électrique fournit une puissance nette de 100 MW avec un rendement thermique de 38 %. Trouvez la puissance thermique Q̇L rejetée vers l’eau de refroidissement.

Ẇ = 100 MWη = 38%
Q̇L = MW
2.Facile
maisonair extérieurHPQ̇H​ = 10,5 kWQ̇L​ = ?Ẇ

Une pompe à chaleur de coefficient de performance 2,5 fournit 10,5 kW de chaleur à une maison. Trouvez la puissance thermique Q̇L qu’elle prélève à l’air extérieur.

COPHP = 2,5Q̇H = 10,5 kW
Q̇L = kW
3.Moyen
TH​ = 675 °CTL​ = ?EQH​ = 3500 kJQL​ = 1193 kJW

Un moteur thermique réversible (de Carnot) reçoit 3500 kJ de chaleur d’une source à 675 °C et en rejette 1193 kJ par cycle. Trouvez la température TL de la source froide en °C.

TH = 675 °CQH = 3500 kJQL = 1193 kJ
TL = °C
4.Moyen
TH​ = 725 °CTL​ = 40 °CEQH​QL​W

Un moteur thermique fonctionne entre une source chaude à 725 °C et une source froide à 40 °C. Trouvez le rendement thermique maximal possible ηmax.

TH = 725 °CTL = 40 °C
ηmax = %
5.Difficile
TH​ = 22 °CTL​ = 10 °CHPQ̇H​ = 10 kWQ̇L​Ẇ = ?

Une pompe à chaleur fournit 10 kW de chaleur à un système de chauffage à 22 °C, en prélevant de la chaleur à une source à 10 °C. Son COP réel vaut 40 % du COP de Carnot entre ces températures. Trouvez la puissance électrique Ẇ qu’elle consomme.

TH = 22 °CTL = 10 °CηII = 40%Q̇H = 10 kW
Ẇ = kW
6.Difficile
TH​ = 500 °CTL​ = 10 °CEQH​ = 4100 kJQL​ = 2542 kJW = 1558 kJ

Un moteur thermique reçoit 4100 kJ de chaleur d’une source à 500 °C, produit 1558 kJ de travail et rejette le reste vers une source à 10 °C, par cycle. Trouvez l’entropie totale créée Sgen par cycle.

TH = 500 °CTL = 10 °CQH = 4100 kJW = 1558 kJ
Sgen = kJ/K

Corrigé

  1. 1. Q̇L = 163,2 MW
  2. 2. Q̇L = 6,3 kW
  3. 3. TL = 50,03 °C
  4. 4. ηmax = 68,63 %
  5. 5. Ẇ = 1,016 kW
  6. 6. Sgen = 3,675 kJ/K

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