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Chapitre 5
Figure 5.28 – Autocuiseur ou cuiseur à pression, couramment appelé « cocotte-minute » en France.
Photo CC-by-sa par l’utilisateur⋅rice Commons rama
5.6 Un premier moteur à vapeur
Un/e ingénieur/e effectue une expérience avec de la
vapeur d’eau, dans l’idée de mettre au point un petit
moteur très simple (figure 5.29)
Il/elle insère 2 L d’eau liquide à 20
◦ C dans un grand
cylindre. L’eau est comprimée à 2 bar par un piston.
Il/elle chauffe l’eau, et le piston se déplace en maintenant la pression constante, jusqu’à ce que le volume ait
atteint 300 L.
1. Représentez l’évolution sur un diagramme
pression-volume, de façon qualitative et en y représentant la courbe de saturation.
2. Quel a été le travail effectué ?
3. Combien de chaleur a-t-il fallu apporter ?
4. Quels seraient les transferts de travail et de chaleur
si la détente était poursuivie jusqu’à 4 500 L ?
Figure 5.29 – Un concept très simple de moteur à vapeur
Schéma CC-0 Olivier Cleynen
5.7 Pompage d’eau
Une pompe à liquide est installée pour prélever de
l’eau à 5
◦ C située dans un réservoir en contrebas
(figure 5.30).
1. Jusqu’à quelle hauteur Δí µí±§ peut-on effectuer le
pompage ?
2. Comment pourrait-on procéder pour pomper l’eau
à plus grande hauteur ?
Figure 5.30 – Pompage d’un réservoir d’eau situé en
contrebas. La première observation de la limite de hauteur calculée dans cet exercice est faite en 1630 par
Giovanni Battista Baliani.
Schéma CC-0 Olivier Cleynen
5.8 Turbine à vapeur sur installation
légère
Une entreprise développe une petite centrale à vapeur
pouvant être embarquée dans un conteneur de taille
standard. Une fois reliée à une chaudière externe, elle
est capable de convertir en électricité, avec une efficacité intéressante, de la chaleur provenant de combustibles peu raffinés (comme le bois, le papier ou le
charbon).
Au sein de cette centrale, la turbine est adiabatique et
admet 5 t h
−1 de vapeur à 90 bar et 510
◦ C en provenance
de la chaudière. La pression de sortie est (à peine supérieure à) la pression atmosphérique (nous prendrons
1 bar). Un/e ingénieur/e prévoit
1 que l’énergie interne
spécifique de la vapeur sera alors de 2 676,6 kJ kg
−1 .
La turbine est mécaniquement connectée à une génératrice de courant d’efficacité 85 %.
1. Quelle est la puissance électrique dégagée par la
génératrice ?
1 Nous pourrons aussi faire cela après le chapitre 8
(l’entropie).
Thermodynamique de l’ingénieur par Olivier Cleynen
Chapitre 5
Figure 5.28 – Autocuiseur ou cuiseur à pression, couramment appelé « cocotte-minute » en France.
Photo CC-by-sa par l’utilisateur⋅rice Commons rama
5.6 Un premier moteur à vapeur
Un/e ingénieur/e effectue une expérience avec de la
vapeur d’eau, dans l’idée de mettre au point un petit
moteur très simple (figure 5.29)
Il/elle insère 2 L d’eau liquide à 20
◦ C dans un grand
cylindre. L’eau est comprimée à 2 bar par un piston.
Il/elle chauffe l’eau, et le piston se déplace en maintenant la pression constante, jusqu’à ce que le volume ait
atteint 300 L.
1. Représentez l’évolution sur un diagramme
pression-volume, de façon qualitative et en y représentant la courbe de saturation.
2. Quel a été le travail effectué ?
3. Combien de chaleur a-t-il fallu apporter ?
4. Quels seraient les transferts de travail et de chaleur
si la détente était poursuivie jusqu’à 4 500 L ?
Figure 5.29 – Un concept très simple de moteur à vapeur
Schéma CC-0 Olivier Cleynen
5.7 Pompage d’eau
Une pompe à liquide est installée pour prélever de
l’eau à 5
◦ C située dans un réservoir en contrebas
(figure 5.30).
1. Jusqu’à quelle hauteur Δí µí±§ peut-on effectuer le
pompage ?
2. Comment pourrait-on procéder pour pomper l’eau
à plus grande hauteur ?
Figure 5.30 – Pompage d’un réservoir d’eau situé en
contrebas. La première observation de la limite de hauteur calculée dans cet exercice est faite en 1630 par
Giovanni Battista Baliani.
Schéma CC-0 Olivier Cleynen
5.8 Turbine à vapeur sur installation
légère
Une entreprise développe une petite centrale à vapeur
pouvant être embarquée dans un conteneur de taille
standard. Une fois reliée à une chaudière externe, elle
est capable de convertir en électricité, avec une efficacité intéressante, de la chaleur provenant de combustibles peu raffinés (comme le bois, le papier ou le
charbon).
Au sein de cette centrale, la turbine est adiabatique et
admet 5 t h
−1 de vapeur à 90 bar et 510
◦ C en provenance
de la chaudière. La pression de sortie est (à peine supérieure à) la pression atmosphérique (nous prendrons
1 bar). Un/e ingénieur/e prévoit
1 que l’énergie interne
spécifique de la vapeur sera alors de 2 676,6 kJ kg
−1 .
La turbine est mécaniquement connectée à une génératrice de courant d’efficacité 85 %.
1. Quelle est la puissance électrique dégagée par la
génératrice ?
1 Nous pourrons aussi faire cela après le chapitre 8
(l’entropie).
Thermodynamique de l’ingénieur par Olivier Cleynen