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Chapitre 1
2. Combien de temps le réchauffage prendra-t-il si la
puissance de chauffage est de ̇
í µí± = +2 kW ?
1.6 Cric hydraulique
On souhaite lever un véhicule ayant pour masse
1 200 kg avec le cric hydraulique schématisé en
figure 1.11. La surface du piston gauche a pour aire
5 cm
2 .
Figure 1.11 – Schéma de principe d’un cric hydraulique.
Schéma CC-0 Olivier Cleynen
L’huile au sein du cric est présumée incompressible,
c’est-à-dire que son volume est considéré comme
constant quelle que soit la pression.
Le but de l’installation est de permettre à une personne
de gabarit ordinaire de soulever et maintenir en place
le véhicule avec le piston gauche (dont l’extrémité est
munie de poignées).
1. Dimensionnez le piston droit (sous le véhicule)
afin que la force dans le piston gauche n’excède
pas 100 N.
2. Quelle est la puissance nécessaire pour maintenir
le véhicule en place ?
On souhaite soulever le véhicule de 25 cm, en moins de
30 secondes.
3. Selon quelle distance faudrait-il enfoncer le piston
gauche pour cela ?
4. Quels seraient alors le travail et la puissance à
fournir ?
1.7 Turbine à eau
Un débit constant de 1 200 kg s
−1 traverse une petite
installation hydraulique représentée en figure 1.12.
• Au point 1, l’eau arrive à vitesse de 3 m s
−1 avec une
température í µí± 1 = 5
◦ C et une altitude í µí±§ 1 = 75 m.
• Au point 2, elle ressort à vitesse de 2,5 m s
−1 à température í µí± 2 = 5,04
◦ C et altitude í µí±§ 2 = 4 m.
La pression de l’eau est identique en 1 et 2, et le profil de
vitesse de l’eau en chaque point est approximativement
uniforme. L’eau a une capacité calorifique massique de
í µí± eau liquide = 4,2 kJ kg
−1 K
−1 .
Figure 1.12 – Schéma de principe d’une turbine à eau.
L’eau pénètre en haut à gauche, fait tourner les pales
de la turbine, est réchauffée par frottement, et ressort
en bas à droite de l’installation.
Schéma CC-by-sa Olivier Cleynen
1. Quelle est la puissance spécifique mécanique gagnée ou perdue par l’eau en traversant l’installation ?
2. Avec quelle puissance spécifique est-elle réchauffée par le frottement ?
3. Quelle est la puissance (en watts) dégagée sous
forme de travail par la turbine ?
1.8 Chaudière de chauffage central
La chaudière du système de chauffage central d’un bâtiment, représenté en figure 1.13, fonctionne avec la
combustion du kérosène.
L’eau pénètre dans la chaudière à une température í µí± C =
20
◦ C et en ressort à í µí± D = 70
◦ C, avec un débit ̇
í µí± eau =
0,25 L s
−1 .
La chambre de combustion admet de l’air à í µí± A = 8
◦ C
et il ressort par la cheminée à une température í µí± B =
120
◦ C ; le débit d’air est de ̇
í µí± air = 0,5 kg s
−1 .
Chaleur spécifique de combustion du kérosène :
46,4 MJ kg
−1
Capacité calorifique massique de l’eau liquide :
4,18 kJ kg
−1 K
−1
Capacité calorifique massique de l’air à pression
constante : 1,15 kJ kg
−1 K
−1
1. Quelle est la consommation horaire de kérosène
par la chaudière ?
2. Quelle est l’efficacité de la chaudière, c’est-à-dire
le rapport entre son transfert de chaleur utile et sa
consommation énergétique ?
Thermodynamique de l’ingénieur par Olivier Cleynen
Chapitre 1
2. Combien de temps le réchauffage prendra-t-il si la
puissance de chauffage est de ̇
í µí± = +2 kW ?
1.6 Cric hydraulique
On souhaite lever un véhicule ayant pour masse
1 200 kg avec le cric hydraulique schématisé en
figure 1.11. La surface du piston gauche a pour aire
5 cm
2 .
Figure 1.11 – Schéma de principe d’un cric hydraulique.
Schéma CC-0 Olivier Cleynen
L’huile au sein du cric est présumée incompressible,
c’est-à-dire que son volume est considéré comme
constant quelle que soit la pression.
Le but de l’installation est de permettre à une personne
de gabarit ordinaire de soulever et maintenir en place
le véhicule avec le piston gauche (dont l’extrémité est
munie de poignées).
1. Dimensionnez le piston droit (sous le véhicule)
afin que la force dans le piston gauche n’excède
pas 100 N.
2. Quelle est la puissance nécessaire pour maintenir
le véhicule en place ?
On souhaite soulever le véhicule de 25 cm, en moins de
30 secondes.
3. Selon quelle distance faudrait-il enfoncer le piston
gauche pour cela ?
4. Quels seraient alors le travail et la puissance à
fournir ?
1.7 Turbine à eau
Un débit constant de 1 200 kg s
−1 traverse une petite
installation hydraulique représentée en figure 1.12.
• Au point 1, l’eau arrive à vitesse de 3 m s
−1 avec une
température í µí± 1 = 5
◦ C et une altitude í µí±§ 1 = 75 m.
• Au point 2, elle ressort à vitesse de 2,5 m s
−1 à température í µí± 2 = 5,04
◦ C et altitude í µí±§ 2 = 4 m.
La pression de l’eau est identique en 1 et 2, et le profil de
vitesse de l’eau en chaque point est approximativement
uniforme. L’eau a une capacité calorifique massique de
í µí± eau liquide = 4,2 kJ kg
−1 K
−1 .
Figure 1.12 – Schéma de principe d’une turbine à eau.
L’eau pénètre en haut à gauche, fait tourner les pales
de la turbine, est réchauffée par frottement, et ressort
en bas à droite de l’installation.
Schéma CC-by-sa Olivier Cleynen
1. Quelle est la puissance spécifique mécanique gagnée ou perdue par l’eau en traversant l’installation ?
2. Avec quelle puissance spécifique est-elle réchauffée par le frottement ?
3. Quelle est la puissance (en watts) dégagée sous
forme de travail par la turbine ?
1.8 Chaudière de chauffage central
La chaudière du système de chauffage central d’un bâtiment, représenté en figure 1.13, fonctionne avec la
combustion du kérosène.
L’eau pénètre dans la chaudière à une température í µí± C =
20
◦ C et en ressort à í µí± D = 70
◦ C, avec un débit ̇
í µí± eau =
0,25 L s
−1 .
La chambre de combustion admet de l’air à í µí± A = 8
◦ C
et il ressort par la cheminée à une température í µí± B =
120
◦ C ; le débit d’air est de ̇
í µí± air = 0,5 kg s
−1 .
Chaleur spécifique de combustion du kérosène :
46,4 MJ kg
−1
Capacité calorifique massique de l’eau liquide :
4,18 kJ kg
−1 K
−1
Capacité calorifique massique de l’air à pression
constante : 1,15 kJ kg
−1 K
−1
1. Quelle est la consommation horaire de kérosène
par la chaudière ?
2. Quelle est l’efficacité de la chaudière, c’est-à-dire
le rapport entre son transfert de chaleur utile et sa
consommation énergétique ?
Thermodynamique de l’ingénieur par Olivier Cleynen