308
Chapitre 10
10.3 Moteur Diesel
Un moteur à pistons-cylindres utilisé pour propulser
un navire (figure 10.32) est suralimenté par un turbocompresseur qui augmente la pression et la température de l’air d’admission à partir d’énergie extraite des
gaz d’échappement (le turbocompresseur est une pièce
ne nécessitant aucun apport extérieur d’énergie sous
forme de travail ou de chaleur, cf. §10.3.5 p. 285). Le
moteur a ainsi les caractéristiques de fonctionnement
suivantes :
• l’air admis dans les cylindres est à 115
◦ C et 3 bar ;
• la chaleur spécifique fournie chaque cycle est
de 1 250 kJ kg
−1 ;
• le taux de compression í µí¼ ≡
í µí± max.
í µí± min.
est de 17.
Nous considérons le cas de fonctionnement optimal,
c’est-à-dire le suivi du cycle de Diesel, selon les caractéristiques suivantes :
• compression et détente isentropiques ;
• combustion à pression constante ;
• rejet de chaleur à volume constant.
1. Tracez le cycle thermodynamique suivi sur
un diagramme pression-volume ou températureentropie, de façon qualitative et en y indiquant
tous les transferts de chaleur et de travail.
2. Quelle est la température de l’air à la fin de la
compression ?
Figure 10.32 – Moteurs Diesel six cylindres de 1 100 kW
électrogène (haut) et sept cylindres de 25 MW propulsif
(bas) d’un pétrolier de 290 000 t.
Photos 1 et 2 CC-by-sa par Hervé Cozanet
3. Quelle est la température des gaz à la fin de la
combustion ?
4. Quelle est la pression maximale atteinte dans
le moteur ?
5. Quelle est la température à la fin de la détente ?
6. Quel est le rendement du moteur ?
7. Il est aisé de montrer qu’à taux de compression
égal, un cycle Diesel est moins efficace qu’un cycle
dit « à essence » (cycle d’Otto). Pourquoi est-il
alors utilisé ?
10.4 Turbopropulseur
Un avion de ligne régional est motorisé par deux turbopropulseurs (figure 10.34). Dans chacun d’entre eux,
une turbine unique alimente un compresseur axial,
ainsi que l’hélice par l’intermédiaire d’un réducteur
(figure 10.33).
Pendant la croisière, le débit d’air au sein du moteur est
de 4,9 kg s
−1 , et le circuit est le suivant :
• L’air à pression et température ambiantes (0,55 bar
& −5
◦ C) est admis dans le compresseur ;
• Le compresseur porte l’air à pression de 7,6 bar avec
une efficacité isentropique de 80 % ;
• L’air est ensuite chauffé dans la chambre de combustion jusqu’à 1 315
◦ C ;
• Les gaz de combustion sont ensuite détendus dans
la turbine et rejetés dans l’atmosphère ; la turbine a
une efficacité isentropique de 80 %.
La turbine alimente le compresseur (par l’intermédiaire
d’un axe aux frottements négligeables) et l’hélice (par
l’intermédiaire d’une boîte de transmission d’efficacité 83 %).
Nous souhaitons quantifier la puissance effectivement
reçue par l’hélice au cours du vol.
1. Tracez le cycle suivi par l’air sur un diagramme
température-entropie, de façon qualitative.
2. Quelle est la température de l’air à la sortie du
compresseur ?
3. Quelle est la température des gaz à la sortie de la
turbine ?
4. Quelle est la puissance fournie à l’hélice ?
Figure 10.33 – Agencement interne de principe d’un
turbopropulseur.
Schéma CC-by-sa Olivier Cleynen
Thermodynamique de l’ingénieur par Olivier Cleynen
Chapitre 10
10.3 Moteur Diesel
Un moteur à pistons-cylindres utilisé pour propulser
un navire (figure 10.32) est suralimenté par un turbocompresseur qui augmente la pression et la température de l’air d’admission à partir d’énergie extraite des
gaz d’échappement (le turbocompresseur est une pièce
ne nécessitant aucun apport extérieur d’énergie sous
forme de travail ou de chaleur, cf. §10.3.5 p. 285). Le
moteur a ainsi les caractéristiques de fonctionnement
suivantes :
• l’air admis dans les cylindres est à 115
◦ C et 3 bar ;
• la chaleur spécifique fournie chaque cycle est
de 1 250 kJ kg
−1 ;
• le taux de compression í µí¼ ≡
í µí± max.
í µí± min.
est de 17.
Nous considérons le cas de fonctionnement optimal,
c’est-à-dire le suivi du cycle de Diesel, selon les caractéristiques suivantes :
• compression et détente isentropiques ;
• combustion à pression constante ;
• rejet de chaleur à volume constant.
1. Tracez le cycle thermodynamique suivi sur
un diagramme pression-volume ou températureentropie, de façon qualitative et en y indiquant
tous les transferts de chaleur et de travail.
2. Quelle est la température de l’air à la fin de la
compression ?
Figure 10.32 – Moteurs Diesel six cylindres de 1 100 kW
électrogène (haut) et sept cylindres de 25 MW propulsif
(bas) d’un pétrolier de 290 000 t.
Photos 1 et 2 CC-by-sa par Hervé Cozanet
3. Quelle est la température des gaz à la fin de la
combustion ?
4. Quelle est la pression maximale atteinte dans
le moteur ?
5. Quelle est la température à la fin de la détente ?
6. Quel est le rendement du moteur ?
7. Il est aisé de montrer qu’à taux de compression
égal, un cycle Diesel est moins efficace qu’un cycle
dit « à essence » (cycle d’Otto). Pourquoi est-il
alors utilisé ?
10.4 Turbopropulseur
Un avion de ligne régional est motorisé par deux turbopropulseurs (figure 10.34). Dans chacun d’entre eux,
une turbine unique alimente un compresseur axial,
ainsi que l’hélice par l’intermédiaire d’un réducteur
(figure 10.33).
Pendant la croisière, le débit d’air au sein du moteur est
de 4,9 kg s
−1 , et le circuit est le suivant :
• L’air à pression et température ambiantes (0,55 bar
& −5
◦ C) est admis dans le compresseur ;
• Le compresseur porte l’air à pression de 7,6 bar avec
une efficacité isentropique de 80 % ;
• L’air est ensuite chauffé dans la chambre de combustion jusqu’à 1 315
◦ C ;
• Les gaz de combustion sont ensuite détendus dans
la turbine et rejetés dans l’atmosphère ; la turbine a
une efficacité isentropique de 80 %.
La turbine alimente le compresseur (par l’intermédiaire
d’un axe aux frottements négligeables) et l’hélice (par
l’intermédiaire d’une boîte de transmission d’efficacité 83 %).
Nous souhaitons quantifier la puissance effectivement
reçue par l’hélice au cours du vol.
1. Tracez le cycle suivi par l’air sur un diagramme
température-entropie, de façon qualitative.
2. Quelle est la température de l’air à la sortie du
compresseur ?
3. Quelle est la température des gaz à la sortie de la
turbine ?
4. Quelle est la puissance fournie à l’hélice ?
Figure 10.33 – Agencement interne de principe d’un
turbopropulseur.
Schéma CC-by-sa Olivier Cleynen
Thermodynamique de l’ingénieur par Olivier Cleynen