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Projet efficacité-version-finale

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expose transfert thermique N°4

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Projet efficacité-version-finale

  1. 1. Réalisé par : Ismail EL HILALI
  2. 2. Plan Chapitre I Introduction Chapitre II Machines thermiques et leur efficacité énergétique Chapitre III Exemples d’efficacités énergétiques de conversion Chapitre IV Conclusion
  3. 3. 1. INTRODUCTION 1) Définitions: - l'efficacité énergétique (ou efficacité thermodynamique) est un nombre sans dimension, qui est le rapport entre ce qui peut être récupéré utilement de la machine sur ce qui a été dépensé pour la faire fonctionner
  4. 4.  Cette notion est souvent confondue avec une définition du rendement thermodynamique, pour des systèmes dont l'efficacité énergétique théorique maximale est inférieure à un, comme les moteurs dithermes ou les moteurs électriques. Toutefois, il est déconseillé d'utiliser le terme de rendement à la place de l'expression efficacité énergétique pour des machines dont l'efficacité énergétique théorique maximale est supérieure à un, comme les systèmes disposant d'un cycle récepteur de la chaleur ambiante, telle une pompe à chaleur.  En économie, le terme d’efficacité énergétique est utilisé de manière synonyme de l’efficience énergétique, qui consiste à réduire les consommations d’énergie, à service rendu égal.
  5. 5. 2) Rappels:  Premier principe de la thermodynamique: On appelle énergie interne, U, une grandeur extensive définie comme la somme de toutes les énergies échangées entre le système et le milieu extérieur. Ces énergies sont de deux types :  les travaux des forces (W) qui s’exercent sur le système,  les quantités de chaleur (Q) qui s’échangent. Le premier principe postule que la variation d’énergie interne ΔU d’un système ne dépend que de l’état initial et de l’état final du système. ΔU = Ufinal - Uinitial est indépendant des transformations qui amènent le système de l’état initial à l’état final. Si des travaux W et des quantités de chaleur Q amènent le système de l’état initial à l’état final : ΔU = W + Q.
  6. 6.  Second principe de la thermodynamique: « L’entropie d’un système isolé ne peut faire que croître ou rester stationnaire » : dS 0 « L’entropie de l’univers ne peut que croître ou rester stationnaire- - La fonction S (entropie) est une fonction d’état, sa différentielle est une différentielle totale exacte. -La fonction S (entropie) est une fonction additive, variable extensive - Dans une transformation élémentaire quelconque : dS = deS + diS deS représente la variation d’entropie résultant d’apport extérieur, diS représente l’entropie produite à l’intérieur du système du fait des phénomènes irréversibles qui s’y déroulent. diS 0
  7. 7.  Les machines thermiques: Une machine thermique ditherme n’échange de l’énergie par transfert thermique qu’avec deux sources de chaleur. La machine constitue le système (Σ). Le système échange : – le travail W du milieu extérieur ; – la quantité de chaleur 𝑸 𝑭 d’une source froide à la température 𝑻 𝑭; – la quantité de chaleur 𝑸 𝑪 d’une source chaude à la température 𝑻 𝑪; Ces grandeurs sont positives si elles sont effectivement reçues par le système. Elles sont négatives dans le cas contraire.
  8. 8. 2. Machines thermiques et leur efficacité énergétique 1) Classification des machines thermiques  La différence entre la chaleur reçue de la source chaude 𝑇𝑐 et la chaleur fournie à la source froide 𝑇𝑓 est convertie en travail pour faire tourner le MOTEUR THERMIQUE  Le travail fourni inverse le sens naturel des échanges de chaleur, il prélève de la chaleur à la source froide et rejette de la chaleur à la source chaude. • La fonction du RÉFRIGÉRATEUR est de refroidir la source froide. • La fonction de la POMPE À CHALEUR est de réchauffer la source chaude
  9. 9. 2) Moteur thermique Soit un moteur réversible qui est représenté par le schéma suivant : Source chaude: T1 Source froide: T2 Moteur Q1 > 0 Q2 < 0 W < 0 Schéma du moteur de Carnot La source froide est la source gratuite ( ambiance) T1 > T2
  10. 10. Le rendement d’un moteur est défini par: Effet utile consomation    Cycle de Carnot moteur 1 cycleW Q   1 cycleW Q   
  11. 11. 11 Pour un cycle on a : DU = Wcycle + Q1 + Q2 = 0 Wcycle = - ( Q1 + Q2 ) 1 cycleW Q    1 2 1 Q Q Q    2 1 1 Q Q    0 B C D A A B C D dS dS dS dS       En appliquant le 2ème principe pour ce cycle réversible on a : 0 C A B D dS dS  On a 1 2 0 B D B D A C A C Q Q dS dS T T          1 2 1 1 0 B D A C Q Q T T     1 2 1 0 2 Q Q T T   2 2 1 1 Q T Q T   2 1 1 T T    1 2 1 T T T   
  12. 12. 12 1 2 max 1 T T T    < 1 C’est la limite théorique du rendement d’un moteur fonctionnant entre deux sources de températures T1 et T2. Ceci montre bien le théorème de Carnot : « Toutes les machines thermiques dithermes réversibles fonctionnant entre deux températures données T1 et T2 ont même rendement. »
  13. 13. Le but d’une machine frigorifique est d’extraire de la chaleur, Q2, à une source de température, T2, inférieure à celles des sources gratuites disponibles, T1. M.F. Q1 < 0 Q2 > 0 W > 0 Schéma de la machine frigorifique de Carnot La source chaude est la source gratuite (ambiance) Source chaude: T1 Source froide: T2 T1 > T2 3) Machine Frigorifique
  14. 14. htg L’éfficacité ou le coefficient de Performance est défini par : Cycle de Carnot de la machine frigorifique 2Q COP W 
  15. 15. 15 2 1 1 1 2 2 2 1 1 1 1 T COP Q T T T Q T        2 1 2 idéal T COP T T   DUcycle = W + Q1 + Q2 = 0 W = - (Q1 + Q2 ) DScycle = 1 2 1 2 0 Q Q T T   1 1 2 2 Q T Q T   2 2 11 2 2 1 1 Q Q COP QW Q Q Q       
  16. 16. Le but d’une pompe à chaleur est de chauffer, on s’intéresse à la chaleur Q1, fournie à la source chaude T1. Source chaude: T1 Source froide: T2 P.A.C. Q1 < 0 Q2 > 0 W > 0 Schéma d’une pompe à chaleur La source froide T2 est la source gratuite ( ambiance) 4) Pompe à Chaleur T1 > T2
  17. 17. L’éfficacité ou le coefficient de Performance est défini par : 1 . . .P A C Q COP W  1 . . .P A C Q COP W   Cycle de Carnot de la pompe à chaleur
  18. 18. DScycle = 1 2 1 2 0 Q Q T T   2 2 1 1 Q T Q T   DUcycle = W + Q1 + Q2 = 0 W = - (Q1 + Q2 ) 1 . . . 2 1 2 1 1 1 P A C T COP T T T T    1 . . .P A C Q COP W   2 2 1 1 Q T Q T   1 . . . 21 2 1 1 ( ) 1 P A C Q COP QQ Q Q       1 . . . max 1 2 P A C Carnot T COP COP COP T T    
  19. 19. Processus de conversion Efficacité énergétique de conversion Génération électrique Turbine à gaz jusqu'à 40 % Turbine à gaz plus Turbine à vapeur (Cycle combiné) jusqu'à 60 % Turbine hydraulique jusqu'à 90 % (atteint en pratique) Éolienne jusqu'à 59 % (limite théorique) Cellule photovoltaïque 6 % à 40 % (selon la technologie, 15 % le plus souvent, 85 % - 90 % limite théorique) Machine/Moteur Moteur à combustion 10-50 % Moteur électrique 30-60 % (petits < 10 W) ; 50-90 % (entre 10 et 200 W) ; 70 - 99,99 % (plus de 200 W) 3. Exemples d’efficacités énergétiques de conversion
  20. 20. Processus naturel Photosynthèse jusqu’à 6 % Muscle 14 % - 27 % Appareils domestiques Réfrigérateur domestique bas de gamme ~ 20 % ; haut de gamme ~ 40 - 50 % Lampe à incandescence classique 0,7 - 5,1 %;5-10 % Diode électroluminescente 4,2 - 14,9 %; jusqu’à 35 % Tube fluorescent 8,0 - 15,6 %, 28 % Lampe à vapeur de sodium 15,0 - 29,0 %8, 40,5 % Lampe à incandescence halogène 9,5 - 17,0 %, 24 % Alimentation à découpage Actuellement jusqu’à 95 % en pratique Chauffe-eau 90-95 % Radiateur électrique 100 % (toute l’énergie est convertie en chaleur) Pompe à chaleur 300 % à 500 % selon les températures réelles, le maximum théorique étant de l'ordre de 1500 %, le minimum théorique étant supérieur à 100 %
  21. 21. Conclusion
  22. 22. Merci pour votre attention

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