THERMO 126 : Vaporisation d'un liquide dans le vide On place une ampoule contenant m = 0,1 kg d'eau liquide dans une enceinte indéformable de volume V maintenue au contact d'un thermostat à la température T 0 = 373K. Initialement, l'enceinte est vide et
l'eau dans l'ampoule est à la température T 0 est sous une pression initiale P 0 égale à la pression de vapeur saturante p s (T 0) = l bar. On assimile la vapeur d'eau à un gaz parfait de masse molaire M = 18g/mol. On donne l'enthalpie de vaporisation de l'eau Lv = 2, 3.10 3 kJ/kg à la température T 0. On néglige le volume massique de l'eau liquide devant le volume massique de la vapeur d'eau. On d onne R = 8, 3J.K -l .mol-1 . 1) Montrer qu'il existe une valeur V c du volume pour laquelle dans l'état final l'eau soit à la température T 0 et à la pression de vapeur saturante p s (T 0), avec un titre en vapeur x v1 = 1. Calculer
pour l'évolution correspondante, le transfert thermique Q algébriquement reçu par l'eau, la variation d'entropie de l'eau, la variation d'entropie du thermostat et celle de l'univers. Commenter. 2) On suppose que le volume V est inférieur à la valeur V, déterminée plus haut. Déterminer l'état final en fonction du rapport V/V c . 3) On suppose que le volume V est supérieur à la valeur V c . Déterminer l'état final. THERMO 128 : Complexe Piscine-Patinoire
On dispose de deux bassins d'eau de masses m i et m1/5. On désire transformer le premier en piscine chauffée et le second en patinoire à l'aide d'une pompe à chaleur. Données : Enthalpie massique de fusion de la glace sous une atmosphère L f = 3 3 4 k J . k g -1 , capacité thermique massique de l'eau liquide c l = 4 , 1 8 k J . K -l k g ' capacité thermique de la glace c g = 2 , l k J . K - lk g - l. Les évolutions seront supposées réversibles. 1) Représenter le système et les échanges énergétiques en indiquant leur signe. 2) Initialement T l = T 2 = 2 7 8 K , T 2 baisse de 5°C. Déterminer la température finale T l ainsi que le travail par unité de masse w à fournir. (Indication. Envisager une faible variation des températures sur un cycle). 3) Dans une seconde étape, l'eau du second bassin passe à l'état de glace. Déterminer les nouvelles valeurs finales T’ 1 et w'. Dans une troisième étape, la température de la glace est abaissée de 5°C. Déterminer les nouvelles valeurs finales T’’ 1 et w".
Annexe : TH123 : Formation des cumulus « de beau temps »
Thermodynamique révision 1ère année
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Thermodynamique
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A - Caractéristique du R134a
Montrer que la capacité thermique massique à pression constante
ANNEXES : Diagrammes c p . du fluide frigorigène
R134a
est : c p = 0,79 kJ.kg − 1 .K − 1 . B - Etude du cycle du fluide frigorigène 1. Placer, sur le diagramme enthalpique (voir annexe), les 6 points correspondant aux différents états du cycle du
fluide frigorigène. Tracer le cycle en précisant le sens du parcours. 2. En utilisant le diagramme enthalpique, indiquer la valeur de la température θ 2 de surchauffe du fluide basse
pression. Pour la suite du problème, on prendra θ 2 = 20 ° C . 3. La compression de l’état ( 2) à l’état (3 ) est supposée adiabatique réversible (isentropique).
a) En utilisant le cycle tracé à la question précédente, vérifier que la température θ 3 de fin de compression isentropique est : θ 3 ≈ 55 ° C . b) Relever, sur le diagramme, le travail massique de transvasement que doit fournir le compresseur par kilogramme de fluide lors de sa compression adiabatique. c) En déduire la puissance P1 que doit fournir le compresseur au fluide caloporteur. 4. Préciser les différentes transformations subies par le fluide frigorigène, entre la sortie du compresseur (état (3 ) ) et l’amont du détendeur (état (5 ) ). Mesurer à l’aide du diagramme la quantité de chaleur q C échangée
par kilogramme de fluide entre ces deux états. Préciser et interpréter le signe de q C . 5. Déterminer la quantité de chaleur q f échangée avec l’air pulsé vers l’habitacle par kilogramme de fluide au
niveau de l’évaporateur (entre les états (6 ) et ( 2) ). Préciser et interpréter le signe de q f . 6. En déduire la puissance frigorifique P 2 produite par la climatisation automobile.
TH210 : Détente adiabatique
C - Efficacité de l’installation
d’une
vapeur
d’eau
dans
une
turbine
Définir puis calculer le coefficient d e performance de l’installation.
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Thermodynamique
TH217 : Récupération cogénération
de
puissance
mécanique
et
de
chaleur
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Thermodynamique
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