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C. Guilié janvier 2014 DEFINITIONS GENERALES DE LENERGETIQUE FORMULAIRE ET BILAN THERMIQUE.

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1 C. Guilié janvier 2014 DEFINITIONS GENERALES DE LENERGETIQUE FORMULAIRE ET BILAN THERMIQUE

2 C. Guilié janvier 2014 I DEFINITIONS GENERALES ET FORMULAIRE I-1 Travaux et puissances, chaleurs et flux. P=n.Nc.W=qm.w =n.Nc.Q=qm.q MA MFC MA MFC n: nombre de cylindres Nc: fréquence cyclique (en cycles /s) N (en tr/mn) dans le cas du moteur 4temps : W (Q): travail (chaleur) unitaire ( J/cycle) w (q): le travail (chaleur) massique (kJ/kg) qm: débit massique du fluide (kg/s)

3 C. Guilié janvier 2014 Puissance effective: Puissance indiquée: Puissance calorifique maximum: MA MFC

4 I-2 Rendements et pertes énergétiques - L- Les pertes mécaniques - Les pertes chimiques es pertes thermodynamiques es pertes thermiques es pertes « visqueuses »

5 C. Guilié janvier 2014 a) Pertes mécaniques Moteur: Récepteur:

6 b) Pertes chimiques

7 c) Pertes thermodynamiques Moteurs: Récepteurs:

8 d) Pertes thermiques et pertes visqueuses Moteurs: Récepteurs: Machines alternativesMachines à flux continu

9 e) Rendement et coefficients de performance globaux Moteurs Récepteurs:

10 f) Consommation spécifique Cs inversement proportionnelle à eff Attention les unités!!!: ne pas utiliser cette formule n utiliser que la définition!

11 C. Guilié janvier 2014 I-3 Définitions particulières des machines alternatives a) Définitions géométriques b) Pressions moyennes c) rendements volumiques

12 I-4 Définitions particulières aux turbomachines a) Généralités Compresseurs: Turbines:

13 b) Turboréacteurs Poussée: Puissance de propulsion: Puissance utile: Rendement propulsif Rendement thermique Rendement thermopropulsif:

14 C. Guilié janvier 2014 II BILAN ENERGETIQUE II-1Cas général Attention : système rigoureusement en régime stationnaire

15 Boucler le bilan: Vérifier légalité du 1er et du 2ème membre du 1er principe: Cf paragraphe « puissances » Flux utiles ou pertes thermiques directes Cf calcul - Liquide - Gaz parfait -V-Vapeurs Cf « résumé thermo » Légalité nest vérifiée que moyennant une erreur estimée => calcul derreur

16 C. Guilié janvier 2014 Présentation des résultats: Diagramme de Sankey, organigrammes… Exemple:

17 b) Acquisition des mesures c) Méthode pour dresser le bilan: - Démarrer linstallation et attendre t - Le régime stationnaire établit - T- Trois séries de mesures minimum espacées dun temps de lordre de t. - B- Bilan avec les moyennes 1- Faire un schéma clair 2- Isoler le système 3- Écrire le premier principe 4- Calculer ou estimer chaque terme 5- Vérifier légalité 6- Dresser le bilan

18 C. Guilié janvier 2014 II-2 Machines sans réaction chimique Te=40,2°C, Ts=30,2°C, qmc=500/h, te=14,5°C, ts=24,6°C, qmf=500l/h Le 1 er principe en système ouvert: Exemple:

19 Ta=17°C, T°C moyenne fluide froid =19,5°C, Surface de la calandre=0,4m 2 Le bilan nest apparemment pas bouclé…

20 C. Guilié janvier 2014 Calcul derreur: -E-Estimons lerreur sur les températures à 0,1°C (thermistances en platine). - Les débitmètres de classe 1 indiquent 1000l/h pleine échelle: Lerreur sur les débits est donc de 10l/h et ceux-ci étaient de 500l/h Conclusion: Lerreur de 69W sur le bilan est justifiée en regard de lerreur instrumentale estimée à 230W

21 C. Guilié janvier 2014 II-3 Machines à combustion interne Pertes aux fumées

22 Présentation du bilan exemple : Les moteurs alternatifs

23 II-4 a) Estimation des pertes thermiques - h coefficient de convection naturelle, - k conductivité thermique (k air =0,025W/mK) - L dimension caractéristique de la surface déchange - V iscosité dynamique et la viscosité cinématique ( air = m 2 /s) - Cp chaleur spécifique à pression constante (Cp air =1kJ/kgK) - g accélération de la pesanteur - 0 différence de température entre l air et la paroi - Coefficient de dilatation à pression constante = pour les gaz parfaits. -e-en régime laminaire => -e-en régime turbulent => 1°) Convection naturelle:

24 C. Guilié janvier 2014 => régime laminaire => 2°) Rayonnement, loi de Stephan : Linéariser en développant au premier ordre Le coefficient déchange par rayonnement est donc : est voisin de 1 en infrarouge et =5, W/m 2 K 4 : température ambiante 20°C température de la paroi extérieure 80°C => Dimension caractéristique de 0,5m Exemple:

25 C. Guilié janvier 2014 II-4 b) Incertitude - Lerreur absolue sur une somme (ou une différence) est la somme des erreurs absolues de chacun des termes de la somme ou de la différence. - Lerreur relative sur un produit (ou un rapport) est la somme des erreurs relatives de chacun des termes du produit ou du rapport. Donc lerreur sur le bilan s exprime ainsi : 1°) Le bilan thermique se présente sous la forme : P est l erreur absolue sur chacune des puissances.

26 C. Guilié janvier °) Calculons lerreur absolue sur le P CM : 3°) Les pertes thermiques ou les puissances utiles : En appliquant les deux règles du calcul d incertitude énoncées ci-dessus:

27 C. Guilié janvier 2014 II-4 c) Estimation de lincertitude sur les grandeurs mesurées : - N- Notice constructeur => la précision de lappareil - C- Classe = pourcentage de lerreur pleine échelle: exemple :débitmètre de 1000l/h pleine échelle de classe 1: l incertitude absolue= 10l/h. A 200l/h l erreur relative est de 5% -A-Appareils à lecture directe: l erreur absolue = somme erreur de parallaxe et pouvoir diviseur de l œil. -L-Les mesures varient de manière aléatoire: écart type = erreur statistique.

28 C. Guilié janvier 2014 II-4 d) Pertes thermiques aux fumées Ou Siegert: Pour tous combustibles voir site IUT Ks=0,47 pour le Gaz naturel, 0,6 pour les hydrocarbures moyens, 0,62 pour le fuel lourd et 0,71 pour le charbon.

29 Pertes par chaleur latente Uniquement dans le cas des chaudières à condensation => le bilan se fait sur PCS Avec: et Lv H2O =2500kJ/kg

30 C. Guilié janvier 2014 Pertes par imbrulés I teneur des fumées en imbrulés: analyseur=>CO Pour trouver H2: Cas moteurs (équilibre supposé à 1850°C) : CO / H2 =8x/y Cas fours ou chaudières (1450°C): CO / H2 =5x/y Ou diagrammes d équilibre (voir site IUT)

31 C. Guilié janvier 2014 II-5 Précisions sur le bilan 1°) Corrections de débitmétrie Comptage gaz: Les compteurs gaz mesurent un volume dans les conditions p,T de la distribution => Pour déterminer le PCM=qmc.Ip deux méthodes: 1°) Calculer la masse volumique du gaz dans les conditions p,T et exprimer Ip en kJ/kg 2°) Passer qmc en Nm3/s Rotamètres: La position du flotteur dépend de la masse volumique du fluide donc:

32 2°) Moteur alternatifs : Pertes thermiques aux parois Pertes par frottement


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