INGENIERIE APPLIQUEE ET ENERGETIQUE
LA3MJS6 - 2013-2014
hiFathi JEBALI JERBI
INGENIERIE ENERGETIQUE APPLIQUEE (3 ECTS)
Cours : 2h - TD : 2h
I Changement de phase d’un corps pur - MélangesI. Changement de phase d un corps pur - MélangesII. Air humideIII. Osmose inverseIV. Production du froidIV. Production du froidV. Combustion - Propulsion spatiale par plasmaVI. Hydrogène
Projet :1 au choix parmi ceux proposés ou autre (Mémoire + présentation orale)
Inscription : Secrétariat L3 (tour 55, couloir 55-65, 2ième étage)
I. CHANGEMENT DE PHASE
D’UN CORPS PUR
CORPS PUR Sous Trois Phases : Solide Liquide VapeurCORPS PUR Sous Trois Phases : Solide - Liquide - Vapeur
EQUILIBRE LIQUIDE VAPEUR
InterfaceInterface
sans épaisseur, Piston mobile
Sans masse
h i id
sans masseSans masse
Thermostat
extérieur
Liquide
et vapeur àextérieur
p0 , T0
et vapeur à
p0 , T0
0
SiA l’interface :
PROCHE EQUILIBRE
A l’interface :
Production d’entropie
VVL
i MT
ggS
0
Cause Effet
CHANGEMENT DE PHASE – CORPS PUR
Extension aux cas des : Gouttes - Bulles
ff d l i fi i llEffet de la tension superficielle :
pp 2
Rpp VG Si
CHANGEMENT DE PHASE : MELANGES BINAIRES
EXEMPLE : AIR – VAPEUR D’EAU
Condensation ou vaporisation selon la valeur des potentiels thermodynamiques de l’eau dans les phases vapeur et liquidethermodynamiques de l eau dans les phases vapeur et liquide
CHANGEMENT DE PHASE : AIR – VAPEUR D’EAU
Ai (V ) 1 V d’E 2VV
EauLEau MggS
p0 T0
Air (Vapeur) 1 Vapeur d’Eau 2 EauEauEau
i MT
ggS
p0
Air (Vapeur) : 1
T0
)T()T(M VVLV
0
EQUILIBRE :
+
Vapeur d’Eau : 2
)p,T(g)p,T(g,M VEau
VEau
LEauEau 0
PROCHE EQUILIBRE :p
)p,T(g)p,T(gLM VEau
VEau
LEau
V
Eau
Q
Eau Liquide : 2
E Li id 2Eau Liquide 2
II. Air humide
H idi é b lVEauMd- Humidité absolue :Air
Eau
Md
M V
AirAirVEau MMMM Si
MMd
VEau
- Humidité relative ou degré hygrométrique : SVE
VEau
MM
SatEauM
= 0 Air sec ; = 100 Condensation
Diagramme de Mollier pour l’air humide
Besoin en conditionnement d’air Confort personnel
L’humidité relative de l’air ambiant modifie l’évaporation du corps et joue sur le f idirefroidissement :
Un taux d’humidité ambiant trop faible va accroître le refroidissement et augmenter la sensation de froidaugmenter la sensation de froid
Un taux d’humidité ambiant important limitera le refroidissement et augmentera la sensation de chaleur
Confort : 35 et 65% ; T 18°C et 24°C
C t ôl d t d’h idité d l h bit ti Contrôle du taux d’humidité dans les habitations- Humidification ou déshumidification des appartements
Hiver: Taux d’humidité < 25%, respiration difficile (enfants), dessèchement de la peau, irritation des muqueuses, lèvres, etc.
C t ôl d t d l’h idité d l é ( ti d h i- Contrôle du taux de l’humidité dans les musées (conservation des parchemins, manuscrits, objets en bois etc.)
B i i d t i l Besoins industriels
- Dessiccation d’air dans les moteurs
- Dispositifs d’alimentation d’air comprimé
- Pièces de sécurité des véhicules (freinage)
- Climatisations industrielles- Climatisations industrielles
- Contrôle de l’humidité dans le domaine des produits agroalimentaires
Humidificateurs d’air ambiant
Déshumidificateurs d’air ambiantDéshumidificateurs d air ambiant
Dessiccateurs d’air
Climatiseurs
MoyensClimatiseurs
III. OSMOSE
Osmose directe – Osmose inverse
BESOIN EN EAU POTABLE
Applications
IV. PRODUCTION DU FROIDIV. PRODUCTION DU FROID
(Sans Changement de Phase)
Fluides Frigorifiques
(A Ch t d h )(Avec Changement de phase)
Réfrigérateurs Thermoacoustiques
- Type ondes stationnairesType ondes stationnaires
- Type ondes progressives
V COMBUSTIONV. COMBUSTION
Thermodynamique des systèmes réactifs :
Equilibre – Proche équilibre - Hors équilibre
Moteur à combustion interne
Exemple de processus réactifs :
- Ionisation de l’argon :
Propriétés des ergols alternatifs pour la combustion interne
eAreeAr
- Propriétés des ergols alternatifs pour la combustion interne
VI. HYDROGENE
Propriétés de l’hydrogène (physiques, chimiques)
Production d’hydrogène Production d hydrogène
Thermochimie : Equilibre - Cinétique chimique
E ilib d’i i i d l’H d è Equilibre d’ionisation de l’Hydrogène :
1 eHH 22
1
Equilibre de dissociation de l’Hydrogène :
HH 22
Procédés de fabrication d’hydrogène
Méthane
95% de la production d’hydrogène est obtenue par action de l’eau surchauffée sur du méthane
Gazéification du charbon
Electrolyse de l’eau
Electrodes en composés inertes (généralement du platine) + ddp 6 V
OHHeOH 222 22
Procédé de fabrication d’hydrogène par osmose inverse
Autres gazMélange de gaz
Palladium ou Alliages (Pd-Ag, Pd-Cu)
H2
g gà purifier
(Membrane Métallique Composite)
Diffusion de l’hydrogène importante dans la plage de température 300-700°C
Obt ti d l’h d è T è pur 99 99999%
- L’hydrogène moléculaire contenu dans un mélange est absorbé à la surface du palladium.
Obtention de l’hydrogène Très pur 99,99999%
- Il est ensuite décomposé par le palladium par catalyse en hydrogène atomique qui peutalors traverser la membrane.
- L’hydrogène atomique se recombine en hydrogène moléculaire en ressortant de laL hydrogène atomique se recombine en hydrogène moléculaire en ressortant de lamembrane.
Piles à combustible
Pile à combustible = convertisseur électrochimique d’énergie
Les piles à combustible fonctionnent en combinant l’hydrogène et l’oxygène via un catalyseur qui convertit l’énergie chimique en électricité pour alimenter un moteur électrique.moteur électrique.
Les véhicules fonctionnant avec les piles à combustible ont un taux de gaz d’échappement zéro :
Seuls produits dérivés de la réaction entre le H2 et le O2 sont l’eau et la chaleur.
Le moteur Vulcain 2 sur Ariane 5 ECA
CNES/Esa/Arianespace