MECA 1855 Thermodynamique et Energ´ etique S´eance 9 - Les vapeurs
Exercice 1 - En syst`eme ferm´e
Le ballon d’eau (suppos´e ind´eformable) d’une chaudi`ere contient initialement 7m3 d’eau `a l’´etat liquide satur´e en contact avec 3m3 de vapeur satur´ee s`eche `a la pression de 2bar. Par la combustion du fuel dans la chaudi`ere, un flux thermique est fourni `a l’eau pendant 90 minutes. A l’issue de cette p´eriode, une pression de 20bar est mesur´ee. Pen- dant l’op´eration de chauffe, suppos´ee r´eversible, les robinets et les vannes plac´ees sur les conduites d’acc`es et de sortie du ballon sont ferm´es.
On demande :
1. de d´eterminer les caract´eristiques (p, t, u, h, s, v, x) de l’´etat initial et de l’´etat final, 2. de calculer la puissance fournie `a l’eau
3. de repr´esenter l’´evolution dans un diagramme (T,s).
Exercice 2 - En syst`eme ouvert
Dans une centrale thermique, une chaudi`ere fournit de la vapeur d’eau surchauff´ee.
L’eau liquide d’´etat 1 `a l’entr´ee de la chaudi`ere a pour caract´eristiques t1 = 230oC et p1 = 80bar. A la sortie de la chaudi`ere, la vapeur surchauff´ee d’´etat 2 a pour caract´eris- tiques t2 = 535oC etp2 = 80bar. La d´ebit d’eau s’´el`eve `a 280t/h.
On demande :
1. de d´eterminer les caract´eristiques (p, t, v, h, s) aux ´etats 1 et 2, 2. de calculer la puissance calorifique fournie `a l’eau
3. de repr´esenter l’´evolution dans un diagramme (T,s).
Exercice 3
Un r´ecipient cylindrique ind´eformable d’une hauteur de 0,8m et de 0,15m de dia- m`etre contient de l’anhydride carboniqueCO2 `a un ´etat 1 caract´eris´e par une temp´erature t1 = 30oC et un titre x1 = 0,3. Apr`es extraction d’une masse de 3kg, le contenu du r´ecipient, `a l’´etat 2, se met en ´equilibre thermique avec l’ambiance dont la temp´erature vaut 10oC.
On demande :
1. de repr´esenter l’´evolution dans un diagramme (t, s) qualitatif, 2. de d´eterminer les caract´eristiques (p, t, v, h, x, s) aux deux ´etats, 3. de calculer la masse deCO2 restant dans le r´ecipient.
Exercice 4
Une bonbonne cylindrique ind´eformable, de 0,5mde hauteur et de 0,3mde diam`etre, reposant sur sa base circulaire, contient duR22 `a l’´etat 1 caract´eris´e par une temp´erature t1 = 15oC. Le R22 `a l’´etat vapeur occupe 95% du volume de la bonbonne en ´equilibre thermique avec son liquide satur´e. Elle est soumise au rayonnement solaire rasant pendant 1 heure avec une densit´e de flux thermique (en ´eclairement ´energ´etique) de 0,6kW/m2 (il convient d’utiliser la surface ad´equate de la bonbonne puisqu’il s’agit d’un flux rayonn´e).
L’´etat final duR22 est appel´e 2.
On demande :
1. de repr´esenter l’´evolution dans un diagramme (t, s) qualitatif, 2. de d´eterminer les caract´eristiques (p, t, v, h, x, u) aux ´etats 1 et 2.
Exercice 5
Un groupe d’alpinistes r´ealise l’ascension du Mont-Blanc (4810 m d’altitude). Arriv´es au sommet, ils d´ecident de se sustenter et de se faire cuire des pˆates. La pression atmo- sph´erique diminuant lorsque l’altitude augmente, on demande :
0) d’estimer (sans calculs) si le temps de cuisson n´ecessaire sera sup´erieur ou inf´erieur au temps indiqu´e sur le paquet.
1) d’´ecrire la loi d’´evolution de la pression en fonction de l’altitude.
2) de pr´edire la temp´erature d’´evaporation de l’eau au dessus du Mont-Blanc.
