Calculs sur le cycle de l'air comprimé pour une motorisation

[chatelot16]

en quelle langue faut il te le dire ...

tu calcul avec tes chiffres que ta detente isotherme fais 2.3fois plus que ta detente adiabatique : c'est bien possible

mais il est faux de dire que la detente adiabatique a un rendement utile de 100%

la detente adiabatique utilise une partie de l'energie de l'air comprimé pour faire de l'energie mecanique et un autre partie pour faire du froid

faire du froid c'est absorber de la chaleur , mais ca consome de l'energie puisque qu' l'on fait remonter cette quantité de chaleur du froid du moteur au chaud du compresseur

meme si compresseur et moteur a air sont 2 machine separé , il n'y a que les 2 ensemble qui font un vrai cycle thermodynamique

[bernardd]

en quelle langue faut il te le dire ...

Le plus simple, c'est en français précis, avec des définitions claires... et respectées.

mais il est faux de dire que la detente adiabatique a un rendement utile de 100%

Tout à fait d'accord, et je ne dirais jamais cela : l'expression "rendement utile" ne veut en effet rien dire selon les définitions que je connais. En physique, je ne connais que "efficacité énergétique", d'une part, "rendement" d'autre part, synonyme d'"efficacité thermodynamique". J'ai déjà précisé les termes que j'utilise au débit de ce sujet.

la detente adiabatique utilise une partie de l'energie de l'air comprimé pour faire de l'energie mecanique et un autre partie pour faire du froid. faire du froid c'est absorber de la chaleur ,

Si "faire du froid" dans ton vocabulaire, c'est "absorber de la chaleur", alors une détente adiabatique réversible ne fait pas de froid selon ta définition, puisque par définition de "adiabatique", elle n'absorbe aucune chaleur ni ne fait sortir aucune chaleur.

On observe seulement une baisse de température du gaz à l'intérieur du système, baisse de température simultanée avec une baisse de pression.

Et c'est bien normal, puisque le travail mécanique fourni correspond à une baisse de l'énergie moyenne des atomes et molécules de gaz, dont le mouvement moyen diminue, ce qu'on appelle la température, et dont les chocs résultants sur les parois baissent en rapport, ce que l'on appelle la pression.

Puisque par définition il n'y a eu aucun échange d'énergie thermique, aussi appelée "chaleur" en français courant, et que la détente est réversible, on a bien eu une transformation à 100% de l'énergie disponible des atomes/molécules en travail mécanique global.

Et comme c'est réversible, on peut repartir dans l'autre sens sans ajouter ni retrancher aucune énergie thermique, ie aucune chaleur.

Cette détente adiabatique réversible ne fait pas de froid, parce que par définition, il n'y a aucune absorption de chaleur : observer une baisse de température, c'est différent d'observer un transfert de chaleur.

Dans une détente adiabatique réversible, le système observé est fermé et complètement étanche à tout échange : l'air détendu n'est pas relâché, mais enfermé dans un réservoir étanche à pression constante, qui n'existe pas et qui ne peut pas exister, car il s'agit d'une expérience idéale.

Je sais, la thermodynamique n'est pas intuitive, surtout mélangée avec le vocabulaire courant...

[chatelot16]

l'adiabatique n'echange aucune chaleur pendant la detente : mais l'air detendu et froid fini bien par sortir du moteur : ca fait bien du froid

c'est donc bien pour ca que dire adiabatique = pas d'echange de chaleur donc toute l'energie de l'air comprimé fini en energie mecanique est faux

inverssement l'isotherme , qui echange le maximum de chaleur pendant la detente n'echange pas de chaleur par l'entré et la sortie de l'air , puisque que l'entré et la sortie sont a temperature ambiante

[bernardd]

l'adiabatique n'echange aucune chaleur pendant la detente : mais l'air detendu et froid fini bien par sortir du moteur : ca fait bien du froid

L'air sort du moteur mais pas du système étudié : la notion de définition du système étudié est essentielle.

Si l'air sortait et se mélangeait à d'autre air, ce serait un échange, et en outre ce ne serait plus réversible, car comme tu le sais un mélange n'est pas réversible.

Dans une détente adiabatique réversible, l'air ne sort pas plus du système étudié que n'importe quoi d'autre, y compris chaleur : rien ne sort, rien ne rentre, le système est isolé.

[chatelot16]

coment tu fait pour que l'air detendu ne sorte pas ?????

bien sur que l'air detendu et froid doit sortir

si cet air froid etait directement donné a un compresseur , le compresseur adiabatique le rechaufferai a la temperature ambiante

on pourait imaginer une transmission a air comprimé avec compresseur et moteur adiabatique , dont le rendement theorique maximum serait 100%

[bernardd]

coment tu fait pour que l'air detendu ne sorte pas ?????

Mais la détente adiabatique réversible, comme la détente isotherme réversible, sont des expériences idéales, faites en pensée, comme les expériences de pensée d'Einstein.

Elles servent de référence, parce qu'elles montrent les mécanismes de base à l'oeuvre.

Et c'est pour cela que la détente adiabatique réversible peut avoir une "efficacité énergétique" de 100% : c'est la référence.

De même que le cycle de Carnot est la référence des moteurs thermiques.

Et c'est pour comparer expérience idéale et expérience réelle que la notion de "rendement thermodynamique", aussi appelée "efficacité thermodynamique", a été introduite : elle compare une "efficacité énergétique" réelle, mesurée sur une expérience réelle, par rapport à une "efficacité énergétique" théorique de référence.

on pourait imaginer une transmission a air comprimé avec compresseur et moteur adiabatique , dont le rendement theorique maximum serait 100%

Tout à fait, c'est bien la signification du mot "réversible" dans "détente adiabatique réversible" : on a 100% d'efficacité énergétique dans chaque sens, et le cycle est par conséquent aussi à 100%.

[chatelot16]

le compresseur et le moteur adiabatique feront 100% quand il sont branch" l'un sur lautre avec des tuyaux parfaitement isolé

si tu met l'air comprimé dans un reservoir qui se refroidi ou si tu lache l'echapement froid dans l'air ambiant le rendement utile est bien plus faible : le considerer par principe comme 100% est une erreur

[bernardd]

le compresseur et le moteur adiabatique feront 100% quand il sont branch" l'un sur lautre avec des tuyaux parfaitement isolé

Pas dans la réalité, on sera toujours à moins avec des gaz réels.

si tu met l'air comprimé dans un reservoir qui se refroidi ou si tu lache l'echapement froid dans l'air ambiant le rendement utile est bien plus faible : le considerer par principe comme 100% est une erreur

D'où l'importance de travailler le plus possible en isotherme.

Et de partir des bonnes températures : ce serait la meilleure solution pour la compression, baisser la température avant la compression.

[Remundo]

Pour finir sur la phase de décompression, j'ai pris l'exemple d'un réservoir de 230l (0,23m3) à 350bar, qui correspond à la petite voiture MDI en construction.

1. Réservoir de 230l (0,23m3) à 350bar
2. Selon VanDerWaals : 2853 moles d'air soit 79,9kg
3. On prend la pression de sortie du moteur à 1 bar
4. Travail adiabatique réversible (5/2 nRT) de 350 à 1 bar : 4,8KWh
5. Travail isotherme réversible (nRTln(Vf/Vi)) de 350 à 1 bar : 11KWh dont 4,8KWh d'énergie mécanique en provenance du réservoir et 9,7 - 4,8 = 6,2KWh de chaleur absorbée depuis l'atmosphère
7. Efficacité énergétique théorique maximale de 350 à 1 bar (TravailSortieMaximalThéorique/EnergieRéservoir) : 11/4,8=230%

Pour résumer, un petit diagramme (P,V) où le travail est représenté par la surface sous la courbe :



Je reviendrais plus tard sur la phase de compression, mais j'ai déjà fait un diagramme :

Salut Bernard,

Tes diagrammes sont intéressants, et un forumer a soulevé une question cruciale...

pour pouvoir faire l'isotherme "chaude" avec l'atmosphère, il faut aller très bas dans les températures avant de comprimer et arriver à cette isotherme chaude.

Et ce type de froid intense (facilement -50°C) n'existe pas à l'état naturel sur terre.

Habituellement, les deltaT sont déplacés vers le haut, l'atmosphère étant la source froide et un hydrocarbure la chaude coûtante.

En fait dans ton moteur, Bernard, il me semble bien que la grandeur coûtante n'est plus la chaleur mais le froid... Dans la mesure où les calories de l'atmosphère sont à disposition, mais pas les frigories nécessaires dans le bas de ton cycle.

Enfin voilà une question ouverte

P.S. : désolé d'arriver à l'improviste, mais en ce moment, je ne suis pas trop sur le net.

[bernardd]

Tes diagrammes sont intéressants, et un forumer a soulevé une question cruciale...

pour pouvoir faire l'isotherme "chaude" avec l'atmosphère, il faut aller très bas dans les températures avant de comprimer et arriver à cette isotherme chaude.

J'ai dû rater cette intervention, vraiment désolé : où est-elle ?

Le terme "isotherme chaude" est un peu exagéré : il désigne bien l'isotherme à Tatm, pour "Température atmosphérique" ? C'est effectivement la "source chaude" par rapport à l'analogie d'un cycle de Carnot. Mais un meilleur nom serait "isotherme ambiante", car son avantage est justement de ne pas être plus chaude que l'atmosphère, pour utiliser directement son énergie disponible à bas potentiel de température.

Et ce type de froid intense (facilement -50°C) n'existe pas à l'état naturel sur terre.

Il n'est pas disponible partout mais il existe sans problème. Les véhicules et pneus sont souvent testés dans le grand froid, par des campagnes d'essais dans le nord (pas chez les chtis, hein, dans le vrai nord :-) ).

Par contre, des sources naturelles de forte pression existent partout. Une bonne canalisation d'eau en montagne donne naturellement une très forte pression.

Et une pierre suspendue à un ballon d'air, produit de l'air à 350bar quand elle descend à 3500m sous la mer :-)

Habituellement, les deltaT sont déplacés vers le haut, l'atmosphère étant la source froide et un hydrocarbure la chaude coûtante.

En fait dans ton moteur, Bernard, il me semble bien que la grandeur coûtante n'est plus la chaleur mais le froid... Dans la mesure où les calories de l'atmosphère sont à disposition, mais pas les frigories nécessaires dans le bas de ton cycle.

Note : ce n'est pas mon moteur :-)

C'est exactement ce que j'essaye d'expliquer, merci de le résumer aussi bien !

Et le froid peut être obtenu avec des efficacités >1 dans les bonnes conditions : il y a tout un espace de recherche technologique, car la théorie montre qu'il y a un terrain riche, mais inexploré.

On obtient un gain sur l'énergie de compression, tant que l'énergie gagnée sur la compression mécanique "refroidie" est supérieure à l'énergie dépensée pour faire le froid nécessaire.

L'extrême est de ne plus avoir besoin de compression mécanique du tout si on peut refroidir jusqu'à liquéfaction.

Mais je ne sais pas où est l'optimum technologique.