• Document: Différents diagrammes pour représenter les cycles thermodynamiques
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Différents diagrammes pour représenter les cycles thermodynamiques Diagramme de Clapeyron (ou diagramme P-v) P : Pression V : Volume Diagramme entropique (ou diagramme T-S) T : Température S : Entropie Transformation isotherme > qui se réalise à température constante. Transformation isochore > qui se réalise à volume constant. Transformation isobare > qui se réalise à pression constante. Transformation isentropique ou > qui se réalise à entropie constante ou Transformation adiabatique > sans échange de chaleur avec le milieu extérieur. Sources pour l’ensemble du document : http://www.oamp.fr/people/buat/poly3web.pdf http://www.sciences.univ-nantes.fr/sites/genevieve_tulloue/Thermo/Machines/Index_Machines.html Cycles moteurs usuels Moteurs à fonctionnement séquentiel Le fluide est l’air, l’atmosphère est la source froide. Plus la différence de température entre le fluide et l’extérieur est grande, meilleur est le rendement. Pratiquement on va brûler directement le carburant dans le fluide à l’intérieur du cylindre moteur. Le système obtenu sera léger car il ne contient pas de sources de chaleur, c’est ce qui a permis l’essor de l’automobile et de l’avion. On utilise des produits pétrolier comme carburant : essence, gas-oil parfois gaz. Dans la réalité on n’utilise pas le cycle de Carnot car il nécessiterait une pression trop importante pour la température haute (point A sur le diagramme), les moteurs usuels ne permettent pas une telle compression. On préfère donc modifier le cycle et on enlève les deux transformations isothermes AB et CD qu’on remplace par : - deux isochores et on obtient le moteur à essence A1 B C1 D - une isobare et une isochore et c’est le moteur Diesel A2 B C1 D Ces systèmes sont en fait des systèmes ouverts avec combustion interne. Leur évolution est irréversible. On idéalise cependant le moteur par un modèle de cycle fermé à air. C’est surtout la méthode de combustion qui distingue les moteurs. 1/6 Le cycle à volume constant ou cycle de Beau de Rochas C’est le cycle du moteur à essence A1 B C1 D du diagramme précédent plus une phase d’admission, on reprend donc le diagramme (2 adiabatiques, 2 isochores, plus admission et échappement isobares) : Cas théorique idéal Le cycle réel Phase 0-1 ou 1er temps : c’est la phase d’admission de l’air, la soupape d’admission s’ouvre, un peu de combustible (essence vaporisée) est aussi aspirée. A la fin de cette phase, la soupape d’admission se ferme et on travaille avec l’air enfermé à la température T1. Phase 1-2 ou 2ème temps : Le piston remonte et le gaz est comprimé, la phase est rapide et comme les échanges thermiques sont lents, la transformation est adiabatique (cas idéal), on la suppose en général aussi quasi-statique et donc isentropique Phase 2-3 : explosion, à cet instant une étincelle provoque l’explosion du mélange, il y a accroissement de la pression par l’explosion, à volume constant car le piston n’a pas le temps de réagir (cas idéal) Phase 3-4 ou 3ème temps : détente et effet moteur, l’air chauffé se détend en repoussant le piston et en fournissant un travail, on l’idéalise par une transformation isentropique Phase 4-1 ou 4ème temps : la soupape d’échappement s’ouvre, la pression interne retombe instantanément à la pression atmosphérique (donc à volume constant), puis le piston remonte en repoussant l’air restant (retour à 0) L’aire du cycle (calculée avec le sens de parcours du cycle) correspond au travail effectivement fourni par le moteur. 2/6 Le cycle avec isochore et isobare : le moteur Diesel L’objectif était d’améliorer le rendement du cycle de Beau de Rochas par une augmentation du rapport volumétrique. La solution consistait à ne comprimer que l’air dans la phase de compression suivie d’une injection du combustible dans l’air suffisamment chaud pour que le mélange s’enflamme spontanément. C’est le cycle A2 B C1 D dans le premier diagramme (2 adiabatiques, 1 isochore, 1 isobare, plus admission et échappement isobares). 1er temps : admission d’air par l’ouverture de la soupape d’admission et la descente du piston. 0-1 aspiration de l’air (o

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