INGENIERIE APPLIQUEE ET ENERGETIQUE

LA3MJS6 - 2013-2014

hiFathi JEBALI JERBI

Fathi.Jebali_Jerbi@upmc.fr ou Fathi.Jebali@limsi.fr

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