Rendement et applications

          3/ Rendements et applications

               

          A) Rendements

                                  1°/ Définitions

              Définition du rendement :

  • au sens physique : rapport entre efficacité énergétique réelle d'une machine thermique et son efficacité théorique maximale.
  • au sens électrique : rapport entre la puissance consommée ( ou énergie ) et la puissance ( ou énergie ) fournie
  • au sens mécanique : le rendement d'un moteur thermique est donné par le rapport entre l'énergie que l'on peut récupérer durant la rotation du moteur et l'énergie ( chaleur ) fournie au moteur.

                      

                                  2°/ Expressions pour calculer

     Le rendement utilisé du moteur Stirling se calcule en effectuant le rapport entre l'énergie cédée par le système durant la rotation et la chaleur fournie au moteur lors du chauffage isochore.

        Le rendement utilisé se calcule donc de la façon suivante :

                  ηutilisé = ωrécupéré / Qdonnée

         

            Où :

- ηutilisé est le rendement utilisé

Qdonnée est la chaleur fournie au système lors du chauffage

isochore

- ωrécupéré est le travail ( ou énergie ) perdu par le

système         

            

        Pour ses études théoriques de la thermodynamique, Carnot suppose qu'il existe une machine parfaite dont les énergies gagnées et perdues par le système sont égales ( il n'y a donc aucun frottement ). Il déduit de cette supposition que le rendement d'un tel moteur est égal au quotient de la différence de  température entre la source chaude et la source froide par la température de la source chaude. Le moteur Stirling est un des seuls systèmes dont le rendement puisse se calculer de cette manière :           

      

       η = ( Tc - Tf ) / Tc

       η = Tc/Tc - Tf/Tc

       η = 1 - Tf/Tc

         

        Où : 

- η = rendement

- Tc = source chaude

- Tf = source froide

            

      Exemple :  Soit l'air à une température de 20°C ( 273+20=293°K ) la source froide et une bougie d'une tempéraure de 500°C ( 500+273=773°K ) la source chaude.

      Le rendement du moteur Stirling est alors de :

        η = 1 - 293/773

        η = 0.63 = 63% 

 

                 B) Utilisations

     

           Le moteur Stirling est utilisé et exploité de différentes manières en fonction du secteur dans lequel on l'utilise :

            - recherche et monde universitaire :

          Etudes théoriques et travaux pratiques. Cela va servir à connaître exactement son fonctionnement, à augmenter son rendement et donc le rendre compétitif, à "modéliser" le fonctionnement du moteur ( équations entre échanges de chaleurs et écoulements de fluides ). Ceci sert aussi à faire la promotion du moteur Stirling et donc à favoriser son introduction.

            - usages militaires : Le Gotland

          Dans les sous-marins : production d'électricité auxiliaire pour les fonctions vitales du batiment. Le moteur présente de nombreux avantages pour une utilisation dans des submersibles. Son fonctionnement silencieux ainsi que l'absence de consommation d'oxygène sont ses atouts majeurs.

          Il est aussi utilisé dans les corvettes ou les bateaux de détection de mines ou de surveillance accoustique.

            - domaine spatial :

          Il sert à produire l'énergie des satellites. Dans le domaine spatial, on peut constater des rendements très élevés dus aux grandes différences de températures que l'on peut trouver dans l'espace.

           

            - applications solaires :

          Production d'électricité sans combustible ( parabole réfléchissante )

            - monde industriel et cryogénie :

          Production de froid de façon industrielle. Une pompe à chaleur est utilisée afin de restituer une source chaude à partir d'une source froide.

            - domestiques :

          Fourniture d'électricité et de chauffage des habitations. On peut choisir le combustible de son choix pour faire sa propre électricité et son propre chauffage.

             - loisirs :

          Fabrication de modèles réduits à propulsion par l'usage d'un moteur Stirling.

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