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DEVOIR FINAL Eté 2020 (A remettre à la rentrée universitaire) Module : Introduc

DEVOIR FINAL Eté 2020 (A remettre à la rentrée universitaire) Module : Introduction à la combustion et à la cryogénie (M1 : Master DFE) Exercice 1 1.A l’aide du diagramme de l’air humide, compléter le tableau suivant : Caractéristiques Point Température sec (ºC) Température humide (ºC) Température de rosée (ºC) Humidité relative (%) Point A 40 25 Point B 25 24 Point C 19,3 70 Point D 10 40 Point E 24 20 2.Quelles sont les principales causes d’une réaction de combustion incomplètes ? 3.Une combustion complète équivaut-elle à une combustion théorique ? Si ce n’est pas le cas, quelles sont les différences ? 4.Un combustible est brûlé avec : a- 130% d’air théorique b- 70% d’air en excès Dans quelle réaction de combustion y-a-t-il plus d’air ? Justifiez. Exercice 2 Soit un réservoir indéformable qui contient un mélange de 1 kmol de benzène gazeux C6H6 et de 30% d’air en excès à 1 atm et à 25°C. Le mélange est allumé, et tout l’hydrogène dans le combustible est brulé en H2O. Cependant, 92% du carbone est brûlé en CO2 alors que le reste forme du monoxyde de carbone CO. La température finale dans le réservoir est de 1000 K. Déterminez : 1- La pression finale dans le réservoir 2- La quantité de chaleur par kg de benzène, transmise de la chambre de combustion durant l’évolution. Données : Substance KJ/Kmol 298 (kJ/kmol) 1000K KJ/Kmol C6H6 82930 O2 0 8682 31389 CO2 -393520 9364 42769 H2O -241820 9904 35882 CO -110530 8669 30355 N2 0 8669 30129 Exercice 3 Soit l’équation de décomposition suivante : N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) Laquelle des modifications suivantes fait diminuer la valeur de la constante d’équilibre (Justifier votre réponse) :  Diminuer la pression  Augmenter la température  Diminuer la concentration du diazote Exercice 4 On souhaite étudier une machine en cascade à deux cellules, de puissance frigorifique 100kW (Figure ci-contre):  la cellule Basse Température fonctionnant au CO2 entre Tévap=- 40°C et Tcond= 0°C  la cellule Haute Température fonctionnant au R134a, avec Tcond = +35°C  l'écart entre les températures saturantes dans l'évapo- condenseur est de 10K.  les compressions sont isentropiques  tous les sous-refroidissements et surchauffes sont nuls. 1- Calculez le débit massique ̇ CO2, nécessaire pour fournir la puissance frigorifique de 100 kW. 2- Calculez le débit massique ̇ R134a du réfrigérant dans la boucle supérieure. 3- Calculez la puissance consommée par les compresseurs. 4- Calculez le coefficient de performance de la machine. Données : h1=435.3 kJ/kg ; h2=447.4 kJ/kg ; h3=200 kJ/kg ; h5=404.3 kJ/kg ; h6=417.2 kJ/kg ; h8=249 kJ/kg Exercice 5 Le schéma simplifié du procédé Linde, représentée ci-dessous, est utilisée pour obtenir du diazote liquide à partir de diazote initialement gazeux. Le diazote gazeux entre dans le compresseur dans l’état A caractérisé par pA=1bar et TA = 290 K. Il y subit une compression isotherme qui l’amène à la pression pB=200 bars. Un premier refroidissement, effectué grâce à une machine frigorifique M, l’amène à une température TC = 220 K, sans changement de pression. Il est ensuite encore refroidi à pression constante dans un échangeur de chaleur E par le gaz recyclé jusqu’à la température TD = 158 K. Puis il est détendu isenthalpiquement jusqu’à la pression atmosphérique pA = 1 bar dans le détendeur (point E où TE = 77 K). Le diazote liquide est extrait du séparateur S (point L) et la vapeur saturée sèche (point V) est utilisée pour refroidir le diazote dans l’échangeur. On note : y = (1 - x) la masse de diazote liquide obtenue pour 1 kg de diazote comprimé. On suppose que tous les circuits sont parfaitement calorifugés et on néglige les variations d’énergie cinétique et potentielle. 1) Etude de la compression isotherme et réversible a- Calculer la quantité de chaleur QAB échangée au cours de la compression isotherme et réversible de 1 kg de diazote. b- Déterminer le travail WABthéorique reçu par l’unité de masse du diazote traverssant le compresseur si on admet que la compression s’effectue de façon isotherme et réversible, et que le diazote est assimilé à un gaz parfait. c- Comparer QAB et WABthéorique. Que constate-t-on ? D’où peut provenir la différence ? Que choisir pour WAB ? 2) Etude de la machine frigorifique La machine frigorifique enlève, à pression constante, une quantité de chaleur QBC au diazote, alors qu’elle fournit un travail WBC. Sachant que le coefficient d’efficacité de la machine frigorifique est : e = 3 : a- Calculer la quantité de chaleur QBC. b- Calculer le travail WBC dépensé par la machine frigorifique. 3) Détermination du titre x de la vapeur a- Donner la relation entre x et les entropies SE, SV, et SL. b- En déduire x 4) Bilan a- Calculer l’énergie dépensée pour produire 1 kg de diazote liquide b- En déduire la puissance de l’installation si l’on désire obtenir 10 kg de diazote liquide par heure. Données  Les données concernant les différents stades du diazote sont fournies par le tableau ci-dessous où P est en bar, T en K, h en kJ.kg-1, et s en kJ.kg-1.K-1. Etat A B C D E L V P 1 200 200 200 1 1 1 T 290 290 220 158 77 77 77 h 451 420 315 200 200 35 228 s 4.47 2.68 2.5 1.85 2.6 0.42 3  Masse molaire du diazote : M = 28 10-3 kg.mol-1  Constante des gaz parfaits : R = 8.31 J.K-1.mol-1 uploads/Industriel/ devoir-final 2 .pdf