BTS FEE 2006 THERMODYNAMIQUE - Sciences physiques en BTS

Épreuve du BTS FEE 2006 THERMODYNAMIQUE (8 pts) : Étude d'une machine frigorifique Celle-ci comprend principalement quatre éléments :
( Un compresseur (C)
( Un condenseur
( Un détendeur (D)
( Un évaporateur
[pic]
Le cycle est supposé réversible. Le fluide frigorigène utilisé est
l'ammoniac (R 717). Il est considéré comme un gaz parfait à l'état gazeux. Données :
( [pic]
( Relations de Laplace pour un gaz parfait lors d'une transformation
adiabatique :
[pic] [pic] [pic]
( Capacité thermique massique moyenne de l'ammoniac gazeux, à pression
constante, entre les températures [pic] et [pic] : [pic]
( Chaleur latente de vaporisation de l'ammoniac à [pic] : [pic] Description du cycle :
Le fluide sort de l'évaporateur sous forme de vapeur saturante sèche à
l'état 1 : pression [pic], température [pic].
Il subit dans le compresseur, une compression adiabatique réversible qui
l'amène à l'état 2 : pression [pic], température [pic].
La vapeur subit dans le condenseur une transformation à pression
constante : refroidissement jusqu'à la température, puis liquéfaction
totale à cette température (état 3).
Le liquide passe dans le détendeur et y subit une détente isenthalpique qui
le ramène à la pression initiale [pic] et à la température [pic] (état 4).
La vaporisation du liquide restant se termine dans l'évaporateur pour un
retour à l'état 1. Questions :
1° question : Calculer la température [pic] en fin de compression.
2° question : Montrer que, dans le condenseur, la quantité de chaleur
échangée par kilogramme de fluide est égale à [pic]. Indiquer si la
température du corps extérieur échangeant de la chaleur avec le fluide
frigorigène est inférieure, égale ou supérieure à [pic].
3° question : La quantité de chaleur échangée par kilogramme de fluide au
niveau de l'évaporateur est [pic]. Indiquer précisément dans quel sens a
lieu l'échange de chaleur, et si la température du corps extérieur,
échangeant de la chaleur avec le fluide frigorigène est inférieure, égale
ou supérieure à [pic].
4° question : A l'aide du premier principe de la thermodynamique, calculer
le travail W échangé par kilogramme de fluide avec le milieu extérieur au
cours du cycle.
5° question : Définir l'efficacité ou coefficient de performance de cette
machine frigorifique.
6° question : Le cycle est représenté soit dans un diagramme enthalpique
(figure 1), soit dans un diagramme entropique (figure 2).
a) Placer sur les deux diagrammes les états 1, 2, 3 et 4 des états du
fluide.
b) A partir du diagramme approprié (figure 1), calculer les valeurs des
quantités de chaleur [pic], [pic] et du travail W échangé.
Document-réponse à rendre avec la copie
Attention : les graphes des figures 1 et 2 ne sont pas à l'échelle. On n'a
fait figurer que des repères indiquant les coordonnées des points.
-----------------------
h ( kJ / kg ) 1925 1750 645 2,9 10,0 P (bar) 1,7 T 1 T 1 s ( kJ . K - 1 / kg - 1 ) 6,6 2,4 T 3 T (K) Figure 1 Figure 2