Moteur stirling avec échangeur thermique

[maxoouu]

Bonjour à tous.

Une question me turlupine : Est-il possible de mettre une sorte d'échangeur thermique proche d'un moteur Stirling pour récupérer les pertes joules afin d'améliorer son rendement.

Je vous explique : j'aimerais créer un système avec une PAC et un moteur Stirling couplé à une génératrice. D'âpres les rendements théorique (COP et rendement de Carnot pour le moteur), j'arrive a la conclusion qu'il faut surchauffer léger mènent l'air qui entre dans la PAC pour produire plus d'électricité que j'en utilise pour faire fonctionner ma PAC.
Pensez vous qu'en surchauffant l'air grâce aux pertes récupérer sera suffisant ?

Je m'expliuqe plus précisement. Ce n'est en aucun cas un systéme avec un rendement supérieur a 1 ! Imaginons que le rendement de mon moteur stirling a un rendement de 30 %, le générateur a de 90% et que ma PAC a un COP de 7. J'envoie 100W dans ma PAC, ce qui me donne 700W a la sortie. A la sortie du M. striling, on a donc 180 W, et a la sortie du gene plus que 162W. Ce qui m'améne a dire qu'on a 162W a la fin d'éléctricité, pour en avoir donner que 100 au début. On a une difference de 62W grace au COP de la PAC.

Bien sure, c'est théorique, j'aimerais savoir si ce systéme est envisageable. En ajoutant notament une recuperation d'énergie au moteur stirling ?

Merci d'avance,
1000 bisous
-----

[phys4]

Bonjour,
Les moteurs Stirling sont bien connus pour leur rendement médiocre (sauf pour les vendeurs), les 30% de rendement que vous citez sont à prendre par rapport au rendement thermodynamique max
donc 30% de (T_M - T_m)/T_M avec les températures chaude T_M et froide T_m
La COP a aussi une efficacité qui est limitée par ce coefficient R < T_M/(T_M - T_m) en fait beaucoup moins à cause des différences de température dans les échangeurs.

donc le rapport ne peut être atteint que pour une petite différence de température. Il est à noter que dans les systèmes de climatisation, on donne un rapport 2 à 5 suivant température extérieure.
Le produit des deux rapports ne peut donc excéder 30%.
Je vous invite donc à vous fixer vos températures froide et chaude, puis à à revoir vos puissances selon ces températures.

Au revoir.

[Resartus]

Bonjour,
Le rendement d'une PAC est limité par l'écart des températures. Il ne peut pas dépasser Tchaud/(Tchaud-Tfroid).
Par exemple, si on suppose que la température froide reste constante ( ce qui suppose un ENORME radiateur) et à température ambiante 17°C soit 290K , un rendement théorique max de 7 ne peut être obtenu qu'avec une température finale inférieure à 340K soit 66°C.

Avec cela, vous pouvez calculer le rendement du moteur stirling, cela ne fera pas lourd....

Si vous chauffez la source froide, cela va améliorer le rendement (ou la température max), mais vous pouvez faire le calcul, l'énergie nécessaire sera bien plus élevée que l'économie faite grâce le gain de rendement...

[maxoouu]

J'ai refait quelques calcul, avec T ext = 5°C, T entrée PAC = 20°C et T sortie PAC = 100°C, on a un COP de 4.5, un rendement de sterling = 25%. Donc a la fin, si on injecte 100W, on a une puissance de 107 W ! Ces temperature ne me semble pas abéhrente. Il nous suffit juste de préchauffer l'air en entrée de la PAC avec les pertes du moteur stirling.

[A voir en vidéo sur Futura]

[LPFR]

Bonjour.
Qu’est ce que vous appelez « les pertes du moteur Stirling » ?
Comment peut-on les utiliser pour « préchauffer l’air de la PAC ?
Quelle est la source de chaleur du moteur Stirling ?

Je crains que, malgré vos dires, vous ne soyez pas en train de faire un mobile perpétuel. Du genre : PAC qui crée la différence de température pour le moteur Stirling, lequel actionne une génératrice... qui fait tourner la pompe à chaleur.

À ce niveau, un schéma bloc de votre ensemble me semble indispensable :
http://forums.futura-sciences.com/ph...s-jointes.html

Faute de quoi...
Au revoir.

[phys4]

J'ai refait quelques calcul, avec T ext = 5°C, T entrée PAC = 20°C et T sortie PAC = 100°C, on a un COP de 4.5, un rendement de sterling = 25%.

Vos calculs ne tiennent pas compte des rendements propres de chaque élément :
25% est le max théorique, étant donné le faible rendement d'un moteur Stirling, vous n'aurez pas 10% réel.
De même pour la COP, avec cette température de sortie à 100°C, les pertes par échange limiteront son rapport à moins de 3.

Au total il y a moins de 30 watt récupérables.

[maxoouu]

Pour moi, un mobile perpetual est un systeme aillant un rendement supérieur a 1. Hors, pour ce systeme, le rendement de la PAC doit etre de 80% et celui du STrilng de 25%. ca fait donc un rendement global de 20% ( si on néglige le générateur).

Le moteur Striling a un rendement de 25%, donc il y a 75% de la puissance recu qui part à l'extérieur en chaleur thermique. Si je met une sorte d'échangeur AIR/AIR qui entoure mon moteur STIrling, je pourrais sans doute récuperer une pertie de ma puissance thermique perdu. Cette puissance me servirera pour réchauffer l'air qui entre dans ma pac de quelques degres.


Sans recuperation, si on prend une PAC SOL/AIR, part des temperature negative, je sais que ce systéme est viable (T° sol = 7°C, T ext = -5°C) T° sortie PAC = 60°C DONC COp =6 et Rendement STriling = 0.2 ------> Puisssance récupérer = 110W pour 100W injecté

[maxoouu]

Vos calculs ne tiennent pas compte des rendements propres de chaque élément :
25% est le max théorique, étant donné le faible rendement d'un moteur Stirling, vous n'aurez pas 10% réel.
De même pour la COP, avec cette température de sortie à 100°C, les pertes par échange limiteront son rapport à moins de 3.

Au total il y a moins de 30 watt récupérables.

OUI C'est sure, je prend les rendement de carnot pour calculer mes rendements et cop... c'est que du théorique......

[phys4]

Les rendements doivent être compris par rapport au max théorique, ce sont jamais les rendements bruts que donnent les constructeurs.

Pour les PAC, il vous faut une courbe de puissance fournie par le constructeur fonction des températures, en l'absence de cette courbe, vous ne pouvez pas interpréter les données. Le 80% est vraisemblable s'il est composé avec le rendement théorique.

[f6bes]

Pour moi, un mobile perpetual est un systeme aillant un rendement supérieur a 1.

Remoi,
Un"mobile" (mouvement ) perpétuel serait qq chose qui se SUFFIT à lui meme , SANS apport extérieur.= rendement=...1 ( et c'est suffisant
pour faire du perpétuel).
Si tu dépasses 1, c'est là que tu commencerais à faire du "bénéfice" !
A la limite un sytéme SANS perte pourrait atteindre 1 , mais FOURNIR de l'énergie en plus...d'ou la prendrait il ?? (dépasser 1 en rendement)
Donc un mouvement perpétuel ne peut fournir AUCUNE énergie..en PLUS de ce qu'il pourrait produire pour lui .
Bonne journée
.

[Chanur]

Bonjour, maxoouu

OUI C'est sure, je prend les rendement de carnot pour calculer mes rendements et cop... c'est que du théorique......

Pardonnez -moi, mais je n'arrive pas du tout à comprendre votre raisonnement.
Vous vous basez sur les rendements de Carnot. C'est donc que vous admettez que les lois de la thermodynamique sont vraies.
Mais en même temps, vous affirmez, par un raisonnement théorique, concevoir une machine thermique qui dépasse le rendement de Carnot.
Parce que quand on calcule le rendement d'une machine thermique, on démontre qu'il ne peut pas dépasser le rendement de Carnot, quelque soit l'agencement de la machine. Qu'en interne elle comprenne ou pas des échangeurs de chaleur n'y change rien.
Donc, si on vous suit, vous êtes persuadé non seulement que la thermodynamique est fausse, mais même qu'elle est inconsistante : elle permettrait en même temps de calculer un rendement supérieur au rendement de Carnot et de démontrer que ce même rendement est inférieur ...

A minima, il faudrait que vous présentiez des calculs solides pour appuyer une telle thèse (et ensuite acheter un smoking : c'est la tenue traditionnelle pour recevoir le prix Nobel que vous auriez amplement mérité).

[maxoouu]

Bonjour Chanur,
J'ai fait un tableau excel en utilisant les rendements de carnot pour la PAC et pour le moteur stirling. A la fin, j'ai bien 110W élec alors que j'ai injécté 100W élec. Je n'ai pas pris en comptes les pertes entre les machines thermique.

résultats :
T exté °C -5
T sortie pac °C 60
T entré pac °C 7
Puissance injecté 100 W
COP 6,283018868
P injécté au moteur 628,3018868
rendement sterling 0,195195195
R géné 0,9
Puissance qu'on a à la sortie 110,3773585 W


Je ne vois pas où mon raisonement est faux... D'un point de vue théorique, il a l'air juste

[Chanur]

Faites le calcul :
Température de la source chaude : Tc = 100°C = 373,15 K
Température de la source froide :Tf = 20°C = 293,15 K
Rendement maximal d'un moteur (rendement de Carnot) : r = (Tc-Tf) / Tc = 0.21
COP maxi d'une pompe à chaleur en refroidissement : cop = Tf / (Tc-Tf) = 3.7
Le produit des deux est Tf/Tc qui est forcément inférieur à 1 : la pompe à chaleur peut effectivement donner un surcroît de puissance à la machine thermique, mais forcément au prix d'une puissance plus grande.
ref, ref, ref

Etant bien entendu que aussi bien le rendement de Carnot que le COP maxi sont des limites techniquement inaccessibles. Il y a toujours des pertes.

Si vous vous décidiez à dire comment vous avez calculé votre COP et votre rendement, on pourra en discuter, mais là vous avancez sans aucune justification des valeurs manifestement fausses ...

[phys4]

Si vous vous décidiez à dire comment vous avez calculé votre COP et votre rendement, on pourra en discuter, mais là vous avancez sans aucune justification des valeurs manifestement fausses ...

Les points de départ sont indiqués :
La COP est calculée avec des sources froide et chaude à 7°C et 60°C
le moteur Strirling avec des sources à -5°C et 60°C
comment la chaleur en sortie du moteur Stirling à -5°C passe vers la COP à 7°C n'est pas indiqué, c'est le petit miracle.

Evidemment les machines sont parfaites sans frottement ni pertes d'échange parasite, les rendements des constructeurs ne sont pas pris en compte. C'est de la mauvaise foi continuelle.
La dessus je vous laisse continuer. Je m'en vais.

[Chanur]

Effectivement, parce que la COP, pour une source froide de entre -5 et 60 °C est de 4.1, pas de 6.3 (j'avais lu trop vite et pris les températures dans un message précédent)
Ce qui ne change rien.
Cette fois le produit de la COP de la PAC et du rendement de Carnot du moteur est de 0.80, toujours < 1
Forcément inférieur à 1, par définition ...

[maxoouu]

re bonjour,

Bon si vous voulez les calculs détaillé, les voila :

Tamb = -5°C, T entré PAC = 7°C, T sortie PAC = 60°C. Puissance injecté = 100W.

COP = (T sortiePAC +273)/(T sortiePAC-T entréPAC) = 6.28

Rendement moteur sterling = 1- ((273+ T sortie PAC)/(273+T entréePAC)) = 0.195

On injecte 100 W, on a donc 628 W après la PAC, Apres le moteur sterling on a plus que 122 W, et après le générateur on a 110W !

Je viens de refaire mes calculs sous excel... Peut etre que tu devrais changer de machine à calculer Chanur !

Psy4, justement, c'est la ou est l'asuce ! si on a les meme T°ext et T entrée PAC, si la machine est pafaite, on inject 100 on recupere 100.

Mais imaginons, une PAC géothermique. La temperature de la
nappe est plus ou moins constant a 10°C. Maintenant imaginons que tu habite en Picardie, le 23 Décembre et qu'il fait -15°C a l'extérieure.
Dans ces conditions, tu récupere 135W d'énergie élec au final. pour 100W injecté.

[f6bes]

Psy4, justement, c'est la ou est l'asuce ! si on a les meme T°ext et T entrée PAC, si la machine est pafaite, on inject 100 on recupere 100.

Mais imaginons, une PAC géothermique. La temperature de la
nappe est plus ou moins constant a 10°C. Maintenant imaginons que tu habite en Picardie, le 23 Décembre et qu'il fait -15°C a l'extérieure.
Dans ces conditions, tu récupere 135W d'énergie élec au final. pour 100W injecté.

Bjr à toi
Donc d'aprés toi , plus il fait froid et MIEUX tu récupéres de l'énergie ( extérieure ) ?

Y a un brevet à déposer.
L'énergie n'arrive pas par l'opération du St Esprit.
A+

[maxoouu]

Bjr à toi
Donc d'aprés toi , plus il fait froid et MIEUX tu récupéres de l'énergie ( extérieure ) ?

Y a un brevet à déposer.
L'énergie n'arrive pas par l'opération du St Esprit.
A+

Hey oui ! Le breveyt à déja été depose d'ailleurs : https://fr.wikipedia.org/wiki/Moteur_Stirling
autrement dit, plus l'écart de temperature est grand, plus le rendement augmente !

Bisous

[Resartus]

Bonjour,
A partir du moment où vous disposez de sources externes "froides" avec des températures différentes, vous pouvez faire un moteur qui utilise ces deux sources (en prenant la moins froide comme chaude), et créer de l'énergie mécanique
Votre montage alambiqué ne fait qu'utiliser cela sans s'en apercevoir, mais c'est bien grâce à cette différence de température que le produit des rendements théoriques de la PAC vs le moteur peut dépasser 1...

[maxoouu]

Bonjour, oui c'est vrai.
Mais comment je peux récupérer la chaleur du sol sans PAC ? faudrait que je met un échangeur dans le sol ? Le Delta T serais faible...

[Resartus]

Bonjour,
Oui, il doit être assez rare qu'on ait envie d'utiliser une température de 4 à 5°C comme source "chaude".
Une piste à explorer en Antarctique ou en Sibérie (mais inutile en Islande, ils ne manquent pas de sources bien plus chaudes...)
En France, je crains que la source froide à -15°c ne soit pas disponible plus de quelques jours par an..

Techniquement, un moteur stirling peut marcher, mais il faut trouver le bon fluide, l'idéal étant qu'il se liquéfie entre les deux températures
Peut-être le butane.... Et il faudra surdimensionner les échangeurs
Si vous vous sentez le courage de faire des essais...

[maxoouu]

Donc vous pensez que mettre une PAC pour pouvoir augmenter la temperature n'est pas une bonne idée ?

[Chanur]

Evidemment, ce n'est pas une bonne idée !
J'ai enfin compris tes explications. Ma démonstration originelle tien toujours : la machine, globalement ne peut pas dépasser le rendement de Carnot. C'est dommage, mais c'est comme ça.

Ton moteur travaille avec des températures de -5 et 60°C
Mais ta pompe ne part pas de -5, mais de 7°C
Donc, pour calculer ce que tu gagnes, il faut enlever ce que donnerait le moteur en fonctionnant entre -5 et 7°C. Ce n'est pas dur : tu suppose que ton moter thermique fonctionne avec le même débit. La rapport des chaleurs consommées est égale au rapport des différences de températures.
La quantité de chaleur consommée est donc celle que tu injectes multipliée par le rapport des différences de températures :
Q0 = Q * ΔT2/ΔT1 = 116W
Multiplié par le rendement de Carnot pour avoir la puissance en sortie : P=23W

Donc ton système permet d'avoir une puissance de 122 W au lieu de 23 W en ajoutant 100 W.

En supposant (ce qui est fantaisiste) que tous les rendements sont optimaux, tu perd seulement 1 W. Evidemment ce serait largement pire avec des valeurs réalistes.

Le reste est TOUJOURS inférieur au 100 W injectés : tu gagnerais plus (toujours en supposant des machines parfaites) en mettant un moteur électrique de 100 W en parallèle avec un moteur thermique travaillant entre -5 et 7.

Et ne te fatigue pas à essayer de refroidir la source froide au lieu de réchauffer la source chaude, ou de remplacer ta PAC par deux PAC successives, etc. ce sera toujours le même résultat : une machine thermique respecte le deuxième principe de la thermodynamique.

Sinon, je fais beaucoup mieux que toi : je mets une pompe à chaleur qui consomme 0 W et qui donc ne change pas la température de la source chaude et j'obtiens en sortie une puissance infiniment supérieure à celle que consomme ma PAC !

[maxoouu]

La, on est d'accord ! Merci des explications !

[Chanur]

La, on est d'accord ! Merci des explications !

De rien.
J'ai un peu pataugé parce qu'au début je n'avais pas bien compris ton système.