Travail d'aspiration d'un compresseur à piston

[Rachilou]

Bonjour,

Sur le développement (un poly2web) thermodynamique d'un système ouvert, l'auteur prend pour exemple un compresseur à piston.
voir lien : https://people.lam.fr/buat.veronique...s/poly2web.pdf

Sur la fin de la page 4 on peut y lire :

"Travail d’admission du gaz : -p1 V1 , on passe d’un volume nul à V1 sous la
pression p1 , ici le travail est fourni au piston par le fluide. Notez qu’il n’y a pas
contradiction avec le II.A. où à l’admission le fluide est « poussé » donc reçoit
p1 V 1 , car dans le cas d’un piston il rétrocède immédiatement ce travail au piston
qui descend."

Ma question : le fluide qui est poussé, reçoit son énergie sous quelle forme ? Si c 'est la partie du gaz en amont qui le pousse, alors y t-il un baisse de la t° du gaz en amont.
Et si le fluide en contact avec le piston, lui rétrocède du travail, est ce que le fluide refroidit-il?

En tous les cas, il est admit que dans le processus de 'transvasement" le fluide ne subit aucune variation thermodynamique.
Au début de la page 4 on peut y lire :

"Lorsque la pression p2 est atteinte la sortie de la matière est assurée à pression
constante p2 . Il n’y a pas de modification de l’état thermodynamique à
l’admission et à la sortie des gaz."


Pour se préfigurer l'état fluide avant son aspiration : imaginons qu'il se trouve dans une grande enceinte par exemple à PV = nRT.

Si vous avez une réponse à ma question, je suis preneur.

A bientôt.
-----

[gts2]

Bonjour,

Une partie de la réponse à votre question se trouve dans votre texte : "une grande enceinte".
Dans ce genre de cas, on suppose, en effet, qu'on a un pressostat P1, un système qui est maintenu à pression constante parce très grand.
Et il en est de même de la température.

Une autre partie se trouve aussi dans votre texte : "dans le processus de 'transvasement" le fluide ne subit aucune variation thermodynamique".
La gaz est juste "transporté", donc il ne reçoit pas d'énergie globalement, on a un travail p1V1 du gaz amont et -p1V1 du piston qui font bien zéro au total.

[Rachilou]

on a un travail p1V1 du gaz amont et -p1V1 du piston qui font bien zéro au total.

Bonjour,

Si j 'ai bien compris alors, le fluide se trouvant dans la grande enceinte cède directement sa chaleur sous forme de travail sur le piston.

[gts2]

Il cède son énergie, oui et à la fermeture de la soupape il cède un morceau de gaz. (tout dépend où on met la limite {compresseur, fluide extérieur})

[A voir en vidéo sur Futura]

[Rachilou]

et à la fermeture de la soupape il cède un morceau de gaz.

Ce qui implique qu'avant la fermeture de la soupape (phase d'aspiration), le volume du cylindre et le volume de la grande l'enceinte ne forme ensemble qu'un système thermodynamique isolé* qui subirait une détente adiabatique.
*Avec la grande enceinte et le cylindre isolés (sauf entre eux).

Il cède son énergie,

Dans le cas ci dessus : avec une transformation adiabatique: puisque nous sommes dans un système "isolé" avec Ui = Uf
alors avant aspiration Ui = Qi + Wi , avec Wi = 0 et Qi › 0
et à la fin de l'aspiration Uf = Qf + Wf , avec Wf › 0 et Qf ‹Qi

d'où une perte d'énergie ( baisse de la T°) avec ∆Q = Qi-Qf

[gts2]

Ce qui implique qu'avant la fermeture de la soupape (phase d'aspiration), le volume du cylindre et le volume de la grande l'enceinte ne forme ensemble qu'un système thermodynamique isolé* qui subirait une détente adiabatique.

On peut en effet voir cela de cette manière.

alors avant aspiration Ui = Qi + Wi

N'a pas de sens : Q et W correspondent à des transformations pas des états, le premier principe c'est variation de U sur une transformation=W+Q.

d'où une perte d'énergie ( baisse de la T°) avec Q

Comment pourrait-il y avoir transfert de chaleur puisque vous supposez adiabatique donc Q=0 ?

[Rachilou]

Grossière erreur de ma part, pour un débutant.
Merci de m'avoir corrigé.

Reprenons donc :

On part d'une enceinte rempli d'un gaz selon PV = nRT
U = E(c) + E(p)
et ∆U = 0

Nous partons sur une transformation adiabatique :
avant la fermeture de la soupape (phase d'aspiration), le volume du cylindre et le volume de la grande l'enceinte ne forme ensemble qu'un système thermodynamique isolé* qui subirait une détente adiabatique.

Si le système "gaz" produit un travail et cède de l 'énergie au système piston ( extérieur) alors :

Ui ≠ Uf alors ∆Uf ≠ 0 et Uf ‹ Ui

avant aspiration ∆Ui = Qi + Wi = 0

après aspiration ∆Uf = Qf - Wf avec Qf=0 et Wf ‹ 0 si le travail est moteur

Le travail W représente la variation d'énergie interne du système U.


Le milieu extérieur au système récupère le travail .


Est ce que ça tient la route ?

[gts2]

U = E(c) + E(p)

C'est quoi E(c) et E(p) ? Si c'est énergie cinétique potentielle microscopiques, pour un gaz parfait E(p)=0

avant aspiration ∆Ui = Qi + Wi = 0

Le Delta représente le passage de quel état à quel état ? (ou quelle est la transformation correspondante ?)

∆Uf = Qf - Wf avec Qf=0 et Wf ‹ 0 si le travail est moteur

On va interpréter ∆Uf comme Uf-Ui et dans ce cas OK et Wf comme W(i->f). Alors OK.

Le milieu extérieur au système récupère le travail W=-W(i->f)

OK

[Rachilou]

OK bien noté pour les remarques instructives.
Merci.


Je fais un retour en arrière sur le raisonnement du compresseur à piston.

Dans un compresseur à piston :
" Il n’y a pas de modification de l’état thermodynamique à
l’admission et à la sortie des gaz."



Toutefois,

A condition d'admettre que lors de la phase d'aspiration (avec processus adiabatique), l'enceinte et le cylindre forme un seul système thermodynamique ;

Alors,

ne faut-il faut pas admettre aussi, qu'après détente et fermeture des clapets, lors de la compression qui suit, la partie du gaz prisonnier dans le cylindre a bien subit lui aussi une transformation thermodynamique et perdu de l'énergie. Ceci, proportionnellement à la quantité de matière transvasée par rapport à la quantité de gaz total au départ dans l'enceinte.

C 'est peut-être pas notable pour une aspiration à basse pression car le ∆U est négligeable en valeur absolue, mais pour une aspiration à haute pression, ce serait possible de percevoir une modification thermodynamique.

[gts2]

ne faut-il faut pas admettre aussi, qu'après détente et fermeture des clapets, lors de la compression qui suit, la partie du gaz prisonnier dans le cylindre a bien subit lui aussi une transformation thermodynamique et perdu de l'énergie.

Quelle détente ? (celle infiniment petite du réservoir ?)
Dans une compression, le gaz gagne de l'énergie.
Oui mais quel rapport avec "Il n’y a pas de modification de l’état thermodynamique à l’admission"

[Rachilou]

Quelle détente ? (celle infiniment petite du réservoir ?)

Pas mesurable, mais oui très petite selon le rapport des volumes du réservoir (enceinte) / cylindre.

Dans une compression, le gaz gagne de l'énergie.

Je voulais dire perdu son énergie à la fin de l'aspiration ( effectivement j'ai mal retranscrit)

Oui mais quel rapport avec "Il n’y a pas de modification de l’état thermodynamique à l’admission"

Soit le gaz contenu dans le cylindre à perdu de l'énergie (même si ce n'est pas mesurable) lors de la détente du réservoir dans le cylindre; et dans ce cas, il y a eu une modification de l’état thermodynamique à l’admission du gaz, du gaz se trouvant dans le cylindre à la fin de l 'aspiration.

soit il n'y pas de détente du tout, même théoriquement, alors pas de modification de l’état thermodynamique à l’admission du gaz.

C est mon analyse...

[gts2]

Oui, cela se tient, mais il ne faut pas oublier que cette étude est une étude théorique d'un système idéal.

Quand vous passez au compresseur réel, le problème soulevé ici a un rôle minime vis-à-vis de la non réversibilité, de la chute de pression nécessaire pour mettre l'air en mouvement, de l'espace mort ...