comparaison energie potentielle gaz ou liquide comprime

[airpluso]

Bonjour a tous, merci de m accueillir sur ce forum.

en butinant a droite et a gauche, j ai pu constater que, dans l ensemble, la solution stockage-restitution d energie via air comprime n etait que peu utilisee pour des raisons basiques de faible rendement...

OR...

j aimerais soumettre a la sagacite des nobles participants de ce forum la reflexion suivante:

imaginons que l on comprime un gaz , puis, que par un procede a consommation energetique negligeable, on transforme ce gaz en liquide, puis qu on utilise ce liquide pour faire tourner-non pas une aerogeneratrice- mais bien une hydro generatrice,...

pour faire simple : je comprime 1m3 d air a 100b je transforme ce m3 d air en m3 d eau, et je l utilise pour actionner une turbine pelton...

quelqun a t il une idee du rendement d un tel dispositif ? l eau etant pres de 1000 fois plus dense que l air, il me semble que l energie potentielle de ce montage soit globalement positive ( en oubliant l energie necessaire a la condensation du gaz, bien sur)

merci de partager vos reflexions et/ou suggestions
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[XK150]

Bonjour et bienvenue !

Pourriez tout de même expliquer comment vous aller " transformer " de l'air en eau ?????

[gts2]

Bonjour,

je transforme ce m³ d'air en m³ d'eau

Alchimie du XXIème siècle ? Les anciens transformaient le plomb en or.

[airpluso]

merci de vos reactions... afin d essayer de faire avancer le schmilblick, je vais reformuler la question pour recentrer le probleme...

combien de W peut on esperer tirer d un aerogenerateur alimente par 1m3 d air comprime a 100b ?

combien de W peut on esperer tirer d un hydrogenerateur alimente par 1m3 d eau comprimee a 100b ?

[A voir en vidéo sur Futura]

[gts2]

combien de W peut on espérer tirer d'un hydrogénérateur alimenté par 1m³ d eau comprimée à 100 bar ?

Cela donnera des joules (énergie et non puissance) et a priori cela ne sera pas très loin de 0 : la variation de volume est faible, et comme le travail c'est la force que multiplie le déplacement...

Numériquement pour le gaz j'obtient 46 MJ (détente isostherme) et pour l'eau 50 kJ (en ordre de grandeur bien sûr)

[XK150]

On peut répondre ou donner des liens , mais avant cela , expliquez nous où se trouve de l'énergie dans une cuve de 1 m3 d'eau comprimée à 100 bars ?
Comment va t on la récupérer , Comment fonctionne votre " hydrogénérateur " ?

[airpluso]

j avais tout betement imagine que cet hydro generateur puisse fonctionner sur le principe de la turbine pelton

qui, si je ne m abuse n utilise rien d autre que de l eau sous pression...

donc, grace a la pression, on envoie l eau dans une buse dirigee vers la turbine, qui se met en rotation...si elle est couplee a un generateur, ca delivre quelque chose comme des watt ou des joules ...

je laisse aux specialistes l opportunite de definir plus precisement la nature de cette energie...

mon probleme est de determiner la quantite d energie qui va etre delivree par ces 1000l a 100b

pour pouvoir la comparer au meme volume d air envoye dans une turbine a air (type eolienne ?)

bien entendu les chiffres eux meme n ont que peu d interet...

c est surtout un ordre de grandeur qui m interesse

entre le gaz et le liquide, passe t on de 1 a 1.2 ou 1.5 ? (auquel cas cette discussion est close...

ou alors de 1 a 800 ??? (et la...on peut creuser le probleme...)

quelqu un a t il une idee de l ordre de grandeur de ce ratio ?

merci d avance de pardonner mon manque de rigueur scientifique...(j ai juste un bac A au depart...)

[SULREN]

Bonjour,

Je trouve @gts2 et @XK150 bien sévères avec @airpluso.

D'accord, "transformer de l'air en eau" parait incongru, mais on a bien compris que notre ami parlait de transformer un gaz en liquide et qu'il pensait qu'il produirait plus d'énergie en projetant ce liquide contre une turbine Pelton qu'en projetant le gaz contre une éolienne. La raison invoquée étant la différence énorme de densité entre les deux états.

Il faut juste le démontrer.

J'invite donc @airpluso:
- A raisonner sur le gaz ammoniac NH3
- Ce gaz est pris à 25°C, à la pression de 10 bars absolus. Dans cet état il est tout proche de la liquéfaction.
Sa masse volumique est alors de 7,795 Kg par m3.
- On le comprime juste un fifrelin et il devient de l'ammoniac liquide. On a donc presque pas dépensé d'énergie.
Sa masse volumique est alors de 602,8 Kg par m3

Imaginons qu'on parte de 602,8 Kg d'ammoniac gazeux.
Soit un volume de 602,8 / 7,795 = 77,33 m3 à la pression de 10 bars.

-1er cas:
On laisse échapper ces 77,33 m3 de gaz sur une aéro-génératrice.
Combien d'énergie en tirera t'on? A calculer.

- 2eme cas:
On comprime juste un fifrelin ce volume de gaz et il devient du liquide.
Les 602,8 Kg donneront donc 1 m3 de liquide.
On envoie ce 1 m3 de liquide sur une turbine Pelton à la pression de 10 bars.
Combien d'énergie en tirera t'on? A calculer.

Et par "pure gentillesse", je laisse @XK150 et @gts2 faire ces calculs.

Et je leur joins même un diagramme de phase de ce gaz (C'est y pas généreux, ça, hein! )

[airpluso]

bonjour gts2, merci pour la reponse

cependant, elle heurte mon bon sens de paysan.... il y aurait donc bien plus d energie dans de l air sous pression que dans de l eau ???

j aurais quand meme eu tendance a penser qu un jet d air sous pression avait bien moins de puissance qu un jet d eau ....

l energie potentielle qui permet de faire tourner les pales d une turbine s apparente quand meme a une certaine forme d energie cinetique...qui, quelque part est plus ou mons liee a la masse...

me trompe-je ?

or, la masse d 1m3 d eau est (tres) legerement superieure a celle d 1m3 d air...
d ou mon etonnement ....

[gts2]

j'avais tout bêtement imagine que cet hydro générateur puisse fonctionner sur le principe de la turbine Pelton.

Une turbine Pelton récupére l'énergie cinétique du jet (jet qui est à pression atmosphérique)

qui, si je ne m'abuse n'utilise rien d'autre que de l'eau sous pression.

Eau sous pression avant qu'on ouvre le robinet (comme votre robinet de salle de bain)
Si on prend les choses plus globalement (turbine + canalisation + lac), on récupére l'énergie potentielle de pesanteur (initialement l'eau est en haut dans le lac, à la fin elle est dans le canal de sortie plus bas).

mon problème est de determiner la quantité d'énergie qui va être délivrée par ces 1000 l à 100 bars

Le travail c'est force (PS) x déplacement (L), SL est la variation du volume donc W=P ΔV. Dans les tables, on cherche la variation du volume de l'eau entre 1 et 100 bars, et on trouve les 50 kJ annoncé plus haut (majoration car P va chuter en cours de route)

Une éolienne ne travaille pas à 100 bars, si on prend un moteur à air comprimé on trouve les 46 MJ annoncés précédemment.
Donc entre le gaz et le liquide on divise en gros par 1000.

[airpluso]

je remercie gts2 pour ses precisions, mais elles depassent helas mon entendement...

Une turbine Pelton récupére l'énergie cinétique du jet (jet qui est à pression atmosphérique)

le jet qui va faire touner la turbine est a 100 bar...pourquoi parler de pression atmospherique ?

Dans les tables, on cherche la variation du volume de l'eau entre 1 et 100 bars

l eau n est elle pas incompressible ? si oui, la variation de volume devrait etre relativement infinitesimale ...

bref ..desole mais j ai pas tout compris

EN REVANCHE ....immense merci a SULREN .... qui a parfaitement synthetise la teneur de mon propos...

meme si je n avais pas pense au depart a l ammoniaque, la problematique est exactement la bonne

sauf que dans mon cas , jaimerais comparer 1m3 de gaz avec 1m3 d eau (mais le principe est le meme, merci sulren)

encore un fois, les chiffres exacts importent peu, c est l ordre de grandeur qui est interessant a connaitre...

[SULREN]

Re,

Comment, nos deux physiciens n'ont pas encore trouvé!
J'ai eu le temps d'aller manger une glace, de revenir au PC et toujours rien.

C'est que mon vieux cerveau lent doit encore me faire des farces.
J'avais pensé qu'on trouverait à peu près la même énergie récupérée dans les deux cas si on utilise des aubages Pelton, parce qu'ilS récupéreront l'énergie cinétique de la même masse de produit, dans les deux cas.
Mais il ne devront peut-être pas tourner à la même vitesse.
En effet ces aubages récupèrent l'énergie cinétique et il faut qu'en sortie d'aubage la vitesse du fluide soit nulle, pour obtenir le maximum de rendement. Le jet de gaz sera peut être plus rapide que le jet de liquide?
Je vais étudier comment obtenir la même vitesse en choisissant le bon ajutage (forme d'orifice).

[gts2]

Pour les questions plus générales (et la réponse à @SULREN), à voir...

le jet qui va faire tourner la turbine est a 100 bar... pourquoi parler de pression atmosphérique ?

Non le jet est bien à pression atmosphérique (comme le jet d'un Karcher ...), la pression est à l'intérieur de la conduite, MAIS cette pression doit être "entretenue" (gravité pour Pelton, moteur pour Karcher)

Dans les tables, on cherche la variation du volume de l'eau entre 1 et 100 bars
l'eau n'est elle pas incompressible ? si oui, la variation de volume devrait être relativement infinitésimale ...

C'est bien le cas d'où les 50 kJ vs. les 46 MJ.

sauf que dans mon cas , jaimerais comparer 1m3 de gaz avec 1m3 d eau (mais le principe est le meme, merci sulren).

Dans ce cas, c'est déjà fait.

[XK150]

Excusez moi de ne pas suivre cette discussion , c'est trop fort pour moi :

L'eau est un liquide et ne présente pas de propriétés élastiques significatives.

Ce liquide peut être comprimé dans une certaine mesure, mais il ne possède pas de force de rappel qui lui permettrait de stocker de l'énergie potentielle élastique ou de lui redonner sa forme originale.

Lorsque l'eau est soumise à une pression accrue dans un espace confiné ,
son volume peut diminuer légèrement du fait de la compression, mais cette réduction de volume ne correspond pas à un stockage important d'énergie potentielle élastique.

Alors non , le jet de 1 m3 à 100 bars dans la Pelton dépasse le niveau de mon cerveau - au demeurant , pas très élevé , j'en conviens volontiers !

C'est bien pour cela que l'on fait des épreuves HYDRAULIQUES sur des systèmes PNEUMATIQUES . L'épreuve hydraulique est totalement sans danger : une goutte s'échappe , la pression tombe à zéro ...

[SULREN]

Re,
De mon côté je vais réfléchir à la prise en compte de la chaleur de changement d'état, du fait qu'on travaille en adiabatique ou pas
Tout cela fait que cas 1 et cas 2 ne sont pas forcément équivalents.
(mais j'ai du travail à faire au jardin d'abord. Les "fofos", c'est bien..... mais cela laisse l'herbe vous envahir).

[airpluso]

cher sulren,

encore merci pour ce temps passe a l etude de ce captivant probleme

cependant, avant de te precipiter dans de savants calculs, je me permets cette modeste intervention:

qu'ilS récupéreront l'énergie cinétique de la même masse de produit, dans les deux cas.

euh... dans l ennonce du depart, on etait parti sur 1m3 d air et 1m3 d eau ....dont la masse, si mes souvenirs de Terminale sont exacts differe quelque peu...


je me permets de re formuler... donc:


quelle energie exprimee en joules un aerogenerateur alimente par 1m3 d air comprime a 100bar pourrait il delivrer ?


quelle energie exprimee en joules un hydrogenerateur alimente par 1m3 d eau comprimee a 100bar pourrait il delivrer ?



pour l etude de cette problematique il parait evident que les chiffres exacts n ont aucun interet, il s agit d avoir un ordre de grandeur du ratio existant entre ces quantites d energie

(on pourrait avoir tendance a penser que, pour faire tourner les pales d une turbine, une certaine forme d energie cinetique, ( quelque peu liee donc a la masse) des fluides en presence, pourrait eventuellement avoir une influence sur le processus....aurait on raison ???? dans quelle mesure ???)

[airpluso]

[edit] si ce ratio s avere peu ou prou en correlation avec celui exprimant la difference de masse volumique entre l air et l eau, peu nous chaut l aspect diabatique ou adiabatique...pour ce qui est de l ordre de grandeur... non ???)

[airpluso]

tout a fait d accord avec xk150 !

les liquides sont incompressibles, certes

mais ca ne les empeche pas d etre mis sous pression (cf la bouteille de butagaz)

dans un recipent de 2m3, si on a 1m3 d eau et 1m3 d air (a 100 bar) , on a bien a notre disposition 1m3 d eau a 100 bar non ?

on aura donc bien un jet d eau a 100bar (pression qui diminuera dans le temps, bien sur)

d ou mon etonnement sur les conclusions de gts2...

[gts2]

quelle energie exprimee en joules un aerogenerateur alimente par 1m3 d air comprime a 100bar pourrait il delivrer ?

Déjà répondu en isotherme, en adiabatique cela donne 18 MJ.

quelle énergie exprimée en joules un hydrogénérateur alimente par 1m3 d'eau comprimée a 100bar pourrait-il délivrer ?

J'avais répondu en partant du principe qu'on avait un réservoir de 1 m3 à 100 bars soit rempli d'air soit rempli d'eau et comme noté par @XK150 "cette réduction de volume ne correspond pas à un stockage important d'énergie potentielle élastique".
J'avais calculé 50 kJ.
Si on considère un dispositif alimenté en continu (pression dans le réservoir maintenu constant), après détente à pression atmosphérique, on récupère (Pf-Pi)V=9 MJ

La comparaison n'est pas évidente : il y a des phénomènes thermiques avec le gaz qui sont fondamentaux :
isotherme : le travail récupéré est égal à la chaleur fournie
adiabatique : le gaz en sortie est froid, donc l'énergie a été prise sur l'énergie thermique.

[XK150]

Ah , maintenant on a de l'air plus de l'eau !!! Ce n'est pas du tout ce qui est décrit dans les premiers posts ...
Bon , assez joué , passons notre chemin ...

[gts2]

dans un recipent de 2m3, si on a 1m3 d eau et 1m3 d air (a 100 bar) , on a bien a notre disposition 1m3 d eau a 100 bar non ?
on aura donc bien un jet d eau a 100bar (pression qui diminuera dans le temps, bien sur)

C'est la détente du gaz qui va fournir l'énergie du jet (cf. message de @XK150)

[SULREN]

Re-Bonjour,

@XK150:

Bon , assez joué , passons notre chemin ...

Oui tout à fait d'accord et je vous prie vivement, ainsi que @gts2, de m'excuser de vous avoir fait perdre du temps avec mes posts.

Quand j'ai lu que @airpluso avait écrit qu'on transforme un gaz en liquide:

imaginons que l'on comprime un gaz , puis, que par un procede a consommation energetique negligeable, on transforme ce gaz en liquide, puis qu on utilise ce liquide pour faire tourner-non pas une aerogeneratrice- mais bien une hydro generatrice,...

je n'aurais jamais pensé qu'il me dirait ensuite que c'était sans changer de volume.
J'en conclus que je suis un imbécile d'être intervenu dans cette discussion.....et d'autant plus imbécile que je m'étais juré de ne plus jamais intervenir sur des problèmes posés par des étudiants, parce qu'ils sont mal posés dans la grande majorité des cas.

[airpluso]

Aie...je suis un peu desole d etre a l origine de cette vague de scepticisme...

Ah , maintenant on a de l'air plus de l'eau !!! Ce n'est pas du tout ce qui est décrit dans les premiers posts ...
Bon , assez joué , passons notre chemin ...


j essayais juste d expliquer comment un liquide pourtant incompressible, pouvait nonosbant etre mis sous pression..., en faisant une analogie avec le contenu d une bouteille de butagaz, qui contient bien un volume de liquide et un volume de gaz

ca ne change pas grand chose a la problematique du depart...



ne plus jamais intervenir sur des problèmes posés par des étudiants, parce qu'ils sont mal posés dans la grande majorité des cas.


ayant passe mon bac A1 au lycee massena en 1985, je me sens flatte d avoir ete pris pour un etudiant...


je comprend cependant votre position, je vous prie de me pardonner le cote terriblement amateur de mon approche et je m en voudrais de vous faire perdre un temps precieux...je vais donc encore reformuler la problematique afin de la simplifier

comment comparer l energie produite par un volume de gaz sous pression alimentant un aerogenerateur avec ce meme volume, a la meme pression, mais de liquide alimentant, lui un hydrogenerateur ?

la encore , j insiste, les calculs savants et abscons m importent peu... c est juste pour avoir une idee de l ordre de grandeur du ratio...meme si intuitivement, j ai l impression qu il devrait avoir tendance a etre lie a la densite du fluide utilise (et donc s approcher de 800 entre l air et l eau)

je souhaite juste avoir cette confirmation...si je me trompe et que ce ratio avoisinne les 2, 3 ou meme 5 ou 10 la discussion est close ....mais si on est superieur a 500 ...voire 800 alors, du coup, on peut se pencher sur cette histoire de changement d etat et de l energie que ca prendrait a l ensemble du process ...

[gts2]

j essayais juste d expliquer comment un liquide pourtant incompressible, pouvait nonosbant etre mis sous pression.

Incompressible ne veut pas dire qu'il ne peut être mis sous pression, cela veut dire que mis sous pression son volume ne varie pas.

comment comparer l'énergie produite par un volume de gaz sous pression alimentant un aerogenerateur avec ce meme volume, à la même pression, mais de liquide alimentant, lui un hydrogenerateur ?.

Un aéro ou hydro générateur fonctionnant à pression atmosphérique, je suppose qu'il faut comprendre que vous détendez les deux systèmes pour transformer cette pression en énergie cinétique et que vous envoyez le jet résultant sur l'aéro ou hydro générateur.
Est-ce cela ?

Sinon pour le rapport des masses à 100 bars le rapport est plus proche de 8 que de 800.

[airpluso]

je suppose qu'il faut comprendre que vous détendez les deux systèmes pour transformer cette pression en énergie cinétique et que vous envoyez le jet résultant sur l'aéro ou hydro générateur.
Est-ce cela ?

oui, precisement :


ooops! suis-je bete ! je viens de comprendre mon erreur ....mon ratio de 800 est valable a 1 bar, mais bien sur divise par 100 a 100 bar...

ceci dit, ca me rassure ...ce ratio de 800 me paraissait quand meme inconcevable...

cela etant, ..de 1 a 8 , ca fait qd mm 800% ...mais bon, ca ne va pas arranger notre probleme de changement d etat de notre fluide...

[gts2]

Avec détente, les vitesses de sortie dans des conditions raisonnables seront du même ordre de grandeur, donc l'énergie récupérable dans le rapport des masses.

Ceci étant, on a toujours du mal à comprendre où vous voulez en venir : le stockage-restitution d'énergie par l'intermédiaire de l'eau liquide existe depuis longtemps : ce sont les STEP (station de transfert d'énergie par pompage)

[le_STI]

Salut,

pour faire simple : je comprime 1m3 d air a 100b je transforme ce m3 d air en m3 d eau, et je l utilise pour actionner une turbine pelton...

Comme l'a dit SULREN au message #22, 1m3 de gaz ne donnera pas 1m3 de liquide... Il faut raisonner en terme de masse, pas de volume.