Bilan énergétique d’un procédé

Signes de la chaleur et du travail

Le premier principe exprime la conservation de l’énergie. Pour un système fermé, retranchez le travail fourni par le système à la chaleur qu’il reçoit pour obtenir la variation d’énergie totale. Si 100 kJ de chaleur entrent et que le système fournit 30 kJ Puissance mécanique fournie à l’arbre, son énergie augmente de 70 kJ. Saisissez le travail reçu par le système comme une valeur négative. Une compression adiabatique donne alors une augmentation d’énergie positive.

Écoulement permanent

Pour un dispositif avec une entrée, une sortie et aucune accumulation, la puissance thermique égale l’augmentation du flux d’enthalpie plus la puissance mécanique fournie à l’arbre. Un débit de 2 kg/s dont l’enthalpie passe de 100 à 150 kJ/kg, avec une production mécanique de 20 kW, nécessite 120 kW de chaleur. Les deux enthalpies doivent partager la même référence. Le calcul exclut les variations de vitesse ou d’altitude, les réactions chimiques et tout modèle des pertes thermiques de l’équipement.

Lire le signe négatif d’une puissance de refroidissement

Pour un exemple en régime permanent, prenez un débit de 1,5 kg/s, une enthalpie d’entrée de 240 kJ/kg et de sortie de 180 kJ/kg. Avec une puissance mécanique de 15 kW fournie au système, saisissez −15 kW dans le champ Puissance mécanique fournie à l’arbre. La variation du flux d’enthalpie vaut 1,5 × (180 − 240) = −90 kW. La puissance thermique nécessaire vaut −90 + (−15) = −105 kW. Selon cette convention, il faut retirer 105 kW de chaleur au système. Ces valeurs illustrent le bilan et ne sont pas des propriétés tabulées d’un fluide précis.

Distinguez une quantité d’énergie dans un système fermé d’un débit d’énergie en régime permanent. L’énergie transférée pendant une période est la puissance multipliée par la durée. Ne traitez pas kJ comme kW sans préciser le temps. Les enthalpies d’entrée et de sortie doivent partager référence et unité. Ajouter la chaleur sortante comme un apport positif provoque une erreur de signe. Une puissance thermique nulle ne signifie pas absence Puissance mécanique fournie à l’arbre, car les termes peuvent se compenser. Ce calcul préliminaire à une entrée ne représente pas correctement plusieurs courants mélangés ou une variation de l’énergie stockée.

Questions fréquentes

Comment calculer un bilan énergétique ?

Par exemple, si un système fermé reçoit 100 kJ de chaleur et fournit 30 kJ de travail à son environnement, l’énergie totale varie de 70 kJ. Le premier principe retranche le travail fourni par le système à la chaleur reçue. Ce bilan préliminaire ne décompose pas les formes d’énergie et ne détermine pas les vitesses des procédés.

Calculer avec ces valeurs