Moteur Kenderv

Premier principe de la thermodynamique

Enoncé général

Le bilan Thermodynamique des échanges entre un système et le milieu extérieur a la même valeur pour toutes les transformations qui conduisent du même état initial au même état final soit : si un système passe de l'état A à l'état B, après avoir échangé avec le milieu extérieur un travail W et une quantité de chaleur Q le bilan thermodynamique W+Q est constant qu'elles que soient les transformations intermédiaires du système.

Principe de Carnot ou Second principe de la thermodynamique

Enoncé :

Un moteur thermique ne peut fonctionner qu'avec au moins deux sources de chaleur, une source chaude et une source froide: l'agent de transformation de la chaleur en travail reçoit de la chaleur de la source chaude et cède de la chaleur à la source froide. chaleur fournie par la source chaude Q1 chaleur cédée à la source à la source froide Q2 travail effectué par la machine W Compte tenu du premier prince de la thermodynamique on a: Q1 = W + Q2

Etude qualitative de la thermodynamique

1- Remarques

Le principe de Carnot a été établi à partir de l'étude des moteurs à vapeur Ces deux principes reposent sur l'équation d'état des gaz parfaits: Q = (p . V) / T = constante avec Q = p . V = n . R . T avec Q énergie interne ou potentielle d'un gaz en joules (J) p pression de ce gaz en pascals ( Pa) V volume de ce gaz en mètres cubes T température de ce gaz en degrés kelvin (°K) n nombre de moles de gaz R constante quantifiée par mole et qui s'exprime en joules par degrés kelvins R = 8,317 J / °K

2- Analyse du fonctionnement des moteurs thermiques

Principe

une chaudière (source chaude) produit de la vapeur d'eau à haute pression un condenseur (source froide) liquéfie cette vapeur ce qui réduit très fortement sa pression une turbine ou un piston est placé entre ces deux sources Cet élément : 'moteur' fonctionne comme tous les moteurs pneumatiques tel que les vérins pneumatiques, et les moteurs à turbine utilisés dans les outillages pneumatiques, dans des articulations de manipulateurs de robots, etc. Tous ces moteurs fonctionnent avec un gaz dont la pression est supérieure à l'entrée du moteur par rapport à la pression du gaz en sortie du moteur.

Analysons les entrées et sorties de ces moteurs 'pneumatiques' - entrées cas de la machine à vapeur le gaz est de la vapeur d'eau mise sous forte pression dans une chaudière cas des moteurs pneumatiques classiques le gaz est généralement de l'air comprimé mis sous pression par un compresseur cas des moteurs thermiques à combustion interne le gaz est un mélange de carburant et de comburant mis sous pression par sa combustion - sorties cas de la machine à vapeur le gaz est aspiré par la liquéfaction de la vapeur par un condenseur cas des moteurs pneumatiques classiques le gaz est aspiré par l'atmosphère cas des moteurs à combustion interne le gaz est aspiré par l'atmosphère

REMARQUE

Tous ces moteurs ' pneumatiques ' fonctionnent avec le seul principe qu'ils nécessitent une pression de gaz à l'entrée supérieure à celle de leur sortie.

Nouvelle génération de moteurs pneumatiques à énergie basses températures

Le concept de cette nouvelle génération est basée sur l'équation d'état des gaz parfaits Q=p.V=n.R.T et l'équation résultant du principe de Carnot Qe=W+Qs avec Qe énergie interne du gaz à l'entrée du moteur W travail effectué par le moteur Qs énergie interne du gaz à la sortie du moteur

Principe de fonctionnement

à l'entrée du moteur, le gaz utilisé est à haute pression et à tempéreture ambiante Qe = pe ; Ve à la sortie du moteur, le gaz est à pression beaucoup plus faible Qs = ps . Vs travail effectué par le moteur W = (pe.Ve) - (ps.Vs)

A la sortie du moteur une tuyère conduit le gaz dans un accélérateur qui l'aspire et le propulse dans un réchauffeur Wa travail absorbé par l'accélérateur k coefficient de compression avec: Wa = k . Qs

L'énergie interne du gaz (Qa), à la sortie de l'accélérateur, est de Qa = k . Qs Entre l'accélérateur et le moteur le réchauffeur ramène le gaz à son état initial en lui fournissant une énergie thermique Qr Qr = Qe - Qa

Des outils mathématiques nous permettent de faire les observations suivantes Cycle transitoire au démarrage ps = pe En actionnant l'accélérateur W=Qe - Qs ps' = ps / k ps' . Vs = (ps . Vs) / k On observe , en actionnant l'accélérateur , que l'énergie interne du gaz en sortie est de plus en plus faible, ce qui augmente de plus en plus le travail effectué par le moteur et que le travail absorbé par l'accélérateur est de plus en plus faible. Les outils mathématiques nous permettent de prédire que dans le cas d'un gaz parfait la température du gaz à l'entrée de l'accélérateur serait de 0°K soit : W = Qe

Le gaz parfait n'existe pas puisque tout les ' éléments ' à l'état gazeux passent à l'état liquide et à l'état solide dans des conditions température-pression qui leurs sont propre Ces mêmes outils mathématiques nous permettent d'établir le tableau suivant

Wu Ts

40% 160°K -113°C 60% 112°K -161°C 80% 53°K -220°C avec: Wu : travail mécanique utilisable Wu = W - Wa Ts température à la sortie du moteur

Mais des gaz, comme l'hydrogène et l'hélium, se comportent pratiquement comme des gaz parfaits puisqu'ils ont une température de fusion et de liquéfaction très faible.

Conclusion

Ces moteurs 'thermiques' fonctionnent à basse température et notre air ambiant (ou l'eau pour ce qui est immergé) est suffisant pour les faire fonctionner. La production de températures très basses permet d'envisager l'utilisation des matériaux supraconducteurs non conventionnels pour la production d'électricité.

Sources

[1] Blog du moteur Kenderv

[2] Coupure de presse