Quelle est la cause de l’inefficacité – Efficacité thermique – Définition

Causes d’inefficacité

Comme cela a été discuté, une efficacité peut aller de 0 à 1. Chaque moteur thermique est en quelque sorte inefficace. Cette inefficacité peut être attribuée à trois causes.

• Irréversibilité des processus . Il existe une limite supérieure théorique globale à l’efficacité de la conversion de la chaleur pour fonctionner dans n’importe quel moteur thermique. Cette limite supérieure est appelée efficacité Carnot . Selon le principe Carnot , aucun moteur ne peut être plus efficace qu’un moteur réversible ( un moteur thermique Carnot ) fonctionnant entre les mêmes réservoirs à haute température et à basse température. Par exemple, lorsque le réservoir d’eau chaude a une _température de 400 ° C (673 K) et une _température d’environ 20 ° C (293 K), l’efficacité maximale (idéale) sera: = 1 – T _froide / T _chaude = 1 – 293 / 673 = 56%. Mais tous les processus thermodynamiques réels sont irréversibles. Ils ne se font pas infiniment lentement. Par conséquent, les moteurs thermiques doivent avoir des rendements inférieurs aux limites fixées en raison de l’irréversibilité inhérente du cycle de moteur thermique qu’ils utilisent.
• Présence de pertes de friction et de chaleur. Dans les systèmes thermodynamiques réels ou dans les moteurs thermiques réels, une partie de l’inefficacité globale du cycle est due aux pertes des composants individuels. Dans les appareils réels (tels que les turbines, les pompes et les compresseurs), un frottement mécanique , des pertes de chaleur et des pertes dans le processus de combustion entraînent des pertes d’efficacité supplémentaires.
• Inefficacité de la conception . Enfin, les compromis faits par les ingénieurs lors de la conception d’un moteur thermique (par exemple, une centrale électrique) constituent une dernière source d’inefficacité . Ils doivent prendre en compte les coûts et d’autres facteurs dans la conception et le fonctionnement du cycle. A titre d’exemple, considérons une conception du condenseur dans les centrales thermiques. Idéalement, la vapeur évacuée dans le condenseur n’aurait pas de sous-refroidissement . Mais les vrais condenseurs sont conçus pour sous-refroidir le liquide de quelques degrés Celsius afin d’éviter la cavitation d’aspiration dans les pompes à condensat. Mais, ce sous-refroidissement augmente l’inefficacité du cycle, car il faut plus d’énergie pour réchauffer l’eau.

Efficacité thermique et deuxième loi

La deuxième loi de la thermodynamique peut être exprimée de nombreuses manières spécifiques. Chaque déclaration exprime la même loi. Ci-dessous sont énumérés trois qui sont souvent rencontrés.

• Déclaration de Clausius
• Déclaration de Kelvin-Planck
• Entropie et le deuxième principe

Avant ces déclarations, il faut rappeler le travail d’  un ingénieur et physicien français, Nicolas Léonard Sadi Carnot a fait avancer l’étude de le deuxième principe en formant un principe ( également appelé règle de Carnot ) qui précise les limites de l’efficacité maximale que tout moteur thermique peut obtenir .