Etablir Un Bilan Thermique

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( Le flux de chaleur est négatif quand ( la quantité de chaleur es t fournie par le système

3.2 Les differents modes de transfert de chaleur

La transmission de l'énergie thermique se fait dans le sens des températures décroissantes et cesse quand il y a équilibre thermique. Elle peut se transmettre par :

( Conduction ( contact entre 2 corps à températures différentes

( Convection ( transmission de la chaleur par des courants de fluide à des températures différentes (exemples : air, eau)

( Rayonnement = influence de radiations rectilignes d'un corps chaud vers un corps froid à la vitesse de la lumière

Exemple : bouteille thermos

Vide (peu de conduction et de convection)

Surface brillante (limite le rayonnement vers l'extérieur)

3.3 Chaleur sensible et chaleur latente

Tout transfert de chaleur entraine l’une des deux ou les deux conséquences suivantes :

( Variation de température du milieu qui reçoit ou cède de la chaleur ( on parle de chaleur sensible

( Changement d’état du corps qui reçoit ou cède de la chaleur (de la chaleur est échangée mais on observe pas de variation de température dans le milieu lors du changement d’état) ( on parle de chaleur latente

[pic]

3.3.1 Evaluation de la chaleur sensible (= enthalpie sensible)

[pic]

On considère le système suivant :

La chaleur sensible est caractérisée par la capacité thermique CP et les températures entrante T1 et sortante T2.

La capacité thermique (Cp) = est la quantité de chaleur nécessaire pour provoquer un changement de température pour une certaine quantité de matière.

CP en J/K°/kg, ex : CP de l'eau est de 4.18 kJ/K°/kg

( Pour évaluer la chaleur sensible on fait appel à l’enthalpie sensible

L'enthalpie sensible ((H) = est la variation d’enthalpie associée à un échange de chaleur.

On a :

Avec :

- (Hm = H2-H1 quantité de chaleur absorbée ou libérée par un système qui subit une variation de température sans changement d'état.

- CP = Capacité thermique du système

- T = Température

- Hm2 = Enthalpie massique ou molaire finale = CpT2

- Hm1 = Enthalpie massique ou molaire initiale = CpT1

( Après intégration, la formule pour évaluer la chaleur sensible devient :

( En supposant que la capacité thermique du système n’a pas changé significativement avec H2 = CP .T2 et H1 = CP .T1

(Hm = CP . (T2-T1 )

( Si capacité thermique est modifiée de CP1 à CP2

(Hm = (CP2. T2) - (CP1. T1)

( En tenant compte du débit matière, la formule pour évaluer la chaleur sensible devient alors :

3.3.2 Evaluation de la chaleur latente (Enthalpie de changement d’état)

Les corps existent sous 3 états possibles : solide, liquide, gaz

Chaque changement d'état nécessite de l’énergie. Ainsi chaque changement d’état possède une enthalpie massique et molaire de transformation exprimée en kJ.kg-1 ou en kJ.mol-1.

On note :

- Lfus ( pour la fusion d’un solide en liquide

- Lvap ( pour la vaporisation d’un liquide en gaz (ex : Lvap eau = 2253 kJ.kg-1 à la pression atmosphérique

- Lsub ( pour la sublimation d’un solide en gaz (= Lvap + Lfus)

La formule permettant d’évaluer la chaleur latente est :

3.3.3 Importance relative des deux types de chaleur échangeable

Comparer l’énergie à fournir pour amener 1 litre d’eau de 0°C à 100°C d’une part et pour vaporiser 1 litre d’eau à 100°C.

( L'enthalpie totale est égale à la somme algébrique de toutes les enthalpies intervenant entre les températures Ti et Tfin..

4. Etablissement des bilans thermiques

Avant de poser un bilan énergétique, il est nécessaire de poser le bilan matière.

L'établissement d'un bilan thermique est fondé sur le principe de conservation de l'énergie.

Σ énergies entrantes dans le système = Σ énergies sortantes du système

( 1ère façon de poser un bilan ( on raisonne en enthalpie

Somme de toutes les enthalpies entrantes = Somme de toutes les enthalpies sortantes

H1 + H3 = H2 + H4

( 2ème façon de poser un bilan (préférable) : on raisonne en