Moteur de Carnot

Carnot à décrit un moteur dans son ouvrage " réflexion sur la puissance motrice du feu". L'inconvénient de sa construction provient du fait qu'il propose un déplacement de la source de chaleur alors que Robert Stirling construit un moteur dans lequel les sources de chaleur son fixes et le gaz se déplace entre les deux sources à l'aide d'un déplaceur. ( sauf pour le moteur Alpha). Ces deux moteurs ont en commun des cycles à quatre transformations: Isothermes et adiabatiques pour Carnot et Isothermes et Isochores pour Stirling.
Le moteur de Stirling fut déclaré impossible très tôt " Ce cycle est théoriquement irréalisable, car l'isothermie et l'adiabacité parfaite sont impossible à obtenir." Machine à vapeur et machines thermiques diverses J. Dejust (1899)"). Qui parle de moteur parfait ? Les moteur de Stirling et d'Ericsson sont ils parfaits ?. Le moins imparfait des moteurs à air chaud est le moteur de Carnot car il ne nécessite pas de régénérateur, principale imperfection du moteur de Stirling ( volume mort vs efficacité). Il existe de nombreuses architectures permettant de dérouler au mieux le cycle de Carnot.

On m'a affirmé qu'il serait moins puissant qu'un Stirling à taille égale. C'est faux! Les transferts de chaleur s'opèrent dans les processus isothermes qui sont identiques sur les deux moteurs (T.chaud et T.froid identique et masse de même gaz identique). Le meilleur des deux est celui qui possède le moins de volumes morts; Carnot !. Il n'a pas été réalisé car personne n'y avait sérieusement réfléchit.

La discussion est maintenant ouverte.

Bonjour,

A la place de volumes morts gazeux contenus dans le moteur Stirling, une solution de type "Carnot" (qui avait connaissance de l'existance du moteur Stirling, et s'en est inspiré pour sa théorie - voir commentaires en pied de page), une telle solution crée des volumes morts solides.
Toute la matière qui entoure le gaz doit être chauffée ou refroidie à X Hz ou tours/min, ce qui est très énergivore non ?

Mat a écrit:Bonjour,

A la place de volumes morts gazeux contenus dans le moteur Stirling, une solution de type "Carnot" (qui avait connaissance de l'existance du moteur Stirling, et s'en est inspiré pour sa théorie - voir commentaires en pied de page), une telle solution crée des volumes morts solides.
Toute la matière qui entoure le gaz doit être chauffée ou refroidie à X Hz ou tours/min, ce qui est très énergivore non ?

Bonjour,
Il est vrai que Carnot connaissait peut être l’existence du moteur de Stirling.
Dans une note, à la fin de son livre, en page 112 de son ouvrage* conservé à la BNF, il écrit ceci:

« Il a été fait, dit-on, tout récemment en Angleterre des essais heureux sur le développement de la puissance motrice par l’action de la chaleur sur l’air atmosphérique. Nous ignorons entièrement en quoi ces essais ont consisté, si toutefois ils sont réels »

De là à dire qu’il s’en est inspiré… L’affirmation m’apparait hâtive. Non ?
*« Réflexions sur la puissance motrice du feu »

Maintenant je vais éclaircir le sujet et vous aider à comprendre la suite de votre interrogation :

Les cycles théoriques de Carnot, de Stirling et d’Ericsson ont un point commun. La transformation énergétique se fait au moyen de deux transformations isothermes sur le gaz de travail. Une détente coté chaud et une compression du coté froid. Carnot appelle cela « le transport du calorique ». Prenons par exemple le coté chaud et voyons comment cela fonctionne sans faire de maths .

Au commencement le gaz de travail est à la même température que la source chaude et est contenu dans un petit volume. Vous augmentez alors le volume pour accomplir cette transformation. Avec l’aide d’un piston, par exemple. Naturellement sans la présence de la source chaude, le gaz refroidirait. Si vous détendez suffisamment lentement, la température du gaz reste constante et vous prélevez juste ce qu’il faut de chaleur pour pouvoir la transporter vers la source froide. En gros, l’isotherme théorique ressemble à cela. Comme la théorie veut que le système soit à l’équilibre, cette transformation prend un temps infini. Autrement dit ce serait un moteur à l’arrêt donc de puissance nulle.

Sur un vrai moteur, un qui tourne, cette transformation idéale n’existe pas (sur un moteur qui tourne c’est une transformation polytropique avec un indice aussi proche que possible de 1). Cependant il faut s’en approcher au mieux et faire en sorte, en premier lieu, de la commencer convenablement. On va donc faire précéder cette transformation isotherme par une autre qui n’aura pour seul but que d’amener le gaz à la température de la source chaude ou froide sans dépenser d’énergie sur un cycle complet. Stirling, Carnot et Ericsson ont utilisé chacun des méthodes différentes pour atteindre ce but.

Stirling utilise une transformation isochore régénérative. Il fait passer son gaz au contact de plaques de verres situées entre les deux sources de chaleur. Dans un sens, le gaz chauffe les plaques en se refroidissant et dans l’autre il se chauffe en refroidissant les plaques qui lui ont cédé cette chaleur.
Tout ceci sans changer le volume de gaz (isochore). Il fallait y penser ! Le hic dans cette histoire, c’est le volume mort entre les plaques et l’impossibilité de céder et de récupérer toute la chaleur dans ce dispositif. En fin de course le gaz n’est pas à la bonne température pour attaquer les transformations isothermes.

Carnot fait plus simple, il change le volume sans apport de chaleur : c’est une transformation isentropique. Sur un cycle, c’est gratuit car l’énergie mécanique apportée pour comprimer le gaz est rendue dans la transformation opposée. Le problème c’est qu’il faut isoler le gaz des deux sources de chaleur pour opérer ces transformations. Pas simple…

Ericsson utilise un compromis entre ces deux transformations Il détend le gaz en le chauffant à l’aide d’un régénérateur et maintient la pression constante pendant toute la transformation. C’est une isobare, astucieuse je dois le reconnaitre. Plus astucieux encore, Ericsson tue les volumes morts au moment où ils sont gênants au moyen de soupapes.