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6 mars 2008 4 06 /03 /mars /2008 10:58
Le calcul du 2/10/2007 indique que l’énergie contenue dans un réservoir d’air comprimé est W = PoV ln(Po/Patm).
Ce calcul fait l’hypothèse d’une utilisation à température constante (température ambiante).
 
Une question m’a été posée : « Comment calculer et gérer l'émission et l'absorption de calories lors de la compression et de la détente ? ».
Et oui, il faut reconnaître que la température varie sans doute. Cela nuit au rendement général.
 
Premier problème : la compression.
La question de la compression de l’air est déjà amplement défrichée. Il existe de nombreux types de compresseurs. http://fr.wikipedia.org/wiki/Compresseur_m%C3%A9canique
Le débat suivant rejoint mes interrogations.
Le pseudo ahimsa dit « D'après ce que j'avais lu, le rendement d'un compresseur industriel haute pression (300 à 350 bars), multi-étages, tourne autour de 50 à 55%, guère plus. La qualité du refroidissement est un point crucial pour se rapprocher d'une compression isotherme (=sans élévation de température) qui nécessite le minimum d'énergie.»
Il est évoqué des récupérations de la chaleur produite. Les rendements sont entre 100 et 150 Wh/Nm3. L’unité Nm3 est le « normaux mètre cube ». C’est peu clair.
http://www.sciences.univ-nantes.fr/physique/perso/blanquet/thermo2000/611exsys/611exsys.htm pour la première partie fournit des formules. On trouve y trouve la notion de rendement isentropique.
 
Constat : la phase de compression pose 2 problèmes du point de vue du rendement.
1 La question de l’élévation de température du gaz comprimé. Cela est incontournable : la compression idéale est adiabatique. Si l’on ne fait « qu’attendre », cette énergie est perdue puisque le gaz revient à la température ambiante. Il est possible d’utiliser cette énergie par un récupérateur de chaleur (à condition d’avoir besoin de cette chaleur à ce moment là). Intuitivement, l’efficacité est meilleure si l’on procède par étapes (augmenter petit à petit la pression et la température : donc rester dans des gammes de températures « proches »).
2 Le fait que la compression ne soit pas isentropique. D’où le rendement isentropique.
Il faudrait sans doute rajouter le rendement mécanique du compresseur et le rendement de « l’alimentation électrique ». Tout ce la mis bout à bout donne l’impression d’un rendement global médiocre (20% ?)
 
 
Seconde phase : l’utilisation de l’air comprimé.
Dans ce cas, la décompression adiabatique engendre une baisse de température.
Là cela parait moins grave. En effet, le gaz décompressé étant plus froid, il va se réchauffer dans l’air ambiant : Cela ne coûte rien. On peut considérer que pour le rendement de ce moteur, le problème 1 disparaît complètement. Les calculs montrent que le travail extrait de façon isotherme est supérieur à celui extrait de façon isentropique (on récupère de l’énergie de la chaleur ambiante). Mais le processus doit être assez lent pour laisser le temps de « capter cette chaleur ambiante » (sinon, la formule de calcul de l’énergie récupérable n’est pas la même).
On peut éventuellement ajouter que l’on a là une source froide « gratuite » qui peut servir de climatisation l’été.
Bref, il semble que le problème ne soit pas dans la phase « moteur » du système : le rendement de « récupération » ne doit pas être trop inférieur à 100%.
 
Au final, les calculs effectués pour la dimension des réservoirs ne sont pas trop faux. Par contre, la source d’énergie (solaire, éolien,…) doit fournir en gros 5 fois plus d’énergie que celle stockée. Cela reste raisonnable si l’on admet que cette source d’énergie est « presque gratuite ». C’est le prix à payer pour stocker et ajuster temporellement la consommation à la production. Mais avec cela, on ne fait que « brasser de l’air ». Cette piste de solution est à comparer aux autres solutions de stockage énergétique (accumulateurs électrique, énergie potentiel de gravitation, stockage chimique).

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commentaires

F.Pfister 07/03/2008 17:27

Merci de ne pas avoir oublié ma question et d'y avoir répondu.Dans le cas où on utilise d'autres sources d'énergie que le solaire, les pertes de rendement se traduisent en émissions de chaleur. A large échelle, celles si ne contribueraient-elles pas au réchauffement planétaire ? Elles seraient, certes, en partie compensées par la chaleur absorbée lors de la détente...

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