COMPRESSION des FLUIDES

-compression des fluides

La compression   est une augmentation de pression  soit d'origine mécanique,soit liée à une augmentation de chaleur, ce qui entraîne de toutes façons une diminution de volume

COMPRESSION MECANIQUE des GAZ

L'origine de la compression qu'un gaz exerce sur son contenant provient des chocs inter-moléculaires et elle est en général isotrope (identique quelle que soit la direction)

La pression extérieure apportée à un gaz est liée à une force appliquée sur une paroi non déformable du contenant.Il y a alors diminution de volume (exemple d'une chambre de combustion d'un moteur thermique).

Le maxi des pressions créées dans l'industrie est de l'ordre de 1013 Pascals

A l'inverse, la détente est une extension du volume, entraînant diminution de pression.

 

-le coefficient de compression isotherme   reflète la diminution relative de  pression d'un corps, rapportée à la variation de volume qu'il subit dans le même temps --et ceci à température constante, donc isotherme--

Equation aux dimensions structurelles L-3    symbole h*p  unité S.I.+ le  m-3

h*p = (dp / p0.dV)T  où V(m3)= volume et p (Pa)= pressions

 

COMPRESSION THERMODYNAMIQUE des GAZ

La compression du gaz est ici liée à intervention de la température

-le coefficient de compression isochore   reflète la diminution relative de pression  d'un corps, rapportée à la variation de température qu'il subit dans le même temps --et ceci à volume constant, donc isochore--

Equation aux dimensions structurelles : Θ-1    symbole b unité S.I.+ le K-1

b = (dp / p0.dT)V   On a aussi b = d²F / p.dT.dV où F(J) est l'énergie libre

 

-la compression

p = B’.R*m.DT       ainsi que   p = h*v.R*.T        et    p = ρ'.c’v.T

avec p(Pa)= compression du gaz

B’(mol/m3)= densité moléculaire (ou de quantité de matière) volumique

R*m(J/mol-K)= constante molaire (8,314472 J/mol-K)

R*(J/K)= constante de Gay Lussac (8,314 J/K)

c’v(J/kg-K)= capacité thermique massique à volume constant

T(K)= température

ρ‘(kg/m3)= masse volumique

h*v(particules/m3)= densité particulaire volumique

 

-le cas de vapeur saturante

p= F’.expT

pv(Pa)= pression de vapeur saturante (c’est à dire en PHASE de coexistence liquide-gaz)

F'(Pa)= facteur dimensionnel, inverse -entre autres- du rayon des gouttelettes

T(K)= température absolue

Et pour le cas de l'eau >> pv = (T / 100)4 (où T en °C et pv en bar, avec approximation de 1 à 5% entre 100 et 280°C)

 

-le cas de vapeur non saturante

idem un gaz parfait

 

-le taux de compression d'un gaz (i*z)est le rapport entre les volumes gazeux, avant et après la compression.

---dans les machines de compression d'air: compresseurs (i*z > 2)

--dans les machines assimilées (i*z < 2)

---dans les moteurs thermiques, où il définit les limites d’expansion d’un carburant (sous la forme d'un rapport entre les volumes maxi et mini de la chambre de combustion) >> ses valeurs pratiques vont de 5 à 12 pour les moteurs à essence et de 12 à 25 pour les diesels

 

-la loi de Boyle-Mariotte :

(p.V) = (R*.T) ou encore (p.V) =q.(R*m.T) ainsi que (p.V) =m.(c'i.T)  est la loi régissant le cas général des gaz (parfaits)

où p(Pa)= pression, V(m3)= volume, R*(J/K)= constante des gaz , R*m(J/K-mol)= constante molaire, q(mol)= quantité de matière, m(kg)= masse, c'i(J/kg-K)= constante individuelle du gaz , T(K)= température absolue

La loi de Mariotte appliquée à la plongée sous-marine:

Quand un plongeur respire sous l'eau (hors apnée) il doit faire appel à une réserve de gaz, en bouteilles .Il doit alors tenir compte de considérations:

--la pression augmente (1 bar tous les 10 mètres) et s'il est par exemple à -70 m., ses poumons subissent 8 bars de pression.Et le volume de l'air quis'y trouve est 8 fois plus faible qu'en surface.Donc les 6 litres de sa capacité thoracique équivalent à 6x8 = 48 litres d'air de surface. S'il remonte instantanément, il y a détente de pression et l'air reprend les 48 litres de son volume local, qui n'ont pas le temps d'être expulsés et font éclater les poumons (on appelle cela "la surpression pulmonaire", mais en fait c'est un sur-volume de contenance pulmonaire)

--en outre, comme la température du fond de l'eau est plus basse qu'en surface, le manomètre de lecture affiche une valeur moindre, ce qui donne une indication fausse au plongeur (le coefficient de réduction étant égal au rapport des températures absolues)

 

-pour les liquides >>> ils sont réputés incompressibles, ce qui n'est pas tout à fait vrai >> il y a très faible compression, donnée par la valeurdu coefficient de compressibilité volumique isotherme  cqui vaut (en Pa-1)>> pour l'eau à 20°C(5.10-10)--pour l'eau à 60°C(4.10-10)--pour autres liquides à 20°C (10-9)--pour autres liquides à 60°C (1,3.10-9) et pour l'eau sous 1000 atmosphères (soit 108 Pa) compression de 3,5%, mais pas linéairement

 

SURPRESSION

signifie dépassement de valeur, hors de la plage usuelle de pression prise dans une série de phénomènes usuels dans un milieu.

 

APPAREILS de COMPRESSION

-si le fluide est un gaz >>> c'est un compresseur (les pièces constitutives pouvant être pistons, vis, lobes, spirales....) appareil qui compresse un gaz (qui sert ensuite à transmettre de l'énergie, après éventuel stockage)

Pression usuelle fournie par un compresseur = 7 bars (soit 100 p.s.i.) mais les puissants compresseurs produisent de 20 à 700 bars   (1 bar = 105 Pascals)

-s'il s'agit d'un liquide, le compresseur version hydraulique est dit "surpresseur ou pompe hydraulique"

-rappel pour un solide : on n'utilise plus le terme de compresseur D'ailleurs on ne fait souvent que «presser», comme avec l'étau (faible pression) ou le marteau-pilon (fortes pressions) Voir cependant chapitre spécial

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