Tube de Ranque-Hilsch
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Vous avez de Le tube de Ranque-Hilschest un dispositif thermodynamique sans pièce en mouvement permettant de produire de l'air froid, imaginé par le français Georges Joseph Ranque et amélioré par l'allemand Rudolph Hilsch.
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[modifier] Fonctionnement pratique
L'air injecté tangentiellement crée par effet vortex un écoulement tourbillonnaire extrêmement rapide (un million de tours par minute) et est freiné par une valve conique. L'échange de chaleur avec l'onde produite en retour refroidit l'air réfléchi.
Il doit être alimenté en air comprimé (5 à 10 bars) très sec et propre. Fabriqué dans des dimensions de 10 à 30 cm de long et d'environ 1 cm de diamètre, il atteint une différence de température de 70°C entre l'air entrant et le côté froid. Dans ces conditions, la puissance frigorifique est de l'ordre de 2500 kcal/h.
Bien entendu, il peut fonctionner avec n'importe quel gaz qui ne se condense pas aux températures produites.
Utilisation: partout où est nécessaire un refroidissement sans contact (usinage, test de composants électroniques, fabrication du chocolat). Inconvénient: le système (compresseur+tube) est beaucoup moins efficace en termes d'énergie que les groupes réfrigérants classiques.
[modifier] Un peu de thermodynamique
[modifier] Premier principe
Celui de la conservation de l'énergie. L'équation thermodynamique est très simple:
Soit p la fraction (en masse) de gaz sortant du côté froid, et c la chaleur massique du gaz, avec les indices a(alimentation), f(côté froid) et c(côté chaud):
En supposant le gaz parfait on peut simplifier :
Dans les faits et d'autant plus que l'on cherchera à augmenter les performances, on s'éloignera du gaz parfait...
[modifier] Second principe
D'après le second principe de la thermodynamique, il est impossible de refroidir un corps froid grâce à un autre plus chaud sans dépenser de l'énergie. C'est pourtant ce que semble faire ce dispositif! En considérant l'ensemble du système, compresseur et tube de Ranque-Hilsch, il devient clair que c'est le compresseur qui fournit ce travail. Les pères de la thermodynamique peuvent dormir tranquilles...
Il faut noter que le fonctionnement du tube n'est toujours pas très clair. Il est en tout cas lié à la compressiblité du fluide car il est totalement inopérant avec un liquide.
[modifier] Utilisations - rendement
Diverses utilisations moins anecdotiques ont été ou sont encore étudiées. elles se heurtent toutes au rendement déplorable de l'ensemble compresseur et tube, de l'ordre de 0,10 alors qu'un réfrigérateur atteint 10!
- Production d'air liquide par une cascade de tubes
- Séparation de gaz de densités différentes
[modifier] Voir
exercices élémentaires classiques sur les gaz parfaits
[modifier] Liens externes
Ce dispositif a été breveté par G.J.Ranque en 1931 en France, puis aux USA en 1934: brevet US-1,952,281
