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EIGSICA AU 10_11
Module : énergétique
TD2 : Problème (Cycle récepteur): Etude d’une machine frigorifique
Une machine frigorifique (MF) se compose de quatre éléments
principaux (voir figure1):
W : Compresseur – D : Détendeur
EV : Évaporateur - CD : Condenseur
La machine frigorifique considérée fonctionne avec le fluide frigorigène R134a et délivre une
puissance de refroidissement de 6 kw.
Dans toute l’étude, on suppose l’écoulement du fluide permanent.
Le compresseur W aspire le fluide sous une basse pression ( 2 bar), le comprime à l’aide
d’un piston entraîné par un moteur et le refoule sous une haute pression ( 10 bar).
Pour simplifier, dans toute l’étude, on considère que la compression est adiabatique et
réversible. On nomme "état 1" l’état du fluide à la sortie de l’évaporateur.
Le détendeur D, bien isolé et sans pièces mécaniques mobiles, est muni d’un pointeau qui
permet de réguler le débit du fluide. La chute de pression est due aux variations de section
dans cet élément.
L’évaporateur et le condenseur sont des échangeurs thermiques isobares, dépourvus de
pièces mécaniques mobiles assimilés à des radiateurs, offrant ainsi une grande surface de
contact thermique avec l’air de l’endroit à refroidir (pour l’un) et l’air extérieur (pour
l’autre).
On suppose que les pressions sont uniformes dans chacune des deux parties du circuit
(la partie haute pression et la partie basse pression), c’est-à-dire que l’on néglige les
pertes de charge, sauf dans le détendeur.
1- Indiquer en le justifiant le sens des échanges d’énergie dans le condenseur et dans
l’évaporateur. Quel est le dispositif en contact avec l’endroit à refroidir ?
2- On considère le cycle théorique vérifiant les hypothèses suivantes :
- toutes les conduites de raccordement sont isolées
- La vapeur sort de l’évaporateur à l’état de saturation
- Le détendeur est statique et adiabatique
- Le liquide sort du condenseur à l’état de saturation
- la compression est supposée statique et adiabatique
a- Représenter schématiquement le cycle théorique (1-2-3-4) de la MF dans le
diagramme ( h,p) joint et compléter le tableau récapitulatif.
b- Calculer le débit du fluide nécessaire pour la puissance souhaitée.
c- Calculer la puissance de compression
d- En déduire le coefficient de performance dans ce cas
Pour améliorer l’efficacité, on considère un cycle optimisé (1’-2’-3’-4’).
L’état (1’) correspond à une surchauffe à la sortie de l’évaporateur (surchauffe de 10 °C dûe
au réchauffement de l’air).
La sortie du compresseur aura des pertes calorifiques et le fluide se désurchauffe de 5°C.Le
point 2’ correspond à l’entrée du condenseur après la désurchauffe. T2’-T2=5°C
Le fluide est sous refroidie dans le condenseur et sort à la température T 3’ = 30 °C.
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3- Représenter le cycle optimisé ( 1’-2’-3’-4’) sur le diagramme ( annexe à rendre )
4- Compléter le tableau 1 et calculer le débit du R134 A nécessaire pour maintenir la
puissance de 6 Kw. En déduire la puissance de compression Wis et la valeur du
coefficient de performance - Conclure
5- Calculer le rendement thermodynamique de la MF
6- Calculer l’efficacité pour une compression réelle et un rendement du compresseur de 0,8
7- Peut –on optimiser le cycle ? Citer les paramètres à modifier en justifiant votre réponse
8- Comparer CopC et CopF – En déduire si le circuit de la figure 1 est efficace en tant que
système de chauffage (pompe à chaleur) ou de production du froide.
Figure 1 : Schéma de principe de la MF (Indiquer les états sur le schéma)
Tableau 1 Récapitulatif des paramètres : à remplir
Etat 1 2 3 4 1’ 2’ 3’ 4’
P(bar)
T(°C)
h(kJ/kg)
Titre
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100%
