Cours de thermodynamique Filière : PSI Diagramme enthalpique ou de Mollier 1 Présentation L’étude et la conception des machines frigorifiques nécessite la connaissance des caractéristiques physiques des fluides frigorigènes afin d’optimiser les échanges thermiques avec l’enceinte considérée. A cet effet on a construit pour chaque fluide son propre diagramme (log 𝑃 , ℎ) donnant les variations de la pression en fonction de l’enthalpie massique du fluide en maintenant à chaque fois un paramètre constant ; le diagramme est donc formé de plusieurs courbe iso-X (avec X désignant ℎ, 𝑇 , 𝑃 , 𝑣, 𝑠). 2 Lecture du diagramme Le principe du diagramme de Mollier est le suivant : FIGURE 1 – Principe du diagramme de Mollier ⩥ L’abscisse est l’enthalpie massique ℎ du fluide étudié, exprimée en kJ.kg−1 . L’ordonnée est la pression 𝑃 exprimée en bar avec échelle logarithmique. ⩥ Les deux courbes en pointillés(d’ébullition à gauche et de rosée à droite) forment la courbe de saturation. Elles délimitent une zone diphasique liquide-vapeur. ⩥ Les isothermes sont presque verticales dans la phase liquide mais pas dans la phase vapeur. En revanche si la vapeur se comporte comme un gaz parfait l’isotherme est verticale puisque ℎ𝐺𝑃 = ℎ(𝑇 ). Un palier horizontal correspond à une isobare. ⩥ Afin que l’exploitation soit facilitée, on porte les valeurs des iso-volume, des iso-titre massique, des isentropiques et des isothermes sur les courbes. ⩥ Le sommet C représente le point critique au delà duquel il n’existe aucun palier horizontal, cela signifie que pour 𝑇 > 𝑇𝐶 même si on augmente la pression on n’arrive pas à condenser le fluide. 3 Circuit frigorifique Un circuit frigorifique est composé essentiellement de 4 organes dans l’ordre : compresseur, condenseur , détendeur , évaporateur. Le schéma de la figure 2 indique le fonctionnement et le sens de circulation du fluide frigorigène. L’efficacité de la machine est parfois notée COP (qui désigne coefficient of preformance). 1 [email protected] Cours de thermodynamique Filière : PSI FIGURE 2 – Machine frigorifique Exercice no 1. Diagramme de Mollier Du fluide réfrigérant R134a subit le cycle thermodynamique suivant : ∙ À la sortie du condenseur, le fluide est dans l’état, noté (1), de liquide saturant à la température 𝑇 = 40◦ C . ∙ Il subit alors une détente isenthalpique dans un détendeur qui abaisse sa pression de 8 bar et l’amène à l’état noté (2). ∙ Il traverse, sans chute de pression, un évaporateur dans lequel il reçoit une grande quantité d’énergie, suffisante pour l’amener à sa température de vapeur saturante augmentée de +10◦ C qui représente l’état (3). ∙ La vapeur sèche est alors comprimée de façon isentropique jusqu’à atteindre l’isobare de départ au point (4). 1. Placer les points (1) à (4) sur le diagramme des frigoristes représenté figure 3. 2. Quelle est la température des points (2), (3) et (4) ? 3. Quelle est l’enthalpie massique du fluide au point (2), et des points correspondant au liquide et à la vapeur saturants ? 4. En déduire le titre en vapeur du point (2). 2 [email protected] Cours de thermodynamique Filière : PSI FIGURE 3 – Diagramme des frigoristes du R134A 3 [email protected]
