MF

RAPPORT SUR :
LES MACHINES
FRIGORIFIQUES
Niveau Universitaire : Licence en Sciences et Techniques
Filière : Mécanique Energétique
Module : Machines Thermiques et Electrothermie
Réalisés par :
Encadré par :
ANDJAR Houssam
M. AMAHMOUJ Abdelouahab
HARAIFI Aymane
LAHNOUN Ibtissam
OUICHEN Narjiss
Année Universitaire : 2023/2024
TABLES DES MATIERES
INTRODUCTION GENERALE : ............................................................................................. 4
Chapitre 1 : Les machines frigorifiques ..................................................................................... 5
1. Définition ........................................................................................................................ 5
2. Domaines d’application................................................................................................... 5
3. Cycle frigorifique ............................................................................................................ 6
4. Les composantes d’une machine frigorifique ................................................................. 6
5. Principe de fonctionnement ............................................................................................. 7
6. Diagramme enthalpie (Diagramme Molliere) ................................................................... 8
7. L'efficacité énergétique ou COP-froid : ........................................................................ 11
Chapitre 2 : Etude de Cas ......................................................................................................... 11
1. Problématique : ............................................................................................................. 11
2. Correction : .................................................................................................................... 12
CONCLUSION GENERALE .................................................................................................. 14
LISTE DES FIGURES
Figure 1: Circuit frigorifique ...................................................................................................... 6
Figure 2 : Le circuit frigorifique simplifié ................................................................................. 7
Figure 4 : Exemple de diagramme pour du R134 A .................................................................. 8
Figure 3 : Diagramme enthalpie ................................................................................................. 8
Figure 5 : Le cycle frigorifique dans le diagramme de Molliere ............................................... 9
INTRODUCTION GENERALE :
Pour acquérir une température ambiante inférieure à celle extérieure ; il est nécessaire
de prévoir une installation frigorifique dont la puissance soit correctement déterminée et les
composantes parfaitement sélectionnées, vue sa nécessité dans le domaine du froid industriel.
C’est dans ce but, que nous avons entrepris au sein du département électromécanique de l’école
supérieure d'ingénierie privé, cette recherche qui consiste à décrire une machine frigorifique.
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Chapitre 1 : Les machines frigorifiques
1. Définition
Une machine frigorifique est un cycle thermodynamique qui permet d'abaisser la
température d'un milieu relativement froid et d'augmenter la température d'un autre milieu
relativement chaud au moyen d'une dépense d'énergie mécanique. Elle est principalement
utilisée dans les réfrigérateurs et les pompes à chaleur. Le fonctionnement d'une machine
frigorifique repose sur le principe thermodynamique et nécessite au moins cinq composants.
2. Domaines d’application
Les machines frigorifiques sont utilisées dans divers domaines pour le refroidissement
de différentes substances. Voici quelques-uns des domaines d'application des machines
frigorifiques :
Climatisation et chauffage : Les systèmes de climatisation utilisent des machines frigorifiques
pour extraire la chaleur de l'intérieur d'un bâtiment, la rejetant à l'extérieur. Les pompes à
chaleur sont également des exemples de machines frigorifiques utilisées pour le chauffage.
Réfrigération alimentaire : Les réfrigérateurs et congélateurs domestiques ainsi que les
installations de stockage alimentaire à grande échelle utilisent des machines frigorifiques pour
maintenir des températures basses et prolonger la durée de conservation des aliments.
Industrie alimentaire : Les usines de transformation alimentaire utilisent des machines
frigorifiques pour refroidir et congeler des produits alimentaires, ce qui est essentiel pour la
préservation et la distribution à long terme.
Industrie pharmaceutique : Le stockage et le transport de médicaments et de produits
pharmaceutiques sensibles à la température nécessitent l'utilisation de machines frigorifiques
pour maintenir des conditions de conservation appropriées.
Industrie chimique : Certains processus industriels nécessitent un refroidissement contrôlé pour
maintenir des réactions chimiques spécifiques, et les machines frigorifiques sont utilisées à cette
fin.
Médecine : Certains équipements médicaux, tels que les scanners d'imagerie par résonance
magnétique (IRM), nécessitent des systèmes de refroidissement pour maintenir des
températures optimales pendant leur fonctionnement.
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3. Cycle frigorifique
Le cycle frigorifique compression, condensation, détente, évaporation est un principe
thermodynamique utilisant les propriétés physiques d’un fluide pour assurer un transfert de
chaleur ou d’énergie.
Le circuit frigorifique comporte quatre éléments essentiels, le compresseur, le
condenseur, le détendeur, l’évaporateur, celui-ci permet ainsi de capter ou retirer l'énergie
contenue dans une source appelée "source froide" pour la transférer ou la rejeter vers une
"source chaude".
Figure 1: Circuit frigorifique
4. Les composantes d’une machine frigorifique
Le Compresseur : C'est le cœur d'installation, il aspire le gaz base pression et basse
température venant de l'évaporateur, le comprime et le refoule à haute pression et haute
température vers le condenseur.
Le Condenseur : C'est un échangeur qui permet au gaz haute pression et haute
température de se transformer petit à petit en liquide, par échange avec l'air par exemple, c'est
le phénomène de la condensation, passage de l'état vapeur à l'état liquide.
Le Détendeur : Le liquide formé dans le condenseur est détendu par abaissement
brusque de la pression au passage du détendeur.
L'évaporateur : Est lui aussi un échangeur de chaleur, le fluide liquide provenant du
détendeur va entrer en ébullition dans l'évaporateur en absorbant de la chaleur au fluide
extérieur, (l'eau, l’air...) c'est la phase d'évaporation. Le gaz est ensuite aspiré par le
compresseur pour un nouveau cycle.
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5. Principe de fonctionnement
La première chose à comprendre est qu’on fait de froid en prenant de la chaleur (ce
qui a pour effet de refroidir).
Les quatre éléments de base du circuit frigorifique sont reliés entre eux par les
Figure 2 : Le circuit frigorifique simplifié
tuyauteries frigorigènes :
-De refoulement : entre le compresseur et le condenseur (en 2).
-De liquide : entre le condenseur et le détendeur (en 3).
-D’aspiration : entre l’évaporateur et le compresseur (en 1).
Dans lesquelles circule en circuit fermé étanche, le fluide frigorigène qui est
successivement à l’état :
-De vapeurs froides détendues à basse pression dans la conduite d’aspiration (point 1).
-De vapeurs comprimées surchauffées à haute pression HP dans la conduite de
refoulement (point 2).
-De liquide frigorigène pur (à haute pression et température sensiblement ambiante)
dans la conduite de liquide (point 3).
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6. Diagramme enthalpie (Diagramme Molliere)
Le diagramme de Molliere ou enthalpie permet de comprendre le cycle frigorifique en
suivant l'évolution du fluide au cours de chaque transformation, on part d'un état initial d'un
fluide à un état final en déterminant les différentes enthalpies (quantité de chaleur contenue par
un fluide).
Figure 3 : Diagramme enthalpie
Chaque fluide à son diagramme correspondant à ses propriétés physiques.Si on trace
sur un diagramme de Molliere toutes les transformations d'un cycle frigorifique (en rouge), on
obtient un cycle théorique.
Figure 4 : Exemple de diagramme pour du R134 A
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Figure 5 : Le cycle frigorifique dans le diagramme de Molliere
Sous la courbe « en cloche » se situe le mélange liquide-vapeur. A gauche de la cloche,
le fluide est à l'état liquide (il se "sous-refroidi"). A droite, le fluide est à l'état vapeur (il
"surchauffe").
La figure 5 montre le cycle de fonctionnement en coordonnées enthalpie massique logarithme de la pression absolue.
•En 1, le fluide frigorigène sort du détendeur (vanne) et entre dans l’évaporateur. Il
s'agit là d'un milieu diphasique.
•De 1 à 4, le fluide évolue dans l’évaporateur successivement à l’état d'ébullition (1 à
2), de vapeur saturée (2), puis de vapeur sèche (2 à 4). On suppose que ces transformations ont
lieu à pression constante (pertes de charge négligeables). Le travail est donc nul et la quantité
de chaleur fournie au fluide par l’enceinte est :
Qevap = h4-h1
•De 4 à 5, la vapeur subit une compression supposée isentropique. D'une manière
générale, nous pouvons écrire que :
W4-5 + Q4-5 = h5-h4
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Mais la compression étant isentropique (adiabatique réversible) :
Q4-5≠0
Donc le travail peut s'exprimer par :
W4-5 = h5-h4

En 5, la vapeur, par suite de la compression jusqu’à la pression P2 (HP), se
trouve à la température de surchauffe t2 dont la valeur dépend de la
température d’ébullition t4 et de la température de condensation t3.

De 5 à 8, le fluide évolue à pression constante P2 (HP) et passe
successivement de l’état de vapeur sèche 5 à l’état de vapeur saturante 6 et se
condense de 6 à 7 (t6' = t7). Dans la canalisation allant du condenseur au
détenteur, le

Liquide se refroidit de la température de condensation jusqu’à t8. Il n’y a pas
de travail extérieur (pertes de charges négligeables). La quantité de chaleur
enlevée au fluide frigorigène est donc :
Qcond= h8-h5

De 8 à 1, le fluide se détend à travers la vanne (détendeur). Travail et
chaleur sont nuls, donc l’enthalpie se conserve :
h8 = h1

Le « rendement thermodynamique » d’une installation frigorifique, est
caractérisé par un coefficient ε appelé coefficient d’effet frigorifique, qui a
pour expression :
𝜀=
𝑄𝑐𝑜𝑛 ℎ4 − ℎ1
=
𝑊
ℎ5 − ℎ4
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7. L'efficacité énergétique ou COP-froid :
Une machine frigorifique est énergétiquement efficace si elle demande peu d'énergie
pour fournir une puissance frigorifique donnée.
COP froid = Prod. Frigo / Travail du compresseur
On évalue son efficacité par le calcul du COP (coefficient de performance) : rapport
entre la puissance frigorifique produite et la puissance fournie au compresseur.

Dans le cas d'une machine frigorifique traditionnelle, la puissance fournie est
électrique. Le COP d'une telle machine peut atteindre la valeur de 3, voire plus.

Dans le cas d'une machine frigorifique à absorption, le COP réel tourne autour
de 0.7; celui d'une machine à adsorption varie entre 0.5 et 0.6.
Chapitre 2 : Etude de Cas
1. Problématique :
Soit un réfrigérateur qui fonctionne selon le cycle de réfrigération à compression de
vapeur idéal. Le fluide frigorigène est réfrigérant R134a. Les limites de pression du système
sont 0.14 et 0.8 Mpa et le débit massique de réfrigérant est de 0.05Kg/s. Le cycle de
réfrigération comprend quatre évolutions :
1-2 compressions isentropiques dans le compresseur
2-3 Evacuation de chaleur à pression constante dans le condenseur 3-4 Détente dans le
détendeur.
3-4 Détente dans le détendeur
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4-1 Extraction de chaleur à pression constante dans l’évaporateur.
Questions :
1- Tracer le cycle sur le diagramme T-S.
2- Déterminer la puissance thermique extraite du milieu réfrigéré et la puissance consommée
par le compresseur.
3- Déterminer la puissance thermique évacuée dans le milieu extérieur.
4- Déterminer le COP de réfrigérateur.
2. Correction :
1. Diagramme T-S
Etat 1:
- S1 = Sg = 0,945 kj/kg
Etat 3:
- P3 = P2 = 8bar
- P1 = 1,4bar - h3 = 95,47kj/kg
- T1 = - 18,8°C
- hg = h1 = 239,2 kj/kg
Etat 2:
- S1= S2 = 0,945kj/kg > Sg => P=8 bar
Etat 4:
- h3 = h4 = 95,47kj/kg
- P2 = 8bar h2=275,4 kj/kg
2. La puissance thermique
QF = m.∆h
= m.(h1 - h4)
=0,05(239,2 - 95,47)
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=7,18 kw
Puissance consommée par le compresseur
W = m.∆h
= m(h2-h1)
=0,05(275,4 - 239,2)
=1,81 kw
3. La puissance thermique évacuée dans le milieu extérieur
Qc = m(h3-h2)
=0,05(95,47 - 275,4)
= -8,99 kw
4.Le COP de réfrigérateur :
𝜀=
𝑄
7,18
=
= 3,96
𝑊 1,81
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CONCLUSION GENERALE :
En conclusion, les machines frigorifiques sont considérées comme un système
thermodynamique d’où il y a le transfert de chaleur qui se transforme en température froide, et
cela dépend à un cycle frigorifique qui se basent sur des composant nécessaire qui assurent la
transformation de chaleur en froide, sans oublier qu’une étude énergétique qui consiste à un
bilan d’efficacité et rendement qui nous détermine la performance de notre machine
frigorifique.
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