Machines Frigorifique

Rapport Thermodynamique Thermodynamique

Machines Frigorifiques

Réalisé par :

Groupe : 3EMB1

- Zayéne khmais - Mrad ayed - Marweni helmi - Sbouri anis

- Azizi Mohamed - Ben amor ahmed

Année universitaire 2017-2018

Les machines frigorifiques

Introduction Générale ............................................................................................ 4 CHAPITRE 1: Présentation de cycle frigorifique ..................................................... 5

1. Introduction : ............................................................................................. 6 2. Cycle frigorifique: ...................................................................................... 6 3. Fonctionnement de cycle frigorifique: ..................................................... 7 CHAPITRE 2 : Etude de cas réel ............................................................................ 13

1. Problématique : ........................................................................................ 14 2. Correction: ................................................................................................ 15

Conclusion générale ............................................................................................ 17

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Liste des figures

Figure 1 : Circuit frigorifique ................................................................................ 6 Figure 2 : Le circuit frigorifique simplifié ............................................................ 7 Figure 3 : Diagramme enthalpique ........................................................................ 8 Figure 4 : Exemple de diagramme pour du R134 A ............................................. 9 Figure 5 : Le cycle frigorifique dans le diagramme de mollier .......................... 10 Figure 6 : Digramme T-S .................................................................................... 15

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Introduction Générale

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, ce recherche qui consiste a décrire une machine frigorifique.

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1. Introduction : Les machines les plus courantes fonctionnent en vaporisant le fluide frigorigène dans la chambre froide. C'est précisément au cours de cette opération que la chaleur est absorbée.

2. 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



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.

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

Le Condenseur : C'est un échangeur qui permet au gaz haute pression et haute température de ce 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.

3. Fonctionnement de cycle frigorifique: La première chose à comprendre est qu’on fait de froid en prenant de la chaleur (ce qui a pour effet de refroidir).

Figure 2 : Le circuit frigorifique simplifié

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Les quatre éléments de base du circuit frigorifique sont reliés entre eux par les 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). 7 -De liquide frigorigène pur (à haute pression et température sensiblement ambiante) dans la conduite de liquide (point 3).

Diagramme enthalpique ( Diagramme Mollier) Le diagramme de Mollier ou enthalpique 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 enthalpique

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Chaque fluide à son diagramme correspondant à ses propriétés physiques. Si on trace sur un diagramme de Mollier toutes les transformations d'un cycle frigorifique (en rouge), on obtient un cycle théorique.

Figure 4 : Exemple de diagramme pour du R134 A

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-refroidit "). A droite, le fluide est à l'état vapeur (il " surchauffe").

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Figure 5 : Le cycle frigorifique dans le diagramme de mollier 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

Mais la compression étant isentropique (adiabatique réversible) :

Q4-5≠0 Donc le travail peut s'exprimer par : W4-5 = h5-h4

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

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 tempér ature 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 a ppelé coefficient d’effet frigorifique, qui a pour expression :

ε=

 

=

ℎ4−ℎ1 ℎ5−ℎ4

L'efficacité énergétique ou COP-froid : Une machine frigorifique est énergétiquement efficace si elle demande peu d'énergie pour fournir une puissance frigorifique donnée.

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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.

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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 4-1 Extraction de chaleur à pression constante dans l’évaporateur

Questions : 1-Tracer le cycle sur le diagramme T-s

Déterminer : 2- la puissance thermique extraite du milieu réfrigéré et la puissance consommée par le

compresseur 3-la puissance thermique évacuée dans le milieu extérieur 4- le COP de réfrigérateur

Hypothèses : Le régime d’écoulement est permanent Les énergies cinétique et potentielle sont négligeables

Analyse :

Le fluide frigorigène entre dans le compresseur sous forme de vapeur saturée et sort du condenseur sous forme de liquide saturé.

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2. Correction: 1) Digramme T-S

Figure 6 : Digramme T-S

Etat 1 :

Etat 3 :

- S1 = Sg = 0,945 kj/kg

- P3 = P2 = 8bar

- P1 = 1,4bar

- h3 = 95,47kj/kg

- T1 = - 18,8°C - hg = h1 = 239,2 kj/kg

Etat 2 :

Etat 4 :

- S1= S2 = 0,945kj/kg > Sg => P=8 bar

- h3 = h4 = 95,47kj/kg

- P2 = 8bar h2=275,4 kj/kg

1) La puissance thermique

QF = m.∆h = m.(h1 - h4) =0,05(239,2 - 95,47) =7,18 kw

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Puissance consommée par le compresseur

W = m.∆h = m(h2-h1) =0,05(275,4 - 239,2) =1,81 kw 2) la puissance thermique évacuée dans le milieu extérieur Qc = m(h3-h2) =0,05(95,47 - 275,4) = -8,99 kw le COP de réfrigérateur :

EF =

 

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=

7,18 1,81

= 3,96

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Conclusion générale

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