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Groupes frigorifique à compression

Pour les températures comprises entre l'ambiante et -100°C, la production du froid résulte d'un changement de phase (généralement évaporation) d'un corps pur ou d'un mélange azéotropique (fluide frigorigène).
Pour qu'un tel fluide s'évapore dans un échangeur (évaporateur), il faut que sa température soit constament inférieure à celle du milieu à refroidir (source froide).
Après compression, la vapeur peut ensuite être liquéfiée dans un autre échangeur (condenseur), refroidi par le milieu naturel extérieur (source chaude).
Le taux de compression nécessaire sera d'autant plus grand que l'écart entre les températures chaude et froide sera grand.
Le compresseur peut être bi-étagé avec un refroidissement intermédiaire pour limiter la température atteinte par le gaz en sortie .
La pression la plus basse de la machine frigorifique (à l'évaporateur) ne devra pas être inférieure à la pression atmosphérique pour éviter toute entrée d'air ou d'humidité dans le circuit.

Rendement et coefficient de performance

Le rendement d'une machine frigorifique exprime le rapport de la production de froid sur l'énergie de compression nécessaire pour cette production.
L'unité traditionnelle exprimant la quantité de froid est la Frigorie.

1 Frigorie = 1 kilocalorie = 4180 Joules

Le rendement maximum (rendement du cycle de Carnot) pour une machine fonctionnant entre les températures Tsf de la source froide et Tsc de la source chaude est:
Rdt max = Tsf / (Tsc - Tsf)
Ce rendement ne peut être atteint pour les raisons suivantes:
- pour qu'il y ait échange thermique à l'évaporateur et au condenseur, il faut qu'il y ait une différence de température entre les sources chaude ou froide et la machine frigorifique (de l'ordre de 5°C). Plus cet écart est grand et plus le rendement sera faible.
- le fonctionnement de l'ensemble moteur-compresseur n'est pas parfait; une partie de l'énergie consommée n'est pas convertie en travail.
Globalement le rendement d'une machine frigorifique, encore appelé coefficient de performance est de l'ordre de 3.
1 watt fourni au moteur permettra de produire 3 watts de froid.

Le compresseur

Il est de type:
- à piston, rotatif pour des puissances de 100Watts à 500kWatts
- à vis pour des puissances de 100kWatts à 1,5MWatts
- centrifuge pour des puissances >1MWatt

Caractéristiques de fonctionnement du compresseur pour:
- pres d'aspiration = pres atmosphérique
- pression au refoulement pour condenser le fluide à 35°C
- rendement polytropique du compresseur = 72%
Rappel: 1 Frigorie = 1 kcalorie

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Fluide Vol asp Tx Comp P Comp Tre ref
       l/Frig          Wh/Frig  °C
-----  ------   -----   -----  ----
R11      4,4	 1,5    0,067   41
R12      7,3     8,5    0,74    71
R13B1   15,7    20,4    2,48    92
R21	 4,5     2,5    0,18	62
R22      7,4    13,3    1,03   122
R40      5,2     7,6    0,58   159
R114     5,3     2,9    0,24    34
R142b	 5,7	 4,5    0,37    52
R152a    6,2     8,0    0,61    82
R290     9,0    12,2    1,12    76
R318c	 6,8     4,3    0,40    25
R408a	 6,0    15      0,85   160
R502     6,4    15      0,9    150
R717	 4,9    13,4    0,79   263
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Lubrifiants pour systèmes frigorifiques

HUILE MINERALE NAPHTENIQUE
HUILE POLYOLESTER (POE)
HUILE POLYALKYLENE GLYCOL (PAG)




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