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Avertissement au visiteur! Les informations contenues dans ces pages se veulent aussi exactes que possible et vous sont proposées en toute bonne foi. Cependant leur caractère très général fait qu'elles peuvent être inappropriée dans une situation particulière. Aussi toute application, choix ou décision qui en découlerait doit impérativement être validé par un expert compétent.

Groupes frigorifiques à compression

Cycle frigorifique simple

Schéma cycle frigo simple
  1. Un fluide dit "frigorigène" est vaporisé à une pression P0 et une température T0
  2. La vapeur est reprise par un compresseur qui porte sa pression à P1 telle que le fluide frigorigène puisse être aisément condensé à la température T1.
  3. Le liquide retourne dans la zone de vaporisation où il est détendu à la pression P0. Il se vaporise en partie, ce qui abaisse sa température à T0.
  4. Le reste du liquide sera vaporisé en fonction du besoin de refroidissement.

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).
La vapeur ainsi produite dans l'évaporateur, après recompression,  peut ensuite être reliquéfiée 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.


Efficacité et coefficient de performance (COP)

L'efficacité 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

L'efficacité maximum (efficacité du cycle de Carnot) pour une machine fonctionnant entre les températures Tsf de la source froide et Tsc de la source chaude est:

Eff 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 l'efficacité d'une machine frigorifique, encore appelé coefficient de performance (COP) ou rendement thermique, 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


Fluide

Vol asp
[l/Frig]

Tx Comp

P Comp
[Wh/Frig]

Tre ref
[°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

Lubrifiants pour systèmes frigorifiques

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


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