Groupes frigorifiques à compression
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Cycle frigorifique simple
- Un fluide dit "frigorigène" est vaporisé à une pression P0 et une température T0
- 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.
- 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.
- 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 |
Tx Comp |
P Comp |
Tre ref |
|---|---|---|---|---|
| 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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