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Machines frigorifiques à compression

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by

oumaima hamidi

on 21 November 2014

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Transcript of Machines frigorifiques à compression

Machines frigorifiques à compression
design by Dóri Sirály for Prezi
La connaissance du principe de fonctionnement des machines frigorifiques à compression et l’application des lois de la thermodynamique pour étudier la performance de ces machines.
Une installation frigorifique est une machine thermique à deux sources fonctionnant en régime inverse de celui des machines motrices.

Etant donné une source TF (TF < TC), on fait décrire au fluide frigorifique un cycle fermé au cours duquel il soutire à la source froide une quantité de chaleur QF, puis cède à la source chaude une quantité de chaleur QC. Cette machine est représentée sur la figure III-1
Objectif
L’effet utile de la machine est QF désigné également sous le nom d’effet frigorifique. On appelle coefficient de performance d’effet frigorifique par unité de travail :
COP = QF / W = QF / - (QF + QC) [III-2]
II- Le coefficient de performance
I- Principe
D’après le second principe, ce transfert de chaleur de la source froide à la source chaude ne peut pas se faire sans l’intervention d’un travail mécanique extérieur, donc le fonctionnement d’une machine frigorifique nécessite la présence d’une source extérieure d énergie.

Ainsi dans une machine frigorifique, le fluide frigorigène reçoit, au cours d’un cycle, une quantité d’énergie QF prise à la source froide à TF et cède une quantité de chaleur QC à la source chaude à TC. Par conséquent, il reçoit un travail W qui serait égal, d’après le bilan du premier principe appliqué à un cycle (transformation fermé) à :

W = - (QC + QF) [III-1]
Contrairement aux rendements, toujours inférieurs à l’unité, le COP d’effet frigorifique est supérieur à l’unité dans la plupart des cas. Il est fonction des températures extrêmes entre lesquelles évolue le cycle.
III-Les fluides frigorigènes
1- Propriétés thermodynamiques
On recherche des fluides qui auront une bonne efficacité, donc des fluides qui ont une chaleur de vaporisation élevée et qui absorbent un travail W plus réduit.


2- Propriétés physiques
Il faut essayer d’avoir une chaleur de vaporisation par m3 de volume aspiré la plus grande possible pour limiter les dimensions de l’installation.

L’intervalle entre la pression du condenseur et la pression de l’évaporateur doit être adapté au compresseur utilisé.
La pression de l’évaporateur ne doit pas être inférieure à la pression atmosphérique pour éviter des rentrées d’air humide dans l’évaporateur.


3- Sécurité du matériel et du personnel
Le fluide utilisé doit être non corrosif, ininflammable et non toxique.
4- Le facteur écologique
Ce facteur est devenu primordial au cours des dernières années. Le fluide frigorigène ne doit pas avoir une influence destructrice sur la couche d’ozone qui entoure le globe.
5- les fluides frigorigènes industriels
a- Les fréons

Il s’agit du nom d’une marque commerciale utilisé dans la pratique pour désigner les fluides obtenus par substitution d’atomes de chlore, de fluor ou du brome sur des hydrocarbures (méthane, éthane…etc.).

Ces fluides frigorigènes, désignés par une formule chimique, sont répertoriés, d’après les normes par la lettre R (réfrigérant) suivi de 2 ou 3 chiffres.
Cycle théorique des machines frigorifiques à compression
Nous avons donc deux pressions bien distinctes dans un circuit frigorifique :

La partie basse pression P2 : depuis la sortie du détendeur, l’évaporateur jusqu’à l’aspiration du compresseur.
La partie haute pression P1 : depuis le refoulement du compresseur, jusqu’à l’entrée du détendeur.

On fournit un travail W au compresseur pour extraire une quantité de chaleur QF à la source froide et restituer une quantité de chaleur QC à la source chaude.

Le cycle théorique est représenté ci-dessous sur la figure III-3 :
1- Introduction

Une machine frigorifique à cycle continu comporte :

Un évaporateur : dans lequel le fluide frigorigène s’évapore en absorbant la chaleur fournie par le milieu à refroidir.
Un compresseur : aspire la vapeur formée et la refoule au condenseur sous forme de vapeur surchauffée à température élevée.
Un condenseur : permettant la désurchauffe de la vapeur et sa condensation à une température supérieur à celle du milieu de refroidissement (air ou eau).
Un détendeur : faisant passer le fluide condensé à la basse pression tout en réglant le débit de fluide frigorigène à admettre dans l’évaporateur.

3- Production frigorifique

En pratique, la production frigorifique s’exprime en frigories / kWh.

Sachant que :

1 frigorie = 1 kcal = 4.18 kJ

1 kWh = 3600 kJ.

On considère l’efficacité théorique en exprimant QF en frigorie et W en kWh.

COP = (QF / W) . 3600/4.18



Production frigorifique spécifique = 860.COP [frigories / kWh].

On peut retenir la relation suivante entre les unités des puissances :

1 kW = 860 kcal/kg
VI- Cycle réel d’une machine à compression
1- Pertes dues aux échangeurs

Elles ne sont pas prises en compte dans le calcul du cycle, elles se manifestent par des pertes de charge et une légère diminution de la pression dans les paliers d’évaporation et de condensation, introduisant des écarts de température.
2- Pertes dues au compresseur

La masse volumique des fréons est supérieure à celle de l’air, par conséquent les pertes dans les clapets augmentent dans les compresseurs frigorifiques par rapport au compresseur à air. Si le compresseur n’est pas refroidi ni calorifugé, l’ambiance extérieur à tendance à fournir de la chaleur au cylindre, on aura donc une mauvaise compression qui s’éloigne de l’isentropicité.

Le cycle réel est schématisé sur la figure III-5.
Coefficient d’effet frigorifique réel
COP = QF / W = (hA – hD) / W
Avec: W est le travail sur l’arbre et la production frigorifique réelle = 860. COP (frigorie / kWh sur l’arbre).

Les machines industrielles de forte puissance ont une production qui peut atteindre les 4000 frigories / kWh. Les petites et moyennes machines ont une production frigorifique qui peut varier entre 1500 et 2500 frigories / kWh.
الي هذا الموسم ان شاء الله
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