- la partie haute pression HP (maxi 26 bars) qui s'étend du compresseur jusqu'à l'entrée dans le détendeur
- la partie basse pression BP (1 bar ou moins en général) qui s'étend de la sortie du détendeur jusqu'au compresseur
- la compression (AB) se fait sans échange de chaleur avec le milieu extérieur, dite adiabatique ou isentropique
- la condensation (BC) et l'évaporation (DA) s'effectuent avec un échange de chaleur à pression constante, dite isobare
- la détente (CD) est dite isenthalpique, car il n'y a aucun échange de chaleur
Le cycle réel de la machine:
Le cycle réel ne se présente pas exactement comme ça. Suite aux pertes de charge dans le circuit, liées à la taille de l'évaporateur et du condenseur, les échanges thermiques ne se font plus à pression constante (donc non isobare). Le cycle réel se présente donc comme suit :
La plupart du temps, on négligera ces pertes, car elles n'influent pas sur l'enthalpie (échange de chaleur). Il existe des détendeurs thermostatiques à égalisation externe de pression qui compensent ces pertes de charge (installation de forte puissance). Nous pouvons trouver le cycle pratique d'une installation avec simplement quelques mesures :
Une fois ce diagramme obtenu, on peut calculer les chaleurs échangées et le rendement de l'installation (COP). Le COP sera d'autant plus petit que la température d'évaporation sera faible. Plus basse sera la température, plus chers seront les kilowatts. Donc pour un même compresseur, on aura plusieurs puissances frigorifiques, chacune correspondant à des régimes donnés de température. Le rendement théorique d'une installation frigorifique (cycle parfait de Carnot), se détermine par l'équation :
Ce résultat se traduira par COP = Q / W qui est aussi égal à COP = T2 / (T1 - T2) avec :
Pour un compresseur de 200 W, une température de condensation de 45 °C et du R22, on aura une production de froid de :
On utilise donc les fluides selon leur plage de température :
- basse pression
- haute pression
- température liquide (sortie condenseur)
- température d'aspiration (entrée compresseur)
Une fois ce diagramme obtenu, on peut calculer les chaleurs échangées et le rendement de l'installation (COP). Le COP sera d'autant plus petit que la température d'évaporation sera faible. Plus basse sera la température, plus chers seront les kilowatts. Donc pour un même compresseur, on aura plusieurs puissances frigorifiques, chacune correspondant à des régimes donnés de température. Le rendement théorique d'une installation frigorifique (cycle parfait de Carnot), se détermine par l'équation :
Q(chaleur échangée condenseur) + Q(chaleur échangée évaporateur) + W(travail fourni par le compresseur) = 0
Ce résultat se traduira par COP = Q / W qui est aussi égal à COP = T2 / (T1 - T2) avec :
- T1 = température absolue de condensation
- T2 = température absolue d'évaporation
T° évaporation (°C) | COP | ||||
---|---|---|---|---|---|
R22 | R134a | R404a | R407c | R410a | |
10 | 4.92 | 4.85 | 4.43 | 4.6 | 4.55 |
0 | 3.27 | 3.16 | 2.93 | 3.01 | 3.06 |
-10 | 2.23 | 2.05 | 1.94 | 1.94 | 2.07 |
-20 | 1.47 | 1.31 | 1.27 | 1.29 | 1.39 |
-30 | 0.95 | 0.78 | 0.8 | 0.79 | 0.91 |
-40 | 0.57 | 0.44 | 0.48 | N/A | 0.56 |
- 200 x 4.92 = 984 W pour une température d'évaporation de 10 °C
- 200 x 0.57 = 114 W pour une température d'évaporation de -40 °C
On utilise donc les fluides selon leur plage de température :
- le R134a : entre -15 °C et > à 10 °C
- le R404A : entre -15 °C et -45 °C
- le R407C : entre 0 °C et 10 °C
- le R410A : tous les domaines de température
- le R22 : les meilleurs coefficients de performance sur toute la plage de température
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