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4.8.4 Cycle de compression
Dans un cycle de compression, le réfrigérant circule dans un circuit fermé en connaissant quatre changements d’état :
· Évaporation à pression et température relativement basses.
La chaleur d’évaporation est transférée d’un flux d’eau ou d’air au réfrigérant dans un appareil de transfert thermique . La température du flux d’eau ou d’air doit y être plus élevée que la température d’évaporation du réfrigérant.
· Compression de la vapeur du réfrigérant dans le compresseur à une pression plus élevée. Par conséquent, la température de la vapeur du réfrigérant augmente aussi dans la zone de surchauffe.
· Condensation de la vapeur « chaude » du réfrigérant. Dans le processus, la vapeur du réfrigérant transfère dans un appareil de transfert thermique la chaleur d’évaporation et de surchauffe absorbée à un flux d’eau ou d’air, qui doit être plus froid que la température de condensation du réfrigérant.
· Expansion du condensat du réfrigérant chaud de la pression de condensation à la pression d’évaporation dans une vanne spéciale d’étranglement et de dosage.
Ces quatre phases d’un cycle de compression décrites ici en général doivent être expliquées à l’aide d’un exemple concret. Les pressions et températures choisies se réfèrent en général à celles du réfrigérant R134a.
4.8.4.1 Evaporation
La fig. 4-53 montre le diagramme h, log, p pour le réfrigérant R134a. La droite A – B montre le processus d’évaporation comme changement d’état à 0°C et à une pression correspondante d’environ 3 bar. La chaleur se transfère toujours du milieu le plus chaud dans le premier côté au réfrigérant dans le deuxième côté de l’évaporateur. Le fluide du premier côté est refroidi et le réfrigérant est évaporé. A présent, la chaleur existe sous forme latente dans le réfrigérant. L’enthalpie du réfrigérant a augmenté alors que sa température est restée constante.
fig. 4-53 Processus d’évaporation dans le diagramme h, log, p (R134a)
1 Appareil de transfert thermique comme évaporateur
A - B Absorption de la chaleur d’évaporation
4.8.4.2 Compression
La fig. 4-54 montre la seconde phase du cycle de compression. Le compresseur aspire la vapeur du réfrigérant à l’état « B » hors de l’évaporateur et la comprime d’une pression d’environ 3 bar à une pression d’environ 12 bar. Lors de ce processus, sa température augmente à environ 50°C. Cela crée un état surchauffé en « C ». L’augmentation de l’enthalpie de Dh entre B et C correspond à l’énergie motrice mécanique du compresseur. Dans le processus théorique (Carnot), cette énergie est complètement transférée à la vapeur du réfrigérant sous forme de chaleur.
fig. 4-54 Compression
1 Évaporateur
2 Compresseur
B - C Compression
4.8.4.3 Condensation (Liquéfaction)
Si la vapeur surchauffée du réfrigérant est de nouveau refroidie dans un appareil de transfert thermique et la chaleur évacuée, on obtient d’abord de la vapeur saturée. La Fig 4-55 montre ce point comme le point d’intersection de la ligne horizontale C – D avec la courbe de vapeur saturée du réfrigérant. Une évacuation de chaleur supplémentaire de la vapeur du réfrigérant vers le caloporteur secondaire entraîne une condensation continue de la vapeur du réfrigérant le long de la ligne C – D. Au point D, le réfrigérant est complètement liquide avec une température d’environ 50°C et une pression d’environ 12 bar.
fig. 4-55 Condensation
1 Évaporateur
2 Compresseur
3 Condensateur
C - D Condensation
Comme dans le processus d’évaporation, le facteur déterminant dans le processus de condensation est la différence de température entre le réfrigérant et le caloporteur. Pendant la condensation, la température du caloporteur doit être inférieure à celle du réfrigérant pour pouvoir évacuer la chaleur. Dans la machine frigorifique, cette chaleur est évacuée vers l’air ou vers l’eau de refroidissement sous forme de déchet, tandis que dans la pompe à chaleur elle est utilisée à des fins de chauffage et représente ainsi le produit final du processus.
4.8.4.4 Expansion
Le niveau pression/température du réfrigérant liquide au point D (Fig 4-56) est encore trop élevé pour un retour direct dans l’évaporateur. Le liquide doit d’abord être détendu à la pression d’évaporation à l’aide d’un appareil d’étranglement/dosage. Cet appareil ne réduit pas seulement la pression, il fournit aussi le bon dosage de réfrigérant selon la capacité requise de l’évaporateur. Selon le niveau de commande souhaité dans le cycle, cet appareil peut être une vanne d’expansion (commandée manuellement ou par température, pression ou niveau) ou -dans de petits systèmes de refroidissement- peut même être un tube capillaire.
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fig. 4-56 Processus d’expansion
1 Évaporateur
2 Compresseur
3 Condensateur
4 Vanne d’expansion
D - A1 Processus d’expansion
Au cours du processus d’expansion théorique, la chaleur du processus n’est ni ajoutée ni retirée du réfrigérant en externe. Ce changement d’état se produit ainsi à enthalpie constante (changement d’état adiabatique) et donc verticalement dans le diagramme h, log p (fig. 4-56) du point « D » au point « A1 » sur la courbe d’évaporation. Se retrouvant de nouveau au point d’évaporation, nous avons terminé la description du cycle de compression.
Les éléments du système comme les compresseurs, les évaporateurs, les condensateurs et les vannes d’expansion, ainsi que les propriétés thermodynamiques et chimiques des différents réfrigérants seront traités dans le cours d’approfondissement de technique de réfrigération ainsi que l’expertise requise pour l’ingéniérie et l’entretien. |
