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RÉSUMÉ
La production de froid et (ou) la revalorisation de la chaleur s’appuie pour l’essentiel sur des machines à cycles inverses ou récepteurs. L’épuisement des ressources énergétiques impose de considérer avec attention le potentiel de ces machines .Le présent article est un état de l’art des principes généraux conduisant à la modélisation des machines à cycles inverses. La première approche décrite, qui est classique fait appel à la Thermostatique .La deuxième approche, plus récente, aborde véritablement la Thermodynamique de ces machines. Quelques applications simples sont données pour illustrer l’utilité des notions et concepts introduits .La pleine utilité de ceux-ci transparaît dans les optimisations de conception, puis dans le contrôle –commande des machines qui doit suivre.
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Michel FEIDT : Professeur, Université de Lorraine, Nancy, France
INTRODUCTION
L ‘énergétique comporte deux grandes rubriques selon l’effet utile considéré :
-
la production de force motrice ;
-
la production de froid ou la revalorisation de la chaleur.
Dans ce second cas, l’ensemble des cycles utilisés peut être qualifié d’inverse (par opposition aux cycles moteurs ou directs).
On considère ici les principes généraux associés aux machines à cycles inverses. La première approche décrite, très classique, fait appel à la thermostatique.
On montre ensuite comment lier les approches précédentes à la thermocinétique, pour construire une véritable thermodynamique des machines à cycles inverses. L’application des notions précédentes est illustrée pour les configurations les plus courantes des machines.
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MOTS-CLÉS
Pompe à chaleur Réfrigérateur Valorisation chaude et froide de chaleur Thermodynamique des machines à cylce inverse
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- Version archivée 1 de oct. 1998 par Michel FEIDT
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2. Thermodynamique et transferts dans les machines à cycles inverses
2.1 Irréversibilités dans les machines à cycles inverses
La démarche proposée dans le paragraphe 1 relève essentiellement de la thermostatique. Néanmoins, elle a permis de mettre en lumière, pour les machines réelles, un certain nombre d’écarts à l’idéalité engendrant une diminution des COP. Cette diminution des COP traduit par ailleurs, conformément au second principe, des dégradations d’énergie (création d’entropie) associées aux transformations finies en espace et en temps (et non quasi statiques) nécessaires à l’obtention de certains flux d’énergie calorifique ou frigorifique, qui correspondent à des gradients moteurs, donc à des situations hors équilibre.
HAUT DE PAGE2.1.1 Irréversibilités d’origine thermique
Ces irréversibilités sont essentiellement de deux sortes, si on raisonne d’un point de vue phénoménologique, donc global.
Non-adiabaticité. Dans tous les bilans faits au paragraphe 1, on a supposé l’adiabaticité des transformations dans chaque composant, vis-à-vis de l’ambiance. Or, il est notoire (§ ...
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Thermodynamique et transferts dans les machines à cycles inverses
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - SZARGUT (J.) - International progress in second law analysis. - Energy, 5, p. 709 (1980).
-
(2) - FEIDT (M.) - Two examples of exergy optimization regarding « Thermofrigopump » and combined heat and power systems. - Entropy 2013, 15, p. 544-548, doi : 10.3390/e15020544 (2013).
-
(3) - FEIDT (M.) - Thermodynamique et optimisation énergétique des systèmes et procédés. - Lavoisier, Paris, p. 151-154 (nouvelle édition en cours de parution) (1996).
-
(4) - BENELMIR (R.) et coll - Exergetic and economic optimization of a heat pump cycle. - Int. journ. of Energy, Environment, Economics, vol. 5, n° 2, p. 135-149 (1997).
-
(5) - FEIDT (M.) - Thermodynamique et optimisation énergétique des systèmes et procédés. - Analyse thermodynamique des dégradations d’énergie, chap. 6, 1re partie, TEC et DOC Lavoisier (1987).
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
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Production de froid et revalorisation de la chaleur : machines particulières.
-
Théorie des machines frigorifiques – Machine à compression mécanique. Cycles monoétagés.
-
Théorie des machines frigorifiques – Machine à compression mécanique. Cycles multiétagés.
-
Production de froid – Exemples de calcul de machines.
-
Machines frigorifiques industrielles – Exemples de calculs de machines.
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