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RÉSUMÉ
Les machines frigorifiques à compression dominent largement dans les applications de production de froid, climatisation et conservation des denrées… Parmi elles, les systèmes frigorifiques à un étage de compression mécanique font l’objet d’un développement important, la nécessité d’une bonne compréhension des phénomènes en jeu est donc primordiale. Le calcul d’une machine monoétagée nécessite le tracé des cycles tant fondamentaux que techniques. Cette approche conduit au choix des caractéristiques et des performances de la machine, et ainsi à celui du compresseur et de son rendement. Ensuite, les modes de réglage de la puissance thermique doivent pouvoir satisfaire dans les conditions les plus critiques la demande de production frigorifique ou calorifique.
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Maxime DUMINIL : Ancien professeur de l'Institut du froid industriel et du génie climatique, au CNAM - Ancien professeur à l'École centrale de Paris - Expert honoraire près de la Cour d'Appel de Paris
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Jean-Pierre DOMBLIDES : Maître de conférences au Conservatoire national de arts et métiers et à l'IFFI Institut français du froid industriel et du génie climatique - Président de la Commission formation de l'Association française du froid (AFF)
INTRODUCTION
La bonne connaissance des cycles frigorifiques à compression est d'une importance majeure, ce qui justifie le développement qui leur est réservé. Après avoir donné des indications générales sur les systèmes frigorifiques dans le dossier précédent [BE 9 730], ce dossier étudie les cycles frigorifiques à un étage de compression mécanique : tracé des cycles, étude de la machine monoétagée, influence des conditions de fonctionnement de cette machine sur ses caractéristiques et modes de réglage de la puissance frigorifique.
Le dossier suivant [BE 9 732] est consacré aux cycles frigorifiques à compression multiétagée et, singulièrement, aux machines biétagées. Une étude des cycles frigorifiques en cascade complète ce texte. Le dossier [BE 9 733] porte sur les fluides actifs des machines à compression : les frigorigènes et leur impact sur l'environnement.
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Cycle monoétagé d'un frigorigène pur ou d'un azéotropeArticle inclus dans l'offre
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7. Cas particulier du dioxyde de carbone CO2
Le CO2 est entré dans le monde technique depuis fort longtemps puisqu'il fut liquéfié, puis solidifié, dans le premier tiers du XIX e siècle. Son utilisation dans les cycles frigorifiques à compression, qui débuta vers 1866, resta cependant très limitée jusqu'à ces dernières années où il avait d'ailleurs pratiquement disparu. Il cumule en effet de nombreux inconvénients :
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sa température critique (q cr) est basse, + 31,06 oC ; contrairement aux autres frigorigènes courants, les refroidisseurs classiques à air ou à eau ne permettent pas sa condensation ;
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sa température de point triple (q tr) est relativement élevée, – 56,57 oC. Le domaine de température (T cr – T tr) où l'on rencontre le liquide est donc particulièrement restreint, 87,63 K, bien inférieur à ceux de l'eau : ≍ 374 K, du propane : ≍ 284 K, de l'ammoniac : ≍ 210 K, du R22 : ≍ 256 K et du R134a : ≍ 202 K ;
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sa pression de vapeur est élevée (73,8 bar au point critique), il impose donc des compresseurs spéciaux, plus chers ;
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les cycles frigorifiques monoétagés avec ce fluide sont moins efficaces qu'avec d'autres en raison de ce bas point critique.
En contrepartie, il présente des avantages importants :
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du fait des hautes pressions qu'il impose, son volume massique gazeux est réduit, ce qui conduit à des compresseurs plus petits et des tuyauteries de vapeur de diamètres plus faibles ;
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ses taux de compression sont modérés ;
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il est utilisable avec tous les matériaux habituels de construction des installations frigorifiques ;
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il est compatible avec les lubrifiants courants ;
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c'est un fluide sûr, ni combustible, ni toxique ;
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il est facilement disponible partout, son prix est bas et sa maintenance est réduite ;
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il n'a qu'une très faible action sur l'environnement contrairement à de nombreux autres frigorigènes.
Depuis deux décennies, c'est précisément sous l'influence des contraintes environnementales qu'il est réapparu dans la technique frigorifique où il s'est largement développé, du moins dans certaines applications (cycles en cascade, pompes à chaleur…).
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - DUMINIL (M.) - Cours de génie frigorifique. Institut français du froid industriel et du génie climatique. - Conservatoire national des arts et métiers (1988).
-
(2) - DUMINIL (M.), VRINAT (G.) - Systèmes frigorifiques et pompes à chaleur. Travaux de recherches. - Institut International du Froid Éd. Tome 1 : Cycles à compression – Systèmes et fluides actifs, 128 p. ; Tome 2 : Caloporteurs – Échanges thermiques – Échangeurs, 161 p. ; Tome 3 : Compresseurs et moteurs – Détendeurs et régulation, 71 p. ; Tome 4 : Pompes à chaleur à sorption et chimiques, à gaz, hybrides – Applications industrielles des pompes à chaleur, 139 p. ; Tome 5 : Annuaire des centres de recherches mondiaux, 50 p.
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(3) - * - Bulletin bibliographique de l'Institut International du Froid (Revue bilingue français-anglais sur les travaux internationaux relatifs au froid).
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(4) - INSTITUT INTERNATIONAL DU FROID (IIF), PARIS - * - Cycles à compression pour systèmes frigorifiques, climatisation et pompes à chaleur préservant l'environnement, 169 p. (1993) ; Économie d'énergie en matière de froid, 224 p. (1982). Collection des comptes rendus des Commissions de l'IIF, notamment :...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
Refprop http://www.nist.gov/srd/nist23.cfm
Solkane http://climatisation.froid.free.fr/
Coolpack https://coolpack.software.informer.com/T%C3%A9l%C3%A9charger/
Kotza international http://www.kotza-international.com
HAUT DE PAGE
Alliance Froid Climatisation Environnement (réglementation) http://www.afce.asso.fr/
Datafluides (textes sur les réfrigérants réglementés) http://www.datafluides.fr
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