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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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1. Cycle monoétagé d'un frigorigène pur ou d'un azéotrope
1.1 Cycle fondamental
Le cycle fondamental à compression monoétagée, ainsi que l'évolution idéale des températures du frigorigène et des fluides caloporteurs froid et chaud dans les échangeurs de ce système sont présentés sur la figure 1.
La machine à un étage de compression, très simple et très symétrique, comprend les éléments suivants.
L'évaporateur vaporise le frigorigène en prélevant de la chaleur au frigoporteur qui se refroidit de q f1 à q f2. La vapeur sortant de cet évaporateur est saturée. L'évaporation s'effectue à la température de vaporisation q F , correspondant à la pression d'évaporation p F . On a :
Le compresseur aspire, sous la pression p F , la vapeur de frigorigène issue de l'évaporateur et la comprime jusqu'à la pression p C pour la rejeter dans le condenseur.
Le condenseur liquéfie le frigorigène en cédant la chaleur au caloporteur qui s'échauffe de q c1 à q c2 . Le liquide frigorigène quittant cet échangeur est saturant. La condensation s'effectue à la température de condensation q C correspondant à la pression de condensation p C . On a :
Le régleur (ou détendeur) alimente en frigorigène l'évaporateur sans excès ni défaut. Le frigorigène y subit la détente de p C à p F .
Ce cycle a été décrit pour la première fois, en 1805, par l'Américain O. Evans. La première mise en œuvre est due à J. Perkins (1834). On trouve souvent ce cycle d'Evans-Perkins désigné, improprement, sous le nom de cycle de Rankine ou de Rankine inverse.
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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).
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(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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