Exercices 519
Exercice 19.6 Un écoulement rafraîchissant
Méthode (19.5)
Les nouvelles machines frigorifiques à compression reposent toutes sur un principe
unique : un fluide frigorigène, comme par
exemple le R134a, parcourt des cycles récepteurs au cours desquels il va, en se condensant ou en se vaporisant, soutirer une quantité
importante d’énergie thermique à une source
froide (la partie à refroidir) et en céder au milieu extérieur.
Nous allons ici étudier le principe d’une machine frigorifique à R134a, dont le schéma-bloc
est indiqué ci-contre.
Évaporateur
Compresseur
Désurchauffeur
Condenseur
Détendeur
1
2
3
4
5
Dans l’état (1), le fluide est à la pression P 1 = 1,0 bar dans l’état de vapeur
saturante. Il traverse le compresseur où
il subit une compression isentropique
l’amenant dans l’état (2) à la pression
P 2 = 10 bar.
Le passage dans le désurchauffeur
l’amène de façon isobare à l’état de vapeur saturante (état (3)), puis le passage dans le condenseur l’amène de façon isobare à l’état de liquide saturant
(état (4)).
Il passe ensuite dans un détendeur dans
lequel il subit une détente isenthalpique
l’amenant dans l’état (5) à la pression
P 5 = P 1 = 1,0 bar. Il s’évapore ensuite
de façon isobare dans l’évaporateur.
150
200
250
300
350
400
450
500
h (kJ · kg
−1 )
10
0
10
1
10
2
P (bar)
240 K
260 K
280 K
300 K
320 K
340 K
s = 1,8
s = 1,7
s = 0,9
s = 1,0
s = 1,1
s = 1,2
s = 1,3
s = 1,4
s = 1,5
s = 1,6
s (kJ · K
−1 · kg
−1 )
R134a
On rappelle que pour un fluide en écoulement lent et permanent dans une machine, nous avons
la relation Δh = w u + q, avec Δh la variation d’enthalpie massique entre l’aval et l’amont de la
machine, w u le travail utile massique reçu par le fluide de la part des parties mobiles de la machine
et q le transfert thermique massique reçu par le fluide à la traversée de cette machine.
1. Placer les points (1), (2), (3), (4), (5) sur le diagramme (P, h) ci-dessus.
2. Caractériser ces cinq états, en indiquant pour chacun leurs pression, enthalpie et entropie
massique, titre en vapeur si nécessaire et, si possible, leur température. On pourra présenter
les résultats sous forme d’un tableau.
3. La machine étant une machine frigorifique, au niveau de quel(s) organe(s) le fluide est-il en
contact avec la source froide ? la source chaude ? Ces organes présentent-ils des pièces mobiles ?
4. En vous servant de la relation donnée en introduction, déterminer numériquement le transfert
thermique massique q c reçu par le fluide de la part de la source chaude, le transfert thermique
massique q f reçu par le fluide de la part de la source froide, ainsi que le travail utile reçu par
© Dunod. Toute reproduction non autorisée est un délit.
partagelivrescpge.blogspot.com
Exercice 19.6 Un écoulement rafraîchissant
Méthode (19.5)
Les nouvelles machines frigorifiques à compression reposent toutes sur un principe
unique : un fluide frigorigène, comme par
exemple le R134a, parcourt des cycles récepteurs au cours desquels il va, en se condensant ou en se vaporisant, soutirer une quantité
importante d’énergie thermique à une source
froide (la partie à refroidir) et en céder au milieu extérieur.
Nous allons ici étudier le principe d’une machine frigorifique à R134a, dont le schéma-bloc
est indiqué ci-contre.
Évaporateur
Compresseur
Désurchauffeur
Condenseur
Détendeur
1
2
3
4
5
Dans l’état (1), le fluide est à la pression P 1 = 1,0 bar dans l’état de vapeur
saturante. Il traverse le compresseur où
il subit une compression isentropique
l’amenant dans l’état (2) à la pression
P 2 = 10 bar.
Le passage dans le désurchauffeur
l’amène de façon isobare à l’état de vapeur saturante (état (3)), puis le passage dans le condenseur l’amène de façon isobare à l’état de liquide saturant
(état (4)).
Il passe ensuite dans un détendeur dans
lequel il subit une détente isenthalpique
l’amenant dans l’état (5) à la pression
P 5 = P 1 = 1,0 bar. Il s’évapore ensuite
de façon isobare dans l’évaporateur.
150
200
250
300
350
400
450
500
h (kJ · kg
−1 )
10
0
10
1
10
2
P (bar)
240 K
260 K
280 K
300 K
320 K
340 K
s = 1,8
s = 1,7
s = 0,9
s = 1,0
s = 1,1
s = 1,2
s = 1,3
s = 1,4
s = 1,5
s = 1,6
s (kJ · K
−1 · kg
−1 )
R134a
On rappelle que pour un fluide en écoulement lent et permanent dans une machine, nous avons
la relation Δh = w u + q, avec Δh la variation d’enthalpie massique entre l’aval et l’amont de la
machine, w u le travail utile massique reçu par le fluide de la part des parties mobiles de la machine
et q le transfert thermique massique reçu par le fluide à la traversée de cette machine.
1. Placer les points (1), (2), (3), (4), (5) sur le diagramme (P, h) ci-dessus.
2. Caractériser ces cinq états, en indiquant pour chacun leurs pression, enthalpie et entropie
massique, titre en vapeur si nécessaire et, si possible, leur température. On pourra présenter
les résultats sous forme d’un tableau.
3. La machine étant une machine frigorifique, au niveau de quel(s) organe(s) le fluide est-il en
contact avec la source froide ? la source chaude ? Ces organes présentent-ils des pièces mobiles ?
4. En vous servant de la relation donnée en introduction, déterminer numériquement le transfert
thermique massique q c reçu par le fluide de la part de la source chaude, le transfert thermique
massique q f reçu par le fluide de la part de la source froide, ainsi que le travail utile reçu par
© Dunod. Toute reproduction non autorisée est un délit.
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