520 Chapitre 19
Machines thermiques
le fluide lors de la traversée du compresseur. Lors du passage à travers le détendeur, le fluide
reçoit-il un travail utile ? un transfert thermique ?
5. Définir l’efficacité e de cette machine frigorifique et la calculer numériquement.
6. Sachant que la température de la source froide est T f = −18
◦ C et que celle de la source chaude
est T c = 20
◦ C, quelle serait l’efficacité de Carnot e c correspondante ? Commenter.
Exercice 19.7 Les pompes de Thierry
Thierry veut investir dans une pompe à chaleur (PAC) air/eau pour chauffer sa maison. Le principe
en est le suivant : un fluide caloporteur, comme le R410A, parcourt des cycles au cours desquels il
est en contact avec une source froide (air extérieur, température T f ) à qui il prélève la puissance
thermique P f > 0 et avec une source chaude (eau du système de chauffage, température T c ) à
qui il cède la puissance thermique P
c = −P c > 0, P c étant la puissance thermique algébrique
qu’il reçoit de cette source. La PAC a besoin d’une alimentation électrique de puissance P e pour
fonctionner. Il consulte alors les notices de deux PAC, qui indiquent le coefficient de performance
(COP ) de la PAC et la puissance nominale P
c (en kW) en fonction de la température extérieure
T f , pour une température T c = 20
◦ C :
Pompe n°1
T f = −7
◦ C
T f = +2
◦ C
T f = +7
◦ C
T f = +12
◦ C
P
c = 4,6 COP = 2,7 P
c = 2,8 COP = 4,2 P
c = 2,3 COP = 6,0 P
c = 2,3 COP = 8,3
Pompe n°2
T f = −7
◦ C
T f = +2
◦ C
T f = +7
◦ C
T f = +12
◦ C
P
c = 7,5 COP = 2,4 P
c = 4,5 COP = 3,8 P
c = 3,5 COP = 5,7 P
c = 4,0 COP = 7,2
1. Donner la définition du COP d’une pompe à chaleur, en fonction des données.
2. Comment évolue le coefficient de performance avec T f ? A-t-on intérêt, au niveau consommation
électrique, à avoir un grand ou un petit COP ?
3. Mener une étude comparative de ces deux PAC. Les utilisera-t-on pour le même type de logement ?
4. Thierry habite en Bretagne une petite maison bien isolée. Laquelle de ces deux PAC lui
conseillez-vous ?
Exercice 19.8 Réfrigérer sans comprimer !
Le réfrigérateur à absorption est une machine frigorifique utilisant trois thermostats, une source de
chaleur remplaçant le compresseur pour faire tourner le cycle. Ce type de dispositif est particulièrement indiqué dans des situations où l’accès à l’électricité est chère ou compliquée, ou lorsqu’on
dispose d’un fort ensoleillement ou de gaz ou liquide chauds. Ce réfrigérateur fonctionne généralement à partir du couple ammoniac/eau (l’ammoniac étant le fluide frigorifique, et l’eau le solvant)
et ne reçoit pas de travail. Voici de façon simplifiée le principe de son fonctionnement :
• Le bouilleur (alimenté par la source chaude de température T c ) chauffe la solution ammoniac/eau. Une partie de l’ammoniac se vaporise et élimine l’eau entraînée (renvoyée dans le
bouilleur) dans le séparateur.
• L’ammoniac, gazeux et sous haute pression, passe ensuite dans un condenseur, en contact
thermique avec l’extérieur de température T e . Il se condense par contact thermique avec
l’extérieur.
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Machines thermiques
le fluide lors de la traversée du compresseur. Lors du passage à travers le détendeur, le fluide
reçoit-il un travail utile ? un transfert thermique ?
5. Définir l’efficacité e de cette machine frigorifique et la calculer numériquement.
6. Sachant que la température de la source froide est T f = −18
◦ C et que celle de la source chaude
est T c = 20
◦ C, quelle serait l’efficacité de Carnot e c correspondante ? Commenter.
Exercice 19.7 Les pompes de Thierry
Thierry veut investir dans une pompe à chaleur (PAC) air/eau pour chauffer sa maison. Le principe
en est le suivant : un fluide caloporteur, comme le R410A, parcourt des cycles au cours desquels il
est en contact avec une source froide (air extérieur, température T f ) à qui il prélève la puissance
thermique P f > 0 et avec une source chaude (eau du système de chauffage, température T c ) à
qui il cède la puissance thermique P
c = −P c > 0, P c étant la puissance thermique algébrique
qu’il reçoit de cette source. La PAC a besoin d’une alimentation électrique de puissance P e pour
fonctionner. Il consulte alors les notices de deux PAC, qui indiquent le coefficient de performance
(COP ) de la PAC et la puissance nominale P
c (en kW) en fonction de la température extérieure
T f , pour une température T c = 20
◦ C :
Pompe n°1
T f = −7
◦ C
T f = +2
◦ C
T f = +7
◦ C
T f = +12
◦ C
P
c = 4,6 COP = 2,7 P
c = 2,8 COP = 4,2 P
c = 2,3 COP = 6,0 P
c = 2,3 COP = 8,3
Pompe n°2
T f = −7
◦ C
T f = +2
◦ C
T f = +7
◦ C
T f = +12
◦ C
P
c = 7,5 COP = 2,4 P
c = 4,5 COP = 3,8 P
c = 3,5 COP = 5,7 P
c = 4,0 COP = 7,2
1. Donner la définition du COP d’une pompe à chaleur, en fonction des données.
2. Comment évolue le coefficient de performance avec T f ? A-t-on intérêt, au niveau consommation
électrique, à avoir un grand ou un petit COP ?
3. Mener une étude comparative de ces deux PAC. Les utilisera-t-on pour le même type de logement ?
4. Thierry habite en Bretagne une petite maison bien isolée. Laquelle de ces deux PAC lui
conseillez-vous ?
Exercice 19.8 Réfrigérer sans comprimer !
Le réfrigérateur à absorption est une machine frigorifique utilisant trois thermostats, une source de
chaleur remplaçant le compresseur pour faire tourner le cycle. Ce type de dispositif est particulièrement indiqué dans des situations où l’accès à l’électricité est chère ou compliquée, ou lorsqu’on
dispose d’un fort ensoleillement ou de gaz ou liquide chauds. Ce réfrigérateur fonctionne généralement à partir du couple ammoniac/eau (l’ammoniac étant le fluide frigorifique, et l’eau le solvant)
et ne reçoit pas de travail. Voici de façon simplifiée le principe de son fonctionnement :
• Le bouilleur (alimenté par la source chaude de température T c ) chauffe la solution ammoniac/eau. Une partie de l’ammoniac se vaporise et élimine l’eau entraînée (renvoyée dans le
bouilleur) dans le séparateur.
• L’ammoniac, gazeux et sous haute pression, passe ensuite dans un condenseur, en contact
thermique avec l’extérieur de température T e . Il se condense par contact thermique avec
l’extérieur.
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