5 • Cycles
thermodynamiques
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5.5 Les cycles inverses
à compression mécanique de vapeur
© Dunod – La photocopie non autorisée est un délit.
Le cycle d’une telle machine frigorifique peut être décomposé en cinq
étapes illustrées dans un diagramme entropique ou dans un diagramme
(h, LogP) plus traditionnellement utilisé par les frigoristes (Figure 5.30) :
– 1-2 : compression adiabatique réversible (isentropique);
– 2-2′ : désurchauffe des vapeurs;
– 2′-3 : condensation isotherme;
– 3-4 : détente isenthalpique du liquide frigorigène au travers d’une
vanne de laminage;
– 4-1 : évaporation isotherme.
D’un point de vue thermodynamique, ce cycle est proche d’un cycle de
Hirn inverse. Néanmoins, une différence importante tient au fait que la
pompe (devenue détendeur ici) du cycle de Hirn peut être réversible
alors que la détente effectuée dans le détendeur du cycle frigorifique est
nécessairement irréversible. Cette détente se traduit par un abaissement
de la température du liquide la production de vapeur; en effet, la chute
de pression provoque une évaporation de liquide qui, par contrecoup,
refroidit le liquide.
Le travail nécessaire à la compression adiabatique et réversible est
obtenu à partir du premier principe en utilisant l’équation [1.34] :
[5.37]
est positif car reçu par le système. Le froid produit à l’évaporateur est
obtenu en appliquant le premier principe à l’évaporateur en utilisant
l’équation [1.33] :
[5.38]
est positif car c’est de la chaleur fournie à l’évaporateur. Le COP
(coefficient de performance) qui caractérise l’efficacité du cycle est égal à :
[5.39]
(
)
2
1
W m h h
=
-
W
(
)
s.f.
1
4
Q
m h h
=
-
s.f.
Q
s.f.
1
4
2
1
froid utile
énergie à payer
Q
h h
COP
W
h h
-
=
=
=
-