5 • Cycles
thermodynamiques
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5.5 Les cycles inverses
à compression mécanique de vapeur
En remplaçant la vanne de laminage au niveau du détendeur par une
turbine, il est possible d’améliorer le cycle puisque, théoriquement, on
peut avoir une détente isentropique qui présente deux avantages :
– on récupère du travail mécanique qui peut être transmis sur l’arbre du
compresseur, ce qui a pour effet de réduire d’autant le travail à fournir
au compresseur. Cette idée qui était longtemps apparue utopique a été
appliquée récemment par un constructeur sur des unités de très forte
puissance (de plusieurs MW);
– le froid produit par la détente isentropique est supérieur au froid produit par la détente isenthalpique (cette amélioration est d’autant plus
importante qu’on est proche du point critique).
Le rendement exergétique du cycle frigorifique à compression de vapeur
est le rapport entre l’exergie utile et l’exergie à payer :
Attention
q s.f. > 0 mais θ s.f. < 0.
5.5.2 Le cycle de pompe à chaleur à compression mécanique
de vapeur
Une pompe à chaleur comporte les mêmes composants qu’un groupe
de production de froid. La seule différence est la gestion de la chaleur.
Dans une pompe à chaleur, c’est la chaleur rejetée au condenseur qui est
valorisée et non pas le froid produit à l’évaporateur. Dans ces conditions,
le tracé du cycle et les bilans sont identiques à ceux présentés dans le
paragraphe précédent. La différence vient de la définition de l’efficacité
maintenant appelée coefficient d’amplification (COA) :
[5.40]
s.f. s.f.
ex
exergie utile
exergie à payer
q
w
q
h =
=
s.c.
2
3
2
1
chaleur utile
énergie à payer
Q
h h
COA
W
h h
-
=
= -
=
-