Chapitre 9 • Les machines thermiques
b) Différentes classes de machines
Selon que l’effet recherché est le refroidissement du milieu froid (conservation ou congélation des aliments, climatisation de l’habitat, patinoire, etc.), ou le réchauffement du
milieu chaud (production d’eau chaude sanitaire, chauffage de locaux, de piscines, etc.),
ces machines sont respectivement appelées machines frigorifiques ou pompes à chaleur.
9.4.2 Principe de fonctionnement et efficacité thermodynamique
Une machine frigorifique et une pompe à chaleur sont des machines dithermes qui
(Fig 9.8a) :
• reçoivent effectivement un travail (W > 0) ;
• fournissent effectivement un transfert thermique à une source chaude (Q c < 0) ;
• reçoivent effectivement un transfert thermique d’une source froide (Q f > 0).
Le fluide frigorigène, circulant dans la machine, peut être un gaz (de l’air par
exemple), mais dans la plupart des cas, on cherche à mettre en jeu l’effet thermique
important lié à la transition de phase liquide – vapeur. Le cycle de base est alors constitué des étapes suivantes (Fig. 9.8b). La vapeur du fluide frigorigène est comprimée dans
un compresseur dont elle sort à une température supérieure à celle du milieu chaud de
température T c . Cette vapeur passe alors dans un échangeur thermique, le condenseur,
où elle se condense en cédant par transfert thermique Q c à ce milieu chaud (eau ou air,
en général). Le liquide, qui se trouve toujours à une pression élevée, subit ensuite une
détente dans un détendeur, où il se refroidit à une température plus basse que celle du
milieu froid de température T f . Ce fluide traverse un deuxième échangeur, l’évaporateur,
où il se vaporise en recevant par transfert thermique l’énergie Q f de ce milieu froid (eau,
air, ou saumure). La vapeur froide est enfin renvoyée dans le compresseur et le cycle
est alors fermé.
Source chaude (T c )
Source froide (T f )
a)
Récepteur
ditherme
Q c
Q f
W
Source chaude
Condenseur
Évaporateur
W
Q f
Q c
Source froide
b)
Détendeur
Compresseur
Figure 9.8 Récepteur ditherme
a) Représentation symbolique d’un récepteur ditherme, et des échanges thermiques avec
les sources chaude et froide ;
b) Schéma du principe de fonctionnement d’une machine frigorifique et d’une pompe à
chaleur.
196
“Gautron_9782100543007” (Col. : ScienceSup3-193x250) — 2010/6/15 — 17:13 — page 196 — #206
i
i
i
i
b) Différentes classes de machines
Selon que l’effet recherché est le refroidissement du milieu froid (conservation ou congélation des aliments, climatisation de l’habitat, patinoire, etc.), ou le réchauffement du
milieu chaud (production d’eau chaude sanitaire, chauffage de locaux, de piscines, etc.),
ces machines sont respectivement appelées machines frigorifiques ou pompes à chaleur.
9.4.2 Principe de fonctionnement et efficacité thermodynamique
Une machine frigorifique et une pompe à chaleur sont des machines dithermes qui
(Fig 9.8a) :
• reçoivent effectivement un travail (W > 0) ;
• fournissent effectivement un transfert thermique à une source chaude (Q c < 0) ;
• reçoivent effectivement un transfert thermique d’une source froide (Q f > 0).
Le fluide frigorigène, circulant dans la machine, peut être un gaz (de l’air par
exemple), mais dans la plupart des cas, on cherche à mettre en jeu l’effet thermique
important lié à la transition de phase liquide – vapeur. Le cycle de base est alors constitué des étapes suivantes (Fig. 9.8b). La vapeur du fluide frigorigène est comprimée dans
un compresseur dont elle sort à une température supérieure à celle du milieu chaud de
température T c . Cette vapeur passe alors dans un échangeur thermique, le condenseur,
où elle se condense en cédant par transfert thermique Q c à ce milieu chaud (eau ou air,
en général). Le liquide, qui se trouve toujours à une pression élevée, subit ensuite une
détente dans un détendeur, où il se refroidit à une température plus basse que celle du
milieu froid de température T f . Ce fluide traverse un deuxième échangeur, l’évaporateur,
où il se vaporise en recevant par transfert thermique l’énergie Q f de ce milieu froid (eau,
air, ou saumure). La vapeur froide est enfin renvoyée dans le compresseur et le cycle
est alors fermé.
Source chaude (T c )
Source froide (T f )
a)
Récepteur
ditherme
Q c
Q f
W
Source chaude
Condenseur
Évaporateur
W
Q f
Q c
Source froide
b)
Détendeur
Compresseur
Figure 9.8 Récepteur ditherme
a) Représentation symbolique d’un récepteur ditherme, et des échanges thermiques avec
les sources chaude et froide ;
b) Schéma du principe de fonctionnement d’une machine frigorifique et d’une pompe à
chaleur.
196
“Gautron_9782100543007” (Col. : ScienceSup3-193x250) — 2010/6/15 — 17:13 — page 196 — #206
i
i
i
i