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Date de publication : 10 avril 2012 Date de dernière validation : 16 octobre 20

Date de publication : 10 avril 2012 Date de dernière validation : 16 octobre 2019 Pour toute question : Service Relation clientèle Techniques de l’Ingénieur Immeuble Pleyad 1 39, boulevard Ornano 93288 Saint-Denis Cedex Par mail : infos.clients@teching.com Par téléphone : 00 33 (0)1 53 35 20 20 Réf. : BE9731 V1 Théorie des machines frigorifiques - Machine à compression mécanique. Cycles monoétagés Cet article est issu de : Énergies | Froid industriel par Maxime DUMINIL, Jean-Pierre DOMBLIDES Résumé Les machines frigorifiques à compression dominent largement dans les applications de production de froid, climatisation et conservation des denrées… Parmi elles, les systèmes frigorifiques à un étage de compression mécanique font l’objet d’un développement important, la nécessité d’une bonne compréhension des phénomènes en jeu est donc primordiale. Le calcul d’une machine monoétagée nécessite le tracé des cycles tant fondamentaux que techniques. Cette approche conduit au choix des caractéristiques et des performances de la machine, et ainsi à celui du compresseur et de son rendement. Ensuite, les modes de réglage de la puissance thermique doivent pouvoir satisfaire dans les conditions les plus critiques la demande de production frigorifique ou calorifique. Abstract Compression refrigerating machines are widely used as cold production, air-conditioning and preservation of food systems... Amongst them, single-stage mechanical compression refrigeration systems are the object of a significant development. It is thus necessary to have good understanding of the phenomena involved. The calculation of a single-stage machine requires the drafting of both fundamental and technical cycles. This approach leads to the selection of the characteristics and performances of the machine and thus to that of the compressor and its performances. The setting modes of the thermic power then have to meet the demand regarding cold and heat production even under the most critical conditions. Document téléchargé le : 05/02/2020 Pour le compte : perso_morino - personnel // morino GANOU // 139.165.31.11 © Techniques de l'Ingénieur | tous droits réservés Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. – © Editions T.I. BE 9 731 – 1 Théorie des machines frigorifiques Machine à compression mécanique. Cycles monoétagés par Maxime DUMINIL Ancien professeur de l’Institut du froid industriel et du génie climatique, au CNAM Ancien professeur à l’École centrale de Paris Expert honoraire près de la Cour d’Appel de Paris et Jean-Pierre DOMBLIDES Maître de conférences au Conservatoire national de arts et métiers et à l’IFFI Institut français du froid industriel et du génie climatique Président de la Commission formation de l’Association française du froid (AFF) a bonne connaissance des cycles frigorifiques à compression est d’une importance majeure, ce qui justifie le développement qui leur est réservé. Après avoir donné des indications générales sur les systèmes frigorifiques dans le dossier précédent [BE 9 730], ce dossier étudie les cycles frigorifiques à 1. Cycle monoétagé d’un frigorigène pur ou d’un azéotrope .......... BE 9 731 - 3 1.1 Cycle fondamental ....................................................................................... — 3 1.2 Réalité technique.......................................................................................... — 3 2. Aperçu sur les divers types de compresseurs frigorifiques......... — 4 2.1 Compresseurs volumétriques..................................................................... — 4 2.2 Turbocompresseurs..................................................................................... — 5 2.3 Groupes frigorifiques motocompresseurs................................................. — 5 3. Compresseur frigorifique à pistons .................................................... — 5 3.1 Fonctionnement du compresseur parfait, sans espace mort................... — 5 3.2 Fonctionnement du compresseur réel avec espace mort ........................ — 6 3.3 Rendements.................................................................................................. — 7 3.4 Variations des rendements en fonction du taux de compression ........... — 7 4. Calcul d’une machine.............................................................................. — 9 4.1 Données ........................................................................................................ — 9 4.2 Tracé du cycle............................................................................................... — 11 4.3 Caractéristiques de la machine. Choix du matériel................................... — 12 4.4 Coefficients de performance. Rendement de cycle................................... — 15 4.5 Influence de la proximité du point critique................................................ — 16 4.6 Sélection rapide du matériel frigorifique ................................................... — 16 5. Caractéristiques et fonctionnement d’une machine...................... — 17 5.1 Température d’évaporation ........................................................................ — 17 5.2 Température de condensation.................................................................... — 18 5.3 Autres paramètres de fonctionnement ...................................................... — 19 5.4 Sous-refroidissement accentué .................................................................. — 19 6. Modes de réglage de la puissance thermique.................................. — 21 7. Cas particulier du dioxyde de carbone CO2...................................... — 23 7.1 Cycles frigorifiques au CO2 ......................................................................... — 24 7.2 Recherche de la pression de refoulement optimale de cycles circum-critiques ........................................................................... — 25 Pour en savoir plus ........................................................................................... Doc. BE 9 731 L Parution : avril 2012 - Dernière validation : octobre 2019 - Ce document a ete delivre pour le compte de perso_morino - personnel // morino GANOU // 139.165.31.11 Ce document a ete delivre pour le compte de perso_morino - personnel // morino GANOU // 139.165.31.11 Ce document a ete delivre pour le compte de perso_morino - personnel // morino GANOU // 139.165.31.11 tiwekacontentpdf_be9731 v1 Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie BE 9 731 − 2 est strictement interdite. − © Editions T .I. THÉORIE DES MACHINES FRIGORIFIQUES ________________________________________________________________________________________________ un étage de compression mécanique : tracé des cycles, étude de la machine monoétagée, influence des conditions de fonctionnement de cette machine sur ses caractéristiques et modes de réglage de la puissance frigorifique. Le dossier suivant [BE 9 732] est consacré aux cycles frigorifiques à compression multiétagée et, singulièrement, aux machines biétagées. Une étude des cycles frigo- rifiques en cascade complète ce texte. Le dossier [BE 9 733] porte sur les fluides actifs des machines à compression : les frigorigènes et leur impact sur l’environnement. Notations et symboles Symbole Unité Définition A m2 Section ou surface m Course du piston m Diamètre du cylindre z m Hauteur COPC Coefficient de performance calorifique COPF Coefficient de performance frigorifique cP J/(kg · K) Capacité thermique massique à pression constante cv J/(kg · K) Capacité thermique massique à volume constant GWP (PRG) Global warming potential (pouvoir de réchauffement global) ODP (PAOS) Ozone depletion potential (potentiel d’action sur l’ozone stratosphérique) h J/kg Enthalpie massique K W/(m2 · K) Coefficient de transmission thermique global m kg Masse kg/s Débit-masse N tr/s Vitesse de rotation Nombre de cylindres pC bar ou MPa Pression à la source chaude (ou de condensation) pF bar ou MPa Pression à la source froide (ou presque toujours d’évaporation) Q J Énergie thermique ou quantité de chaleur q J/kg Énergie thermique massique W Puissance thermique W/kg Puissance thermique massique W/kg Puissance calorifique massique W/kg Puissance frigorifique massique S m2 Surface d’échange thermique s J/(kg · K) Entropie massique T K Température thermodynamique θ oC Température Celsius m Q q qC qF t s Temps V m3 Volume m3/s Débit-volume v m3/kg Volume massique v Variance W J Énergie mécanique, travail w J/kg Énergie mécanique massique, travail massique W Puissance mécanique W/kg Puissance mécanique massique x % Concentration, titre d’un mélange ε m3 Espace mort ε % Humidité relative ηcc Rendement du cycle calorifique ηcf Rendement du cycle frigorifique ηeff Rendement effectif ou global ηi Rendement indiqué ηm Rendement mécanique ηV Rendement volumétrique θeb oC Température d’ébullition θC oC Température à la source chaude (ou de condensation du frigorigène) θcr oC Température critique θF oC Température à la source froide (ou d’évaporation du frigorigène) τ Taux de compression θi Taux de réduction de volume Cr Point critique ω m/s Vitesse Indices C chaud ou condenseur F froid ou évaporateur M motrice pour les machines trithermes f frigoporteur c caloporteur Notations et symboles (suite) Symbole Unité Définition V W w Parution : avril 2012 - Dernière validation : octobre 2019 - Ce document a ete delivre pour le compte de perso_morino - personnel // morino GANOU // 139.165.31.11 Ce document a ete delivre pour le compte de perso_morino - personnel // morino GANOU // 139.165.31.11 Ce document a ete delivre pour le compte de perso_morino - personnel // morino GANOU // 139.165.31.11 tiwekacontentpdf_be9731 v1 Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. – © Editions T.I. BE 9 731 – 3 ________________________________________________________________________________________________ THÉORIE DES MACHINES FRIGORIFIQUES 1. Cycle monoétagé d’un frigorigène pur ou d’un azéotrope 1.1 Cycle fondamental Le cycle fondamental à compression monoétagée, ainsi que l’évolution idéale des températures du frigorigène et des fluides caloporteurs froid et chaud dans les échangeurs de ce système sont présentés sur la figure 1. La machine à un étage de compression, très simple et très symétrique, comprend les éléments suivants. L’évaporateur vaporise le frigorigène en prélevant de la chaleur au frigoporteur qui se refroidit de θf1 à θf2. La vapeur sortant de cet éva- porateur est saturée. L’évaporation s’effectue à la température de vaporisation θF, correspondant à la pression d’évaporation pF. On a : Le compresseur aspire, sous la pression pF, la vapeur de frigo- rigène issue de l’évaporateur et la comprime jusqu’à la pression pC pour la rejeter dans le condenseur. Le condenseur liquéfie le frigorigène en cédant la chaleur au caloporteur qui s’échauffe de θc1 à θc2. Le liquide frigorigène quit- tant cet échangeur est saturant. La condensation s’effectue à la température de condensation θC correspondant à la pression de condensation pC. On a : Le régleur (ou détendeur) alimente en frigorigène l’évaporateur sans excès ni défaut. Le frigorigène uploads/Industriel/ be9731.pdf