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ETUDE DU CIRCUIT FRIGORIFIQUE SESSION : Nom : Prénom : FC06 2 1) Généralités. 1

ETUDE DU CIRCUIT FRIGORIFIQUE SESSION : Nom : Prénom : FC06 2 1) Généralités. 1.1) Notion de chaleur. La chaleur représente la quantité d’énergie que peut avoir un corps. La température de ce corps nous indique son niveau de chaleur. Pour obtenir une variation de température d’un corps, nous devrons selon l’objectif à atteindre, lui ajouter ou lui retirer de la chaleur. L’échange de chaleur se fait toujours du corps le plus chaud vers le corps le plus froid. L’échange de chaleur entre deux corps est d’autant plus rapide que leur différence de température est importante. L’échange de chaleur entre deux corps s’arrête dès que la différence de température entre les deux corps devient nulle. La quantité de chaleur à fournir à un corps est d’autant plus élevée que la masse du corps est importante. Pour pouvoir comptabiliser la quantité de chaleur nous devons utiliser une unité appelée JOULE. Le joule est l’unité légale depuis 1978, mais vu les quantités d’énergie mises en œuvre dans les installations, on parle en kilojoule (kJ). On peut encore trouver de nombreux documents utilisant encore d’autres unités : Chaleur massique. Une des caractéristiques physiques d’un corps est sa capacité thermique massique. La capacité thermique d’un corps appelée chaleur massique, représente la quantité de chaleur qu’il faut ajouter ou retirer à un kilogramme de ce corps pour modifier sa température de 1K. Par exemple, la chaleur massique de l’eau est de 4,185 kJ/kg.K Exemple : 1 kg d’eau à 10 °C + 4,185 kJ = 1 kg d’eau à 11°C. 1 kg d’eau à 11 °C - 4,185 kJ = 1 kg d’eau à 10°C. pour modifier la température de l’eau, il faut lui apporter ou retirer 4,185 kJ/kg.K, si on veux chauffer 5 litres d’eau de 5°C à 40°C, il faudra ajouter à l’eau 4,185  5  (40 –5) = 732,3 kJ. Nous venons d’appliquer la relation : Q = c M   Dans laquelle nous avons : Q :quantité de chaleur en kJ à fournir à un corps pour élever sa température d’une valeur initiale 1 à une température finale 2. c :chaleur massique du corps considéré en kJ/kg.K. M :masse du corps considéré en kg.  :différence de température (1 - 2) en °C ou K. 3 Tableau représentant les chaleurs massiques de différents corps : 4 1.2) Changements d’état d’un fluide. Si on observe la nature, on constate que l’environnement est composé par des corps se trouvant à l’état solide, liquide ou gazeux ; Parfois on peut trouver un même corps, selon les circonstances aux différents états : solide, liquide et gazeux. C’est le cas de l’eau dans la vie quotidienne. Un corps peut donc changer d’état physique, pour cela il suffit de lui ajouter ou de lui retirer de la chaleur. Les changements d’état physique sont appelés : la fusion, la vaporisation, la condensation, la solidification et la sublimation. La fusion : C’est le passage de l’état solide à l’état liquide, elle s’obtient en apportant de la chaleur au corps (exemple :fonte de la glace dans un verre de pastis). La vaporisation : C’est le passage de l’état liquide à l’état gazeux, elle s’obtient en apportant de la chaleur. La condensation : C’est le passage de l’état gazeux à l’état liquide, elle s’obtient en retirant de la chaleur (exemple :condensation de la vapeur d’eau sur la surface froide d’une vitre). La solidification : C’est le passage de l’état liquide à l’état solide, elle s’obtient en retirant de la chaleur (exemple :solidification du chocolat qui se refroidit). La sublimation : C’est le passage direct de l’état solide à l’état vapeur sans passer par l’état intermédiaire liquide (exemple :sublimation de la naphtaline). sublimation vaporisation condensation fusion solidification liquide liquide vapeur solid e 5 Chaleur sensible : La chaleur sensible représente la quantité de chaleur qu’il faut ajouter ou retirer à un corps pour faire baisser ou augmenter sa température. Le changement de température est significatif. Exemple : 1 kg d’eau à 0°C + 41,85 kJ = 1 kg d’eau à 10°C. On peut observer à l’aide d’un thermomètre la montée progressive de la température Chaleur latente : La chaleur latente représente la quantité de chaleur qu’il faut ajouter ou retirer à une certaine masse d’un corps pour le faire changer d’état physique, ce phénomène s’opère à température constante. 1 kg de glace à 0°C + 335 kJ = 1 kg d’eau à 0°C. Si nous fournissons une quantité de chaleur de 335 kJ à un bloc de glace de 1 kg à 0°C, nous constatons que la glace fond progressivement tout en conservant la même température (0°C) jusqu’à obtenir 100% d’eau à 0°C. Changements d’états de l’eau : 6 1.3) Propriétés des fluides frigorigènes. Historique : Année Historique Constatations 1834 L’américain Jacob Perkins dépose un brevet concernant une machine frigorifique fonctionnant à la vapeur et utilisant comme fluide frigorigène de l’oxyde d’éthyle. L’utilisation de cette machine se trouva limitée vu la grande inflammabilité de ce fluide frigorigène. 1876 Karl von Linde utilise l’ammoniac comme fluide frigorigène. Essor de l’utilisation des installations frigorifiques à compression mécanique. 1880 Introduction d’un nouveau fluide : -l’anhydride carbonique. Il permit le démarrage des installations frigorifiques embarquées dans les navires. 1920 Introduction de deux nouveaux fluides : -l’anhydride sulfureux. -chlorure de méthyle. Essor des petites machines frigorifiques à usage domestique ou commerciale. 1930 Apparition des premiers hydrocarbures fluorés et chlorés (chlorofluorocarbures) (CFC) Amélioration considérable des installations frigorifiques par rapport à ses fluides possédant de grandes qualités thermodynamiques. On appelle “f1uides frigorigènes” des composés chimiques facilement liquéfiables et dont on utilise les changements d’états physiques comme source de production de froid (absorption de la chaleur latente de vaporisation) et de chaud (libération de la chaleur latente de condensation). Ils ont la particularité d’avoir, sous la pression atmosphérique, une température d’ébullition très faible. Cette propriété est utilisée pour maintenir l’évaporateur à une température inférieure à celle du milieu à refroidir. Comparaison des températures d’ébullition de plusieurs fluides à pression atmosphérique : Si on verse du R22 dans un récipient, il entre directement en ébullition à une température de – 40,8°C, c’est le point d’ébullition du R22 sous pression atmosphérique. La même expérience donne –26,4°C avec du R134a, -33°C avec de l’ammoniac, etc…, par contre l’eau doit être chauffée jusqu’à 100°C pour obtenir son ébullition sous pression atmosphérique, l’alcool devra être chauffé a 70°C pour obtenir son ébullition. 100° C EAU - 40,8°C R22 - 26,4°C R134a 7 Il existe un très grand nombre de fluides frigorigènes ou chacun sera utilisé en fonction des domaines d’utilisation. Domaine d’utilisation: - Très basses températures (cryogénie) : de -273 a -210°C - Basses températures (pétrochimie) -210 a -100°C - Froid commercial : > -100°C Principaux fluides actuels: Les fluides frigorigènes actuellement utilisés, qu’il s’agisse d’un fluide frigorigène dont la fabrication est interdite depuis le 31 décembre 1994, d’un fluide frigorigène de transition ou d’un fluide frigorigène de substitution sont : - dérivés fluorés et chlorés d’hydrocarbures (CFC), fluides peu à peu supprimés car très nocifs pour l’environnement.. - composés inorganiques purs : Ammoniac (NH3). - composés organiques purs :R134a. - les hydrochlorofluoroscarbures (HCFC). - les hydrofluoroscarbures (HFC). - mélanges azéotropiques (composés de plusieurs fluides purs mais se comportant comme un seul composant :la température de condensation et d’évaporation est la même, exemple :le R 502 est composé de 48,8% de R22 et de 51,2% de R115). - mélanges zéotropiques (ou non azéotropique), qui se composent de plusieurs fluides frigorigènes purs mais qui ne se comportent plus comme un fluide frigorigène à un seul composant, lors des phases de changement d’état liquide vapeur ou vapeur liquide, il y a un glissement pouvant aller jusqu'à 4.5K (certains fluides du mélange s’évaporent ou se condensent avant les autres), précautions à prendre pendant la charge d’une installation ou en cas de fuite (modification du mélange). Tableau des caractéristiques des fluides les plus courants et de leurs remplaçants : 8 O.D.P (potentiel d’altération de la couche d’ozone) :permet de classer les différents fluides en fonction de leur action sur la couche d’ozone en prenant comme référence un des fluides le plus polluant, le CFC 11 (O.D.P. de 1) G.W.P (potentiel d’action sur l’effet de serre) :pour un gaz donné, son potentiel de réchauffement est rapporté le plus souvent à celui obtenu par la même quantité de dioxyde de carbone. Codification des fluides frigorigènes: Si les fluides frigorigènes anciens ont des noms chimiques faciles a retenir, il n’en est pas de même des fluides frigorigènes chlorofluorés. Une désignation numérique liée a la formule chimique du fluide a été instaurée. Le numéro de code ainsi formé étant précédé par la lettre R signifiant réfrigérant. Le nombre désignant le fluide sera compose en respectant les conventions suivantes : - le chiffre des unités indique le nombre d’atomes de FLUOR — le chiffre des dizaines indique le nombre d’atomes d’HYDROGENE plus 1 - le chiffre des centaines indique le nombre d’atomes de CARBONE moins 1. - les atomes de chlore ne sont pas pris en considération. - la lettre B (placée uploads/Litterature/ etude-du-circuit-frigorifique-cahier.pdf