2019/2020 Compte rendu de TP01 de

Thermodynamique
Production du froid par cycle de
compression de vapeur

Département : génie mécanique énergétique

Préparé par : Dr. SEMMARI

Réalisé par : Sefir Merwa

 Sommaire

Sommaire ....................................................................................................................... b
Table des figures............................................................................................................ c
1 Introduction : ........................................................................................................... 1
2 Résumé du TP : ....................................................................................................... 1
3 But de TP : .............................................................................................................. 2
4 Principe de fonctionnement d’un réfrigérateur en 4 étapes : .................................. 2
5 Les différents états du fluide frigorifique dans une installation : ........................... 3
6 Partie théorique : ..................................................................................................... 4
6.1 Complétement du tableau 1 puis le calcule des quantités de chaleur à l’évaporateur et au
condenseur : ...................................................................................................................................... 4
6.2 Le graphe transfert de chaleur au condenseur et évaporateur en fonction de la température de
condensation : ................................................................................................................................... 4
6.3 Tracer le cycle dans le diagramme de Mollier : ......................................................................... 5
6.4 Le calcule de COP pour chaque expérience : ............................................................................. 5
6.5 Conclusion :............................................................................................................................. 6
7 Bibliographique :..................................................................................................... 7

b
 Table des figures

Figure 1: principe de fonctionnement d'un réfrigérateur .............................................. 2

Figure 2: les étapes d'un fluide frigorifique .................................................................. 3
Figure 3: le graphe de transfert de chaleur au condenseur et évaporateur .................... 4
Figure 4: diagramme de Mollier.................................................................................... 5

c
1 Introduction :
La production du froid ne se distingue pas de la production de chaleur uniquement en termes
d’échelle de température ou en termes de signe de la quantité de chaleur échangée. En effet, on ne
peut pas dire que la production du froid est simplement une production de chaleur négative à basse
température. La distinction principale vient de l’existence du second principe de la
thermodynamique qui, selon l’énoncé de Clausius, postule « qu’il ne peut pas s’effectuer, sans
compensation, un passage de chaleur d’un corps froid à un corps plus chaud » alors qu’il peut tout à
fait, sans compensation, s’effectuer un passage de chaleur d’un corps chaud vers un corps moins
chaud. On peut donc définir la production de froid comme la mise en œuvre d’une suite de
transformations thermodynamiques permettant d’extraire de la chaleur d’un milieu (source froide)
pour abaisser et/ou maintenir sa température en dessous de la température ambiante. Ces
transformations sont subies par une substance active (le fluide frigorigène), qui prélève de la
chaleur à la source froide, en rejette dans la source chaude et à laquelle on doit apporter de l’énergie
en compensation.

2 Résumé du TP :
Il existe deux modes de production du froid (en circuit ouvert ou en circuit fermé), dans notre
expérience nous allons utiliser le type de réfrigération en circuit fermé.
L’avantage des procédés en circuit fermé est l’absence de pertes de fluide. Par contre, ils
nécessitent des investissements relativement élevés et offrent une moindre souplesse de
fonctionnement. Ils constituent le procédé le plus répandu.

Notre travail consiste un banc permettant de représenter une machine frigorifique, il s’agit d’un
cycle frigorifique à compression de vapeur qui composé principalement d’un condenseur, une
vanne de détente, un évaporateur et un compresseur. Le fluide frigorigène sous forme de vapeur
froide et à basse pression entre dans le compresseur, le compresseur comprime le fluide réfrigérant.
Le fluide frigorigène quitte le compresseur et entre dans le condenseur (passage de l’état vapeur à
l’état liquide) puis le fluide se dirige vers le détendeur qui est vaporisé partiellement par
abaissement brusque de la pression, le liquide partiellement vaporisé travers l’évaporateur (passage
de l’état liquide à l’état vapeur), puis les vapeurs froides retournent au compresseur pour un
nouveau cycle.

1
3 But de TP :
L’objectif de ce travail pratique consiste à exploiter la connaissance acquise dans le module de
la thermodynamique appliquée afin de quantifier les transferts énergétiques du cycle à compression
de vapeur et donc déduire la performance du système en question.

4 Principe de fonctionnement d’un réfrigérateur en 4 étapes :

Figure 1: principe de fonctionnement d'un réfrigérateur

1 : Compression :
Le compresseur aspire le fluide à basse pression et à basse température.
2 : Condensation :
Les gaz chauds haute pression et haute température venant du compresseur se dirigent vers le
condenseur.
3 : Détente :
Le liquide sous refroidi est vaporisé partiellement par abaissement brusque de la pression au
passage de l 'orifice calibrée du détendeur. Il assure la modulation du débit du fluide dans
l'évaporateur.
4 : Évaporation :
Le fluide liquide provenant du détendeur va entrer en ébullition ou évaporation dans l'évaporateur
en absorbant de la chaleur au fluide extérieur. Le fluide est ensuite aspiré par le compresseur pour
un nouveau cycle.

2
5 Les différents états du fluide frigorifique dans une installation :

Figure 2: les étapes d'un fluide frigorifique

1 - Pression BP entrée du compresseur (État du fluide : Vapeur BP)

2 - Pression HP sortie du compresseur (État du fluide : Vapeur HP)
3 - Entrée du condenseur (État du fluide : Vapeur HP)
• Zone de désurchauffe de 3 - 4 (État du fluide : Vapeur HP)
• Zone de condensation de 4 - 5 (État du fluide : Passage de l'état vapeur à l'état liquide HP)
6 - Sortie de condenseur (État du fluide : Liquide HP)
7 - Entrée détendeur (État du fluide : Liquide HP)
8 - Sortie détendeur (État du fluide : Liquide BP)
• Zone d'évaporation de 8 - 9 (État du fluide : Passage de l'état liquide à l'état vapeur BP)
9 - Sortie évaporateur (État du fluide : Vapeur BP)

3
6 Partie théorique :

6.1 Complétement du tableau 1 puis le calcule des quantités de chaleur à

l’évaporateur et au condenseur :

1 2 3
Pression d'évaporation lue au manomètre Pe (KN/m²) -65 -60 -60
Pression absolue d'évaporation Pe (KN/m²) 36 41 41
Température d'évaporation T5 (C°) 11,5 10,7 12,7
Débit d'eau à l'évaporateur ṁe,eau (g/s) 25 25 25
Température d'eau à l'entrée de l'évaporateur T1 (C°) 19,9 20,7 21,1
Température à la sortie de l'évaporateur T2 (C°) 18,9 19,4 19,9
Température de liquide condensé T8 (C°) 9,9 11,7 14,9
Pression de condensation lue au manomètre Pc (KN/m²) 20 45 100
Pression absolue de condensation Pc (KN/m²) 121 146 200
Température en sortie de compresseur T7 (C°) 41,2 46,5 56,1
Température de condensation T6 (C°) 29 35,3 47,8
Débit d'eau au condenseur ṁc,eau (g/s) 10 3 1
Température de l'eau en entrée du condenseur T4 (C°) 20,2 21,1 22
Température de l'eau en sortie du condenseur T3 (C°) 24,2 33,7 47,6
Puissance éléctrique fournie au compresseur Ẇelec (Watt) 810 810 810
Transfert de chaleur à l'évaporateur 𝑄̇ 𝑒 (W) 104,5 135,85 125,4
Transfert de chaleur au condenseur 𝑄̇ 𝑐 (W) 167,2 158,004 107,008

Tableau 1: représente les mesures expérimentales

6.2 Le graphe transfert de chaleur au condenseur et évaporateur en fonction de

la température de condensation :

Titre du graphique
180
160
transfert de chaleur

140
120
100
80
60
40
20
0
0 10 20 30 40 50 60
Température de condensation

Qe Qc

Figure 3: le graphe de transfert de chaleur au condenseur et évaporateur

4
6.3 Tracer le cycle dans le diagramme de Mollier :

Le diagramme enthalpique, aussi appelé diagramme de Mollier, est une notion importante dans la
compréhension du cycle frigorifique.

Figure 4: diagramme de Mollier

6.4 Le calcule de COP pour chaque expérience :

Qfroid Tfroid
𝐶𝑂𝑃 = =
Qchaud−Qfroid Tchaud−Tfroid

1) COP= 1,67
2) COP= 6,13
3) COP= 5,81

5
6.5 Conclusion :

D’après mon étude de la thermodynamique, dans ce TP j’ai consolidé mes connaissances acquises
sur la production du froid par cycle de compression de vapeur.
Ce TP m’a permis de découvrir plusieurs notions dans le cadre de ma spécialité (la
thermodynamique).

6
7 Bibliographique :

[1] F Meunier, P Rivet, M Terrier production de froid, la Rpf, 2015, Paris.

[2] Production de froid, Présentation Bureau Veritas.

[3] Le circuit frigorifique https://www.abcclim.net/le-circuit-frigorifique.html