TP Manipulation III

Université Sidi Mohamed Ben Abdellah Année Universitaire : 20/21
Ecole Supérieure de Technologie - Fès Filière : GIM, S-2
Travaux pratiques
Installations frigorifiques
Manipulation III
Simulation d’une machine frigorifique à l’aide du logiciel

CoolPack
Préparé par : Pr. S. HAMDAOUI
1
Description du logiciel CoolPack :
Le développement de CoolPack a commencé au printemps 1998 dans le cadre d'un projet de

recherche. L'objectif de ce projet était de développer des modèles de simulation à utiliser pour
l'optimisation énergétique des systèmes de réfrigération. Les utilisateurs de ces modèles
seraient des techniciens en réfrigération, des ingénieurs, des étudiants, etc. bref toutes les
personnes ayant une influence sur la consommation d'énergie actuelle et future des systèmes
de réfrigération.
Les programmes de CoolPack sont divisés en trois groupes principaux: utilitaires de
réfrigération, EESCoolTools et Dynamic. Le groupe principal EESCoolTools a été divisé en
quatre sous-groupes: analyse de cycle, conception, évaluation et auxiliaire.
Ces six groupes de programmes ont chacun un onglet dans la barre d'outils dans la partie
supérieure de l'écran, à droite d'un groupe de boutons qui contrôlent l'apparence de cet écran.
En cliquant sur un onglet, les icônes des programmes de ce groupe seront affichées dans la
barre d'outils. Un programme dans un groupe est démarré en cliquant (simple clic) sur l'icône
du programme.
Ecran principale du logiciel CoolPack
2
Ce TP a pour objectif de :
Concevoir le cycle thermodynamique d’un congélateur domestique en s’appuyant sur le
logiciel libre CoolPack. Ce logiciel contient une vaste base de données thermodynamiques
concernant différents fluides purs ou mélanges ainsi que des fonctionnalités de calcul de
performances thermodynamiques de cycles.
On s’intéresse à un réfrigérateur domestique qui contient un compresseur, un détendeur, et
deux échangeurs simple flux : l’évaporateur et le condenseur. Ce réfrigérateur est conçu pour
se trouver dans une cuisine à température Tc = 20 C. L’intérieur du réfrigérateur doit être
maintenu à température Tf = 5 C constante. On souhaite une puissance thermique de
refroidissement pouvant atteindre Pf = 1 kW.
1. Rappeler le rôle des différents composants du réfrigérateur. En déduire le sens dans
lequel le fluide les parcourt, et lesquels de ces composants sont au contact de l’intérieur
du frigo ou de l’air de la cuisine. Schématiser l’installation en indiquant la position des
sources froide et chaude.
2. À quel point du circuit la température du fluide frigorigène est-elle maximale ?

minimale ? Comment ces températures Tmax et Tmin se comparent-elles à Tc et Tf ?
3. Définir l’efficacité frigorifique ou COP du réfrigérateur. Calculer sa valeur maximale.
Un paramètre important dans le dimensionnement d’une installation frigorifique est la
température à laquelle les changements d’état ont lieu dans le condenseur et l’évaporateur, car
elle contraint la puissance thermique échangée avec les sources chaude et froide.
4. Pour pouvoir atteindre l’efficacité de Carnot, à quelles températures les changements
d’état devraient-ils avoir lieu ? Est-ce possible en pratique ?
On impose une température d’évaporation de −10 °C et une température de condensation de
40 °C. Pour tous les cycles étudiés dans cette partie, vous relèverez le COP, la puissance du
compresseur nécessaire pour prélever la puissance thermique voulue à la source froide, et
enfin le débit massique de fluide dans la machine. Vous pouvez par exemple noter vos
résultats dans un tableau. Vous devez aussi interpréter qualitativement les tendances
observées.
5. Dans le logiciel Coolpack, afficher le diagramme des frigoristes du R134a et paramétrer
un cycle avec les valeurs de température de condensation et d’évaporation indiquées ci-
dessus. Tous les autres paramètres seront laissés à zéro.
Tous les cycles ultérieurs seront comparés à ce cycle de référence.
6. Sur ce cycle, identifier les différentes étapes en lien avec la question 1.
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7. Vérifier avec le logiciel qu’un choix de températures de changement d’état plus proches
de celles des sources permet d’augmenter le COP.
8. Pour le cycle de référence, comparer les trois fluides frigorigènes R134a, R290a et
R410a qui peuvent tous trois être utilisés en réfrigération.
9. Une surchauffe est une élévation de la température en sortie de l’évaporateur au-delà de
la température de saturation. Étudier l’effet d’une surchauffe de 5 K.
10. Un sous-refroidissement est une diminution de la température en sortie du condenseur
en deçà de la température de saturation. Étudier l’effet d’un sous-refroidissement de 5
K.
11. Étudier l’effet d’un rendement isentropique imparfait du compresseur, en le prenant
égal à 80 %.
12. Étudier l’effet des pertes de charge dans l’évaporateur et le condenseur, en les prenent
égales à 0,2 bar. Pourquoi ne peut-on pas paramétrer dans le logiciel de pertes de charge
dans le détendeur et le compresseur ?
En s’appuyant sur les résultats précédents, élaborer le cycle donnant la meilleure efficacité
frigorifique.
Cahier des charges :
 La puissance de refroidissement doit atteindre 1 kW;
 Les températures d’évaporation et de condensation sont de −10 °C et 40 °C;
 Le compresseur à un rendement isentropique de 80%;
 Sa puissance maximale est de 600W;
 Les pertes de charge sont de 0,2 bar dans le condenseur et autant dans l’évaporateur ;
 Les normes imposent que la température du fluide ne doit jamais excéder 60 °C.
4
Notice simplifiée d’utilisation de CoolPack
5

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2. À quel point du circuit la température du fluide frigorigène est-elle maximale ?

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