TD 2 Et Solution
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TD 2 Et Solution
L3 Energétique 2022/2023
TD 02
Exercice 1 :
Le diagramme qui vous est fourni est celui du “R134a” (1,1,1,2 tétrafluoroéthane).
a) Quelle est la température d’ébullition du R134a, à la pression atmosphérique.
b) Quelle est son enthalpie de vaporisation à la pression atmosphérique.
c) Déterminez l’état du R134a et estimez dans les conditions suivantes :
‐ T = -10°C, p = 1 bar
‐ T = -10°C, p = 5 bar
‐ T = -10°C, p = 2 bar, h = 250 kJ/kg
Exercice 2 :
On souhaite concevoir un climatiseur fonctionnant au R134A capable de soutirer une puissance de 1 kW à une
source froide, maintenue à une température de +15°C, on estime qu’il faut pour cela que la température de
l’évaporateur soit maintenue à 5°C. La température du condenseur (refroidi avec l’air ambiant à 30°C) doit être au
moins égale à 35°C.
On suppose que la vapeur quittant l’évaporateur et le liquide quittant le condenseur sont juste saturés. La
compression est supposée adiabatique et réversible.
a. Déterminez les pressions de l’évaporateur et du condenseur.
b. Tracez le cycle frigorifique sur le diagramme h–log P
c. Déterminez le débit de fluide requis dans le cycle.
d. Faites un bilan énergétique complet de la machine.
e. Calculez le coefficient de performance de la machine frigorifique.
Exercice 3 :
Une pompe à chaleur est utilisée pour maintenir la température d'une pièce à 25 °C. Le fluide circulant dans le
cycle est du R-134a. La pompe à chaleur absorbe de la chaleur de l'eau géothermique qui entre dans un échangeur
de chaleur à une température de 50 °C et en sort à 40 °C avec un débit de 0,05 kg/s. Le R-134a entre dans
l'évaporateur à une température de 20 °C et un titre de 0,33, et en sort à l'état de vapeur saturée. Pendant la
compression isentropique du R-134a, il y a des pertes de 150W. La température du condenseur est maintenue à
60°C.
a) Tracer le cycle dans un diagramme ph
b) Calculer le débit du fluide frigorigène, et le COP de l’installation
Exercice 4 :
On considère une machine frigorifique utilisant le réfrigérant R134a ; Les fluides quittant l’évaporateur à la
pression de 4 bar et le condenseur à la pression de 10 bar sont saturés. Le rendement isentropique du compresseur
est de 0,82 ; à l’entrée du compresseur le débit mesuré est de 0,25 kg/s ; On demande de :
a) Tracer le cycle dans un diagramme ph
b) Calculer la puissance du compresseur.
c) Calculer la puissance frigorifique et le COP de l’installation.
Exercice 5 :
Une machine produisant du froid et utilisant le réfrigérant R134a ; fonctionne entre deux pressions 3 et 10 bar. Les
fluides quittant l’évaporateur et le condenseur sont saturés ; le compresseur a un rendement isentropique de 0,75
et un débit massique de 1,5 kg/s.
a) Tracer le cycle dans un diagramme ph
b) Calculer la puissance frigorifique et le COP de l’installation.
c) Déterminer le débit volumique en m3/h et la température à la sortie du compresseur.
1
Matière : Machines Frigorifiques et Pompes à Chaleur
Correction TD 02
Exercice 1 :
-10°C, 5bar
b) L’enthalpie massique de vaporisation sous 1 bar (donc à -27 °C) : elle correspond à la
variation d’enthalpie lors de la transformation isobare isotherme : liquide saturé ! vapeur
saturée, donc à la chaleur absorbée par l’unité de masse du fluide lors de sa vaporisation.
C’est donc la différence entre l’enthalpie massique de la vapeur saturée (état final) et celle
du liquide saturé (état initial). C’est donc la longueur du palier de vaporisation.
Elle vaut : ∆ℎ(𝑉−𝐿) = ℎ(𝑉,𝑠𝑎𝑡) − ℎ(𝐿,𝑠𝑎𝑡) ≈ 380 − 170 = 210𝑘𝐽/𝑘𝑔
c) L’état du fluide (-10°C, 1 bar), (-10°C, 5 bar), (-10°C, 2 bar, h=250 kJ/kg).
Les positions correspondantes sur le graphique sont marquées par de gros points rouges.
(-10°C, 1 bar) : vapeur ; (-10°C, 5 bar) : liquide ; (-10°C, 2 bar, h=250 kJ/kg) : 2 bar est la
pression de saturation sous -10°C, et les spécifications (-10°C, 2 bar) nous placent quelque
part sur le palier de changement de phase. Il faut un renseignement supplémentaire, ici
l’enthalpie pour placer précisément le point. On lit ensuite, par interpolation entre les
courbes à titre vapeur constant, le titre vapeur : environ 33% en masse.
2
Exercice 2 :
b)
𝑄̇𝐹 1
𝑚̇𝑟 = = = 6,57. 10−3 𝑘𝑔/𝑠
ℎ4 − ℎ1 400 − 248
𝑄̇𝐹 1
𝐶𝑂𝑃 = = = 8,33
𝑊̇ 0,12
3
Exercice 3 :
𝑄̇𝐹 2,09
𝑚̇𝑟 = = = 17,4. 10−3 𝑘𝑔/𝑠
ℎ1 − ℎ4 408 − 288
𝑄̇𝐶 2,623
𝐶𝑂𝑃 = = = 4,92
𝑊̇ 0,533
4
Exercice 4 :
a) La puissance du compresseur
La puissance frigorifique
b) Le COP
𝑄̇𝐹 36,75
𝐶𝑂𝑃 = = = 6,39
𝑊̇ 5,75
5
Exercice 5
Le travail isentropique
𝑊̇𝑖𝑠 36
𝑊̇𝑟 = = = 48𝑘𝑊
𝜂𝑖𝑠 0,75
Le COP de l’installation
𝑄̇𝐹 214,5
𝐶𝑂𝑃 = = = 4,47
𝑊̇ 48
On a
ℎ2𝑖𝑠 − ℎ1
𝜂𝑖𝑠 =
ℎ2𝑟 − ℎ1