Frigo capillaire

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  • Dpartement Arospatiale et mcanique.

    Laboratoire de Thermodynamique Universit de Lige Campus du Sart-Tilman - Btiment B49 Parking P33 B-4000 LIEGE (Belgium) tel : +32 (0)4 366 48 00 fax : +32 (0)4 366 48 12 web site : http://www.labothap.ulg.ac.be/cmsms/

    Cours de thermodynamique applique.

    Laboratoires dtudiants.

    Banc dessai du groupe frigorifique tube capillaire.

    Auteur:Bernard GEORGES tel : +32 (0)4 366 48 18 email :b.georges@ulg.ac.be Dernire mise jour : fvrier 2009

  • Notes de labo capillaire 2009.doc 2

    Table de matires.

    1 INTRODUCTION................................................................................................. 4

    2 PRINCIPE DU GROUPE FRIGORIFIQUE.......................................................... 5

    2.1 Description du principe. ...................................................................................................................5

    2.2 Description du cycle frigorifique. .....................................................................................................6

    2.3 Performances nergtiques...............................................................................................................7

    3 DESCRIPTION PHYSIQUE DU BANC DESSAI FRIGO CAPILLAIRE............. 7

    3.1 Le compresseur. ................................................................................................................................8

    3.2 Le condenseur. ..................................................................................................................................9

    3.3 Le tube capillaire ............................................................................................................................10

    3.4 Lvaporateur. ................................................................................................................................10

    4 EVOLUTION COMPLETE DU CYCLE FRIGORIFIQUE SUR LE BANC DESSAI. .................................................................................................................. 13

    5 INSTRUMENTATION DU BANC...................................................................... 14

    6 BILANS THERMIQUES. ................................................................................... 14

    6.1 Rappel des principes. ......................................................................................................................14

    6.2 Bilans bass sur une intgration long terme. ...............................................................................15

    6.3 Contre-vrifications ........................................................................................................................15

  • Notes de labo capillaire 2009.doc 3

    Table des illustrations. Figure 1: Principe thermodynamique du groupe frigorifique................................................. 5 Figure 2: Cycle thermodynamique simplifi en diagramme p-h. ............................................ 6 Figure 3: Vue d'ensemble du groupe frigorifique. .................................................................. 7 Figure 4:Vue du compresseur hermtique piston................................................................. 8 Figure 5: Aspect du condenseur............................................................................................. 9 Figure 6: Vue du tube capillaire. ......................................................................................... 10 Figure 7: Vue de lvaporateur......................................................................................... 11 Figure 8:Coupe de lvaporateur. ........................................................................................ 12 Figure 9:Schma de principe dessai capillaire. ................................................................... 13

  • Notes de labo capillaire 2009.doc 4

    1 Introduction.

    Le principe du groupe frigorifique est de refroidir un corps en transfrant lnergie absorbe basse temprature dans un milieu dchange se trouvant plus haute temprature. Pour pouvoir comprendre et caractriser le fonctionnement du processus thermique, il est ncessaire de mesurer diffrentes grandeurs physiques avec le moins derreurs possible. Pour vrifier le niveau de prcision de ces mesures, on ralise des bilans thermiques qui permettent dabord de vrifier que les premiers principes de la thermodynamique sont respects, ensuite destimer la fiabilit globale des mesures ralises. En cas de bilans errons, on peut vrifier quelles sont les mesures incorrectes, aprs avoir toutefois vrifi les quations utilises pour tablir les bilans.

  • Notes de labo capillaire 2009.doc 5

    2 Principe du groupe frigorifique.

    2.1 Description du principe. On dispose dune source froide la temprature Tf, par exemple de la nourriture que lon veut maintenir la temprature de 4C. On va vacuer lnergie absorbe lors du refroidissement en la transfrant travers un changeur de chaleur, par exemple un condenseur aspirant de lair ambiant la temprature de 25C: cest la source chaude la temprature Tc. Le transfert de lnergie ( ) ( les calories ) disponible basse temprature vers une source haute temprature ne peut seffectuer naturellement car la chaleur scoule du chaud vers le froid en vertu du second principe. On doit alors utiliser un fluide de transfert intermdiaire (lair, leau glycole, lammoniac, le fron, le CO2 etc peuvent tre des fluides de transfert). Dans notre cas, on utilise du rfrigrant (fron R134) comme fluide intermdiaire pour raliser un cycle frigorifique. Les transferts thermiques entre sources et fluide de transfert sont raliss dans des changeurs thermiques. Lillustration de ce principe sur un diagramme est reprise la Figure 1 . Ct source froide, le rfrigrant circule une temprature infrieure Tf , soit T0 , et reoit de lnergie ( de la chaleur ) de la nourriture. Ct source chaude, le rfrigrant, dont la temprature doit tre plus leve que Tc, soit T1 , et cde de lnergie ( de la chaleur ) lair circulant travers le condenseur.

    Figure 1: Principe thermodynamique du groupe frigorifique.

    tempratures

    Tc

    ECHANGEUR

    Circuit de lair

    Tf

    Nourriture ECHANGEUR

    nergie du rfrigrant

    Rfrigrant (basse pression)

    Rfrigrant (haute pression)

    T0

    T1

  • Notes de labo capillaire 2009.doc 6

    2.2 Description du cycle frigorifique. Le groupe frigorifique est un ensemble constitu dun compresseur, dun condenseur, dun vaporateur et dune vanne de laminage. Le cycle thermodynamique simplifi est montr la Figure 2.

    Le rfrigrant circule basse pression (P0 ) et basse temprature (T0 ) dans lchangeur (vaporateur), dont les parois sont en contact avec la nourriture, et se vaporise progressivement en recevant de lnergie (Wevap) de celle-ci, tout comme leau svapore au soleil. Son ENTHALPIE (niveau nergtique) augmente.

    Pour amener le rfrigrant de sa temprature basse T0 un niveau suprieur T1, on utilise un compresseur qui va lever la pression et la temprature de la vapeur. Ce compresseur va consommer une nergie lectrique payante ( Wcmp)

    Lorsque le rfrigrant circule dans lchangeur de la source chaude (le condenseur), il cde de lnergie ( Wcond) lair ambiant en se condensant progressivement jusqu se liqufier (comme la bue sur une vitre). Son ENTHALPIE (niveau nergtique) diminue. Cette nergie provient de la source froide et du compresseur. En effet, une partie de lnergie lectrique consomme par celui-ci est convertie en nergie mcanique puis finalement en nergie thermique (chauffement du rfrigrant) Wcond = Wcmp+ Wevap

    Le rfrigrant est ensuite dtendu (il passe de la haute la basse pression) laide dun organe de laminage pour entrer dans lvaporateur en tat diphasique et recommencer le cycle.

    Figure 2: Cycle thermodynamique simplifi en diagramme p-h.

    Pression P Temprature T

    P0 , T0

    Enthalpie H (kJ/kg)

    CONDENSEUR

    COMPRESSEUR

    Wcond

    Wevap

    Vanne de laminage

    Pres. condensation

    Pres. vaporation

    Tf

    T

    P1 , T1

    EVAPORATEUR

    Wcmp

    moteur

  • Notes de labo capillaire 2009.doc 7

    2.3 Performances nergtiques. Le coefficient de performance du groupe frigorifique sexprime par le rapport entre lnergie utile Wevap et lnergie paye Wcmp soit COP = Wevap / Wcmp. Lintrt de cette mthode est que la puissance consomme par le compresseur est en gnral plus faible que celle apporte au niveau de lvaporateur. Le COP du groupe frigorifique utilis varie entre 2.5 et 3.5 selon les conditions de fonctionnement.

    3 Description physique du banc dessai frigo capillaire.

    Le compresseur implant sur le banc dessai est utilis dans les frigos domestiques. Les composants principaux du banc dessai sont dcrits brivement ci-aprs. La Figure 3 montre une vue densemble du banc frigo.

    Figure 3: Vue d'ensemble du groupe frigorifique.

  • Notes de labo capillaire 2009.doc 8

    3.1 Le compresseur. La compression est ralise par un piston. Le compresseur est hermtique, cest dire que le moteur lectrique dentranement est refroidi par le rfrigrant. La puissance lectrique consomme est donc intgralement apporte au mlange de rfrigrant et dhuile de lubrification par le travail de compression et par le refroidissement du moteur, aux changes lambiance prs. La Figure 4 montre un gros plan du compresseur hermtique .

    Figure 4:Vue du compresseur hermtique piston.

    Entre du R134

  • Notes de labo capillaire 2009.doc 9

    Remarque sur la lubrification : Le comp