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Modèle: Groupe Frigo mono-étagéCalculs COP etPuissances évaporateur et condenseur

Démarrer le groupe frigo mono-étagé avecles conditions de fonctionnement par défaut

Relever les données pour calculer les puissances:# échangées à l’évaporateur et au condenseur,# fournie au compresseur

Réaliser les calculs de puissance par deux méthodes:# bilan enthalpique direct,# chauffage – refroidissement et changement d’état

Calculer le COP type machine frigo ou pompe à chaleur,

Comparer les valeurs aux relevés et conclure

Exercice: calculs puissances et COP

Démarrage du groupe frigo mono-étagé

Conditions de fonctionnement (défaut):Compresseur à 2900 tr.mn-1, cylindrée 10 cm3,

volume mort 0.5 cm3, rendement isentropique 80%,

Température source froide -5°C, source chaude 20°C,

Détendeur adapté, simulation en mode simple.

Démarrer le compresseur (clic gauche),Attendre quelques minutes la mise en régime

stationnaire,Relever les valeurs nécessaires aux calculs.

Exercice: calculs puissances et COP

Groupe frigo démarré, vérification des conditions de fonctionnement

Relevés à l’évaporateur: entrée

Relevés à l’évaporateur: sortie

Relevés à l’évaporateur

Entrée 1.97 bar a, -10.4°C,Enthalpie massique 234.0 kJ.hg-1,Mélange liquide-vapeur (23.2% vapeur),

Changement d’état à 1.97 bar a, -10.4°C,Chaleur latente 392.3-186.0=206.3 kJ.kg-1,Cpliq=1.31 kJ.kg-1.°C-1, Cpvap=0.84 kJ.kg-1.°C-1,

Sortie 1.97 bar a, -8.4°C,Enthalpie massique 394.0 kJ.kg-1,Vapeur surchauffée de -8.4+10.4=2.0°C,

Exercice: calculs puissances et COP

Relevés au condenseur: entrée

Relevés au condenseur: sortie

Relevés au condenseur

Entrée 7.0 bar a, 40.4°C,Enthalpie massique 427.0 kJ.kg-1,Vapeur surchauffée de 40.4-26.5=13.9°C,

Changement d’état à 7.0 bar a, 26.5°C,Chaleur latente 413.0-236.8=176.2 kJ.kg-1,Cpliq=1.43 kJ.kg-1.°C-1, Cpvap=1.01 kJ.kg-1.°C-1,

Sortie 7.0 bar a, 24.5°C,Enthalpie massique 234.0 kJ.kg-1,Liquide sous-refroidi de 26.5-24.5=2.0°C,

Exercice: calculs puissances et COP

Relevés compresseur et cycle

Propriétés du liquide bouillant et de la vapeur saturante(point de changement d’état L-V)

Propriétés des points du cycle(vapeur, liquide, ou liq.+vap.)

Tableau de relevés

Exercice: calculs puissances et COP

  Etat physiquePression

Bar aTempérature

°CEnthalpie

kJ/kgCp liq/vapkJ/kg/°C

Chaleur latentekJ/kg

Entrée évaporateur 23,2% vapeur 1,97 -10,4 234,0    

Changement d'étatLiq.bouillant

1.97 -10,4186,0 1,31

 206,3Vap.saturante 392,3 0,84

Sortie évaporateur Vap.surchauffée 1,97 -8,4 394,0    

Compresseur Vap.surchauffée           

Entrée condenseur Vap.surchauffée 7,0 40,4 427,0    

Changement d'étatVap.saturante

7.0 26,5413,0 1,01

-176,2Liq.bouillant 236,8 1,43

Sortie condenseur Liq.froid 7,0 24,5 234,0    

Puissance reçue à l’évaporateur

Calcul par débit × (enthalpie sortante – enthalpie entrante)puissance = 3.76 × (394.0-234.0)=601.6 W

Calcul par changement d’état et surchauffe vapeur:débit × titre liquide × Lv(Teb) = 3.76 × 0.232 × 206.3=

595.7 Wdébit × Cpvap × (Tsortie-Teb) = 3.76 × 0.84 × (-

8.4+10.4)=6.3 Wcumul: 595.7+6.3=602.0 W

Relevé: 601.9W

Toutes ces valeurs (calculées - relevées) sont cohérentes.

Exercice: calculs puissances et COP

Puissance cédée au condenseur

Calcul par débit × (enthalpie sortante – enthalpie entrante)Puissance = 3.76 × (234.0-427.0) = -725.7 W

Calcul par refroidissement vapeur, changement d’état et refroidissement liquide:débit × Cpvap × (Teb-Tentrée) = 3.76 × 1.01 ×(26.5-40.4) = -

52.8 Wdébit × Lc(Teb) = 3.76 × (-176.2) = -662.5 W

débit × Cpliq × (Tsortie-Teb)= 3.76 × 1.43 ×(24.5-26.5)=-10.8 W

cumul: -52.8-662.5-10.5 = -726.1Relevé: -726.0W

Toutes ces valeurs (calculées - relevées) sont cohérentes.

Exercice: calculs puissances et COP

Puissance reçue au compresseur

Calcul par débit × (enthalpie sortante – enthalpie entrante)Puissance = 3.76 × (427.0-394.0) = 124.1 W

Relevé: 124.1 W

Ces valeurs (calculées - relevées) sont cohérentes.Le bilan énergétique sur l’ensemble du cycle est

vérifié:601.9+124.1-726.0=0

Exercice: calculs puissances et COP

COP

COP réfrigérateur ou climatisationCOPfroid=601.9/124.1=4.85Pour 1W dépensé, on retire 4.85W du réfrigérateur.

COP pompe à chaleurCOPchaud=726.0/124.1=5.85Pour 1W dépensé, on amène 5.85W à la source

chaude.

Exercice: calculs puissances et COP

Les puissances calculées, quelque soit la méthode, sont en concordance avec les puissances relevées.

Les relevés sont réalisés avec 3 ou 4 chiffres significatifs.

L’incertitude sur les puissances calculées porte sur le 4ème chiffre significatif.

Conclusion de l’exercice: