quelques notions: la réfrigération est l'abaissement de température par des moyens...
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THERMODYNAMIQUE
LA RÉFRIGÉRATION
Quelques notions:La réfrigération est l'abaissement de température par des moyens
artificiels.C'est essentiellement une méthode de transfert de chaleur. Lorsque l'on retire de la chaleur la température diminue.Une basse température correspond à une faible quantité de chaleur.LA RÉFRIGÉRATION EST UNE MÉTHODE D'EXTRACTION DE LA
CHALEUR. La chaleurDéfinition: Forme d'énergie qui se traduit par une augmentation ou
une diminution de température, ou par un changement d'état Elle se propage par rayonnement, convection ou conduction.
LA CHALEUR
En climatisation comme en froid , il est important de comprendre les phénomènes qui régissent les propriétés de l'air.
La conduction:
Quand la différence de température dans un même corps solide se produit le mode de transfert thermique s'appelle la conduction. La chaleur se transmet petite à petit par un mouvement des électrons libres (agitation thermique des molécules), cette chaleur se propage avec plus ou moins de faciliter suivant la nature des matériaux, il est à noter que les bons conducteurs de chaleur sont aussi de bons conducteurs électriques.
D'après la loi de Fourier plus la différence de température à l' intérieur d'un même corps est importante plus rapidement la chaleur se déplacera.
LA CHALEUR
La convection :
La convection est un type de transfert au sein d'un même fluide liquide au gazeux, lorsqu'une différence de température se produit dans ce fluide il y a modification de la densité produisant un mouvement de brassage ,les parties plus chaudes auront tendance à s'élever et les parties plus froides à descendre.
Ce phénomène en climatisation est souvent rencontré ou les couches d'air les plus chaudes d'un bâtiment de grande hauteur se retrouvent confinées dans la partie haute du bâtiment et s'appelle la stratification.
LA CHALEUR
Le rayonnement :
La différence du rayonnement vis-à-vis des autres transferts de chaleur est que les substances considérées qui échangent de la chaleur n'ont pas besoin d'être en contact l'une avec l'autre. Tout élément émettant de la chaleur par rayonnement vers des éléments plus froids se fait indifféremment à travers l'air, le vide, et même le vide spatial, un exemple commun de ce phénomène est le rayonnement solaire.
TEMPERATUREElle se mesure en JOULE, unité légale de chaleur et de travail, à préférer à la
calorie (qui équivaut à 4.18 Joules).Tout objet sur terre renferme de la chaleur. Si toute chaleur était retirée à un
objet, sa température descendrait à -273°C (0°Kelvin). Tout objet renferme une énergie calorifique mesurable en quantité et
en intensité. L'intensité est mesurée par la température en degrés. Echelle des températures:
CALORIES
La quantité représente le nombre de calorie. Exemple:Si un litre d'eau et un verre d'eau contiennent la même quantité d'énergie
calorifique, alors la température du verre d'eau sera plus élevée. L'unité de mesure de la quantité de chaleur est la kilocalorie (kcal). Elle se définie
comme la quantité d'énergie nécessaire pour élever d'un degré Celsius la température d'un kilogramme d'eau. Et inversement, l'extraction d'une kilocalorie de chaleur à un litre d'eau diminue d'un degré la température de cette eau.
L'énergie calorifique extraite d'une substance ne peut pas être détruite. Elle peut par contre être transférée à d'autres substances, comme l'eau, l'air, le cuivre...
TRANSFERT DE CALORIES
Une autre notion importante est le flux de chaleur. La chaleur se déplace toujours du corps le plus chaud vers le corps le plus froid.
En réfrigération comme en chauffage, l'important est de connaître le débit du flux de
chaleur, ou la quantité de chaleur qui passe d'une substance à une autre dans un intervalle de temps donné.
Exemples de transfert: -Radiateur électrique, c'est un transfert par convection… -Radiateur en fonte, c'est un transfert par conduction, puis par convection. -Glaçons dans un verre.Dans ce cas, la chaleur se déplace ou est transférée du liquide vers la glace, ce qui
réduit la température du liquide.Comme la glace absorbe de la chaleur, elle passe de l'état solide à l'état liquide. La
chaleur a été absorbée par la glace. Attention!!!! Elle n'a pas été détruite.
LES CINQ LOIS FONDAMENTALES
Loi 1: La chaleur existe dans l'air à toutes les températures au-dessus comme en dessous de 0°C,
jusqu'au zéro absolu (-273°C). Loi 2: La chaleur passe d'une zone de température plus élevée a une zone de température plus basse,
même si la différence de température entre les deux zones est faible. Loi 3: Tous les gaz s'échauffent lorsqu'ils sont comprimés. (Pompe à vélo) Loi 4: La plupart des matériaux existent à l'état solide (glace), liquide (eau) ou gazeux (vapeur). Loi 5: La température a laquelle une substance passe de l'état liquide à l'état gazeux (s'évapore ou
bout), ou de l'état gazeux à l'état liquide (condense ou se liquéfie), dépend de la pression a laquelle se trouve.
LOI DE DALTON
Une sixième loi est néanmoins nécessaire pour comprendre le phénomène provoqué par les incondensables. C'est la loi de Dalton: la pression totale d'un mélange de gaz est égale à la somme de leur pression partielle, si chacun d'entre eux occupait seul le volume total du mélange.
PAROIS FROIDE DE WATT
Les molécules de gaz chaud migrent du coté froid et se condensent. La pression des vapeurs restantes diminue, ce qui provoque une réduction de la force externe Fe au-dessus du liquide à 20°C. L'équilibre étant rompu, une partie du liquide chaud s'évapore afin de retrouver cet équilibre. Ces vapeurs vont à leur tour se condenser du coté froid, créant de nouveau une dépression. Le même processus va se répéter tant qu'il restera une seule molécule de liquide dans la bouteille à 20°C.
PAROIS FROIDE DE WATT
Nous trouvons cette situation lorsque le compresseur est à l'arrêt et le condenseur placé à l'extérieur du bâtiment. Le liquide va transiter de la bouteille liquide vers le condenseur (extérieur), et la HP va chuter.Au démarrage l'évaporateur ne pourra pas être correctement alimenté et le compresseur coupera au pressostat BP.L’ installation d'un clapet de retenue entre la sortie du condenseur et la bouteille liquide sera nécessaire.
CHALEUR La chaleur sensible; c'est la quantité de chaleur qu'il faut
ajouter ou retirer a un corps sans changement d'état,
La chaleur latente; c'est la quantité de chaleur qu'il faut ajouter ou retirer à un corps pour modifier son état sans changement de température.
CHALEUR
CHALEUR LATENTEEnergie impliquée dans un changement d'état
Ne peut être ressentie
CHALEUR SENSIBLEModifie la température mesurable
PRESSION Tout d'abord, il faut savoir que la pression lue au manomètre est une pression
relative, et la pression utilisée dans les tables est une pression absolue. PRESSION ABSOLUE = PRESSION RELATIVE + PRESSION ATMOSPHÉRIQUE Pression relative: mesurée par les manomètres. Encore appelée pression efficace ou
manométrique.Pression absolue: utilisée généralement dans les tables.
Pression atmosphérique: dépend de l'altitude. Unités de pression L'unité de pression est définie comme la pression résultant de l'action de l'unité de
force (newton) sur l'unité de surface (m2).P= F / S = par mètre carré En réalité l'unité légale est assez peu employée, les utilisateurs préfèrent les sous-
unités légales: Le bar = 105 PascalLe mbar = 102 Pascal = 1 hecto PascalOn utilise encore parfois l'atmosphère: 1 atm = 1 ,0 13.105 Pascal
UNITE
DECRET n°2007-737
Nouvelle réglementation /Décret du 7 mai 2007 Décret abrogé et passé dans le code l’environnement : articles R543-99 à R 543-123. Point principal de la réglementation :Tout établissement qui intervient sur des systèmes de réfrigération et declimatisation contenant des fluides frigorigènes fluorés (Appelé Opérateur dans le
texte de loi) devra être titulaire d’une attestation de capacité au plus tard le 4 juillet 2009.
Enjeu environnemental : Objectif de la nouvelle réglementation limiter les émissions des fluides par une
politique de confinement en responsabilisant tous les acteurs concernés.Fuite de 1 kg fluide frigorigène fluoré = un effet de serre équivalant à celui généré
par l'émission de 1,5 à 3 T de CO2. Est concerné tout établissement qui intervient sur les équipements suivants :Systèmes et installations de réfrigération et de climatisation y compris les pompes à
chaleur et la climatisation automobile contenant des fluides frigorigènes fluorés seuls ou en mélange
Pour la réalisation des opérations suivantes : mise en service, entretien et réparation, contrôle de l’étanchéité, démantèlement, récupération et charge des fluides frigorigènes, formation à la manipulation des fluides frigorigènes, conception d’équipements toute opération nécessitant la manipulation de fluides frigorigènes…
(hors première charge). Tous les opérateurs sont concernés (y compris ceux qui manipulent des charges inférieures à 2 kg), Attestation de Capacité délivrée par un organisme agréé par n°de SIRET.Auparavant un seul agrément pouvait être délivré pour une entreprise disposant de plusieurs
établissements concernés, désormais chaque établissement doit détenir une attestation de capacité.
Chaque personne susceptible de manipuler les fluides frigorigènes doit obtenir une attestation d’aptitude auprès d’un organisme évaluateur.
Si non respect, l’opérateur :1/ Il ne pourra plus acheter de fluide frigorigène fluoré car son attestation de capacité lui sera
demandée par les distributeurs. 2/ Risque une sanction pénale au titre de l’article R 543-123 : à savoir une amende de 5ème classe.
Rappel de la circulaire du 2 mars 1987 article 16-9 :La conception doit contenir une double peau afin d'éradiquer tout risque de contamination de l'ECS par le fluide frigorigène
Le fonctionnement d’un système thermodynamique
Le système a besoin, c'est d'un dispositif capable de récupérer le fluide
frigorigène après évaporation et de le ramener à l'état liquide. C'est ce qu'il se passe dans un système de conditionnement d'air.Dans le système-type de conditionnement d'air, on utilise une batterie
d'évaporation à l'intérieur de laquelle le fluide frigorigène se vaporise.Comme nous l'avons vu précédemment, une substance absorbe une
importante quantité de chaleur quand elle passe de l'état liquide à celui de vapeur. Dans ce cas présent, la chaleur est extraite de l'air du local à traiter qui traverse la batterie, ce qui a pour effet de le refroidir.
Le fluide qui s'est évaporé (gazeux) est entraîné alors vers le système de récupération qui le transforme en un liquide haute pression.
DIAGRAMME ENTHALPIQUE
Revenons à la physique :Le diagramme enthalpique permet de suivre l'évolution du fluide frigorigéne
(chaleur sensible chaleur latente) en fonction de la relation pression température .
Il existe un diagramme enthalpique pour chaque fluide frigorigène.
fluide frigorigène. DIAGRAMME ENTHALPIQUESituer les points sur le diagramme
5’
COP/EERLe coefficient de performance ou COPEn fonctionnement chaud :Son coefficient de performance COP, égal au rapport de la puissance de chauffage
fournie à la puissance électrique absorbée. Ces deux valeurs sont supérieures à 1 et varient suivant différents paramètres, en particulier les températures des sources froides et chaudes : les caractéristiques nominales des appareils sont donc données pour des conditions standard.
L’efficacité frigorifique ou EF En fonctionnement froid :Son efficacité frigorifique EF, égale au rapport de la puissance frigorifique fournie à la
puissance électrique absorbée.