TD 4 : Machines frigorifiques et pompes à chaleur

Exercice 1 : Un réfrigérateur au fréon 12 réalise un cycle de réfrigération “idéal” entre les pressions 0,14 et 0,8 MPa. Un cycle “idéal” est tel que la compression est isentropique, les échanges thermiques isobares, et le fluide saturé à l’entrée du compresseur et du détendeur
(ni surchauffe ni sous-refroidissement). Si le débit du réfrigérant est 0,05 kg/s, déterminer :
a) la puissance thermique enlevée à la chambre froide (puissance frigorifique), et la puissance du compresseur,
b) la puissance calorifique rejetée dans l’environnement,
c) l’efficacité thermique du réfrigérateur.
d) Quel est l’effet d’un sous-refroidissement sur qF et sur l’efficacité thermique ?
e) quel est le COP de l’installation si on remplace la détente est réalisée de façon isentropique dans une turbine, le travail de détente étant récupéré par le compresseur.

Exercice 2 : On considère une machine frigorifique au fréon 12 fonctionnant selon, entre les pressions extrêmes de 1,4 et 8 bars, avec 2 étages de compression et un débit total circulant de 0,05 kg/s. Le premier détendeur détend le liquide sortant du condenseur à la pression de
3,2 bars. Déterminer :
a) la fraction de vapeur entrant dans le séparateur,
b) le transfert thermique à l’évaporateur et le travail de compression,
c) l’efficacité thermique.
d) comparer ces résultats avec ceux de l’exercice 1.

Exercice 3 : Une pompe à chaleur réalisant un cycle de réfrigération idéal maintient une maison à la température de 20°C, à partir de l’eau d’un puits à 10°C. Le fluide réfrigérant est du fréon 12, dont la pression est 3,2 bars à l’évaporateur et 8 bars au condenseur. Les pertes thermiques de la maison sont de 60000 kJ/heure.
Déterminer la puissance nécessaire au compresseur, et l’économie réalisée (en kW) par rapport à un chauffage électrique.

Propriétés du fréon 12 à saturation