TP6 Circuits Frigorifiques - Thibaud MARCEL-MATHEY

TABLE DES MATIÈRES

Introduction

Les objectifs du TP sont de caractériser les circuits frigorifiques et d’étudier les Pompes À Chaleur.

Caractériser les circuits frigorifiques, c’est-à-dire, déterminer les différents éléments qui permettent d’étudier ces circuits : diagrammes enthalpiques, COefficients de Performances (COP), rendements, efficacités, puissances chaudes et froides, etc. Deux bancs sont à votre disposition : un SPLIT qui est utilisé en tant que tel dans l’habitat individuel (aérotherme ou Pompe À Chaleur (PAC) air/air) et un banc pédagogique relativement bien instrumenté (PAC eau/eau). Il peut être utile de se référer au cours sur les machines frigorifiques disponible ici :

Laffay_machines_frigorifiques Télécharger

Pour l’étude des Pompes À Chaleur, vous présenterez la synthèse de votre étude bibliographique sur les technologies de PAC dans l’habitat individuel.

Les parties ci-dessous vous sont proposées à titre indicatif et ne constituent en rien un plan de présentation.

L’évaluation se déroulera sous la forme d’un entretien oral qui démarrera 20min avant la fin de la séance.
Vous présenterez un bilan de vos travaux et de vos résultats pendant 10min maximum. S’en suivront 10min de questions. La note sera attribuée à la totalité du sous-groupe.
La totalité des supports présentés seront exclusivement manuscrits (pas de diaporama ni d’impressions informatiques) au format A5 paysage.
Critères d’évaluation : fond (rigueur scientifique, résultats, etc.), forme (supports, prestation, etc.) et analyse (problématique, plan, etc.)

Éléments d’étude du SPLIT

Le SPLIT est dit réversible, c’est-à-dire qu’il peut chauffer l’intérieur du bâtiment (mode hiver, symbole soleil pour « production de chaud » sur la télécommande du SPLIT) ou le rafraîchir (mode été, symbole flocon pour « production de froid »).

Expliquer à l’aide d’un schéma hydraulique la réversibilité du SPLIT (le document disponible dans l’introduction peut être d’une grande aide).

Présenter les technologies utilisées pour la détente.

Lancer le SPLIT en mode été. Effectuer le relevé des pressions au bout de $10~$ min.

Attention à ne pas vous blesser avec la ventilation de l’unité extérieure!

Quelles sont les valeurs des pressions dans les branches haute pression et basse pression du circuits frigorifique en mode été?

L’instrumentation du SPLIT pour le relevé de température n’est pas pleinement satisfaisante. Nous prendrons pour la suite une valeur usuelle de surchauffe et de sous-refroidissement : $\Delta T_{\tiny \text{SC}}=\Delta T_{\tiny \text{SR}}=5~\text{K}$ .

Tracer l’évolution du fluide frigorifique sur le diagramme enthalpique pour le mode été (attention aux notions de pression relative et de pression absolue).

Diagramme-enthalpique-R407c Télécharger

Procéder de même pour le mode hiver (les tracés doivent apparaître sur le même diagramme). Effectuer le relevé des pressions au bout de $10~$ min seulement.

À l’aide du diagramme enthalpique et de la coupe ci-dessous, expliquer l’intérêt de disposer de 2 détendeurs sur le circuit frigorifique.

Clapet_couple_avec_un_capillaire Télécharger

Quel est le rôle du filtre déshydrateur et à quelle fréquence est-il recommandé de le changer?

Éléments d’étude du banc pédagogique

Le banc pédagogique est constitué d’une PAC eau/eau destinée à l’étude des circuits frigorifiques : instrumentation, protections, effets visuels, etc.

Les points suivants pourraient être étudiés (liste non exhaustive) :

Réaliser un schéma hydraulique de la machine thermique en mettant en évidence les différents points de mesure.

Tracer l’évolution d’un cycle sur le diagramme enthalpique du R134a (attention aux notions de pression relative et de pression absolue)

Diagramme-enthalpique-R134a Télécharger

Calculer le COefficient de Performance thermodynamique (ou COP thermodynamique chaud).

$\text{COP}_{\text{\tiny thermo}}=\dfrac{\Delta h_{\text{\tiny chaud}}}{\Delta h_{\text{\tiny compression}}}$

Calculer l’Efficacité EneRgétique thermodynamique (ou COP thermodynamique froid).

$\text{EER}_{\text{\tiny thermo}}=\dfrac{\Delta h_{\text{\tiny froid}}}{\Delta h_{\text{\tiny compression}}}$

Quelle est la valeur de la surchauffe? Présenter en quoi consiste la notion de surchauffe.

Calculer le COP et l’EER réels (avec $q_{\text{\tiny m,H2O}}$ le débit massique de l’eau contenue dans le bac, $\cos{} \varphi \approx 0,8$ , $U \approx 230~$ V et $I \approx 0,8~$ A)

$\text{COP}=\dfrac{\left[ q_{\text{\tiny m,H2O}}~c_{\text{\tiny p}}~\Delta T\right] _{\text{\tiny condenseur}}}{U~I~\cos{} \varphi }$

Déterminer le rendement du moto-compresseur hermétique

$\eta _{\text{\tiny compresseur}}=\dfrac{q_{\text{\tiny m,R134A}}~\Delta h_{\text{\tiny compresseur}}}{U~I~\cos{} \varphi }$

Calculer les puissances froides (au niveau de l’évaporateur) sur le fluide frigorigène et sur l’eau, ainsi que le rendement de l’évaporateur

$P_{\text{\tiny R134a}}=q_{\text{\tiny m,R134A}}~\Delta h=\rho {\text{\tiny R134A}}~q{\text{\tiny v,R134A}}~\Delta h$

$P_{\text{\tiny H2O}}=q_{\text{\tiny m,H2O}}~c_{\text{\tiny p}}~\Delta T=\rho _{\text{\tiny H2O}}~q_{\text{\tiny v,H20}}~c_{\text{\tiny p}}~\Delta T$

$\eta _{\text{\tiny evap}}=\left[ \dfrac{P_{\text{\tiny H2O}}}{P_{\text{\tiny R134a}}}\right] _{\text{\tiny evap}}$

Procéder de même au niveau du condenseur.

Tracer l’allure de l’évolution du profil des températures du fluide frigorigène et de l’eau dans le condenseur (cf. cours de 1A sur les échangeurs thermiques)

Éléments d’étude bibliographique des Pompes À Chaleur pour l’habitat individuel

Réaliser une étude comparative des différents types de PAC destinées aux particuliers.

Liste non exhaustive de critères de comparaison :

technologies : air/eau, eau/eau, sol/air, etc.
gammes de prix d’installation
performances
chauffage / Eau Chaude Sanitaire (ECS)