IV.

Climatisation

La quasi-totalité des véhicules neufs sont aujourd'hui équipés d'une climatisation. Pour refroidir

I'air

intérieur du véhicule, un fluide frigorigène, l'hydrofluorocarbone HFC connu sous le code R134a, effec tue en continu des transferts énergétiques entre

l'intérieur,

l'extérieur du véhicule et Ie compresseur.

I Détendeur Extérieur du véhicule Intérieur du véhicule à refroidir Compresseur

FIcunp

5

-

Structure de Ia climatisation

IV.1.

Les chiorofluorocarbures ou CFC comme Ie fréon, sont des fluides frigorigènes qui ont été très iongtemps utilisés. Pourquoi ces fluides ne sont-ils plus utilisés aujourd'hui ?

Sur M

:

le

diagramme enthalpique 32

g.mol-1 (p,à) (figure 6) de

I'hydrofluorocarbone

HFC, de

masse molaire sont représentés :

r

la courbe de saturation de 1'équilibre liquide-'rapeur de l'hydrofluoroca.rbone HFC (en

trait fort) o

les isothermes pour des températures comprises entre

-40 "C

et 160 oC par pas de 10 "C

o

les isentropiques pour des entropies massiques comprises entre 1, 70 kJ .

K-1 .kg-r

et2,25

kJ.K

1.kg-1

par pas de 0, 05 kJ .

K-1

. kg-1

o

les isotitres en \âpeur sous la courbe de saturation pour des titres massiques en vapeur

z,

variant de 0 à 1 par pas de 0,1.

o P

est en bar et à

en

kJ.

kg-t

Lors de l'exploitation du diagramme, les mesures seront faites avec les incertitudes suilantes : +5

Lh

kJ

.kg-

As

+50J.K-r'kg-

A,r +0, 05

AT +5

0c L,p L5%

TV.2.

Indiquer sur le diagramme (document réponse) les domaines liquide, vapeur, équilibre liquide vapeur du fluide.

IV.3.

Dans quel domaine du diagramme le fluide à

l'état

gàzoux peut-il être considéré comme ûL gaz parfait ?

On étudie dans sique est Dm la suite l'évolution du fluide au cours d'un cycle en régime permanent. Le débit mas-

-

0, 1

kg.t-t.

MonFrcr

,I'expression

du

premier principe appliqué à

un

système ouvert (ex

:

le compresseur) en régime permanent :

D*.(h,-h") -P-*Ptn

ou:

a a

D*

le débit massique de fluide entrant, ou sortant du Pu,

la

puissance mécanique algébriquement reçue de système ouvert, I'extérieur

par

Ie fluide en mouvement au niveau des parties mobiles du système ouvert,

Ptn la

puissance thermique algébriquement reçue de travers ia paroi entourant le système ouvert,

h"

et

h"

i'enthalpie massique du fluide respectivement l'extérieur

par le

fluide en mouvement à en entrée et en sortie du système ouvert.

La puissance thermrqre plète du fluide venant de point (1).

P.

reçue par le fluide dans l'évaporateur permet la vaporisation isobare com-

(

) et conduit à de la vapeur à température Tt

:5

oC et pression pj.

-

3 bar :

IV.4.

Placer le point

(f)

sur le diagramme (document réponse). Relever

la

valeur de l'enthalpie massique h1 et de I'entropie massieue s1 du fluide au point (1).

Le compresseur aspire la vapeur (1) et la comprime de façon isentropique avec un taux de compression

r:pzlpt-6.

IV.5.

Déterminet pz. Placer le point (2) sur le diagramme (document réponse). Relever la valeur de la température T2 et celle de l'enthalpie massique h2 en sortie du compresseur.

IV.6.

Déterminer la valeur de la puissance

P*

dts, travail mécanique reçu par le fluide lors de son passage dans le compresseur. Commenter le signe de Prn.

Le fluide sortant du compresseur entre dans le condenseur dans lequel jusqu'à la température

Ts:60'C

: point (3).

il est refroidi de manière isobare

IV.7.

Placer le point (3) sur le diagramme (document réponse). Relever la valeur de I'enthalpie mas sique h3 en sortie du condenseur.

Le fluide sortant du condenseur est détendu dans le détendeur supposé adiabatique jusqu'à la pression de l'évaporateur p1 : point (4).

IV.8.

Montrer que la transformation dans le détendeur est isenthalpique.

IV.g.

Placer le point (4) sur le diagramme (document réponse) et tracer Ie cycle complet. Relever Ia valeur de la températureT4 et Ie titre massique en vapeur î4er:r sortie du détendeur.

IV.10.

En déduire la puissance thermique échangée

P"

par le fluide lors de son passage à travers l'évaporateur entre (4) et (1). L'air intérieur du véhicule est-il refroidi ?

N.11.

Définir l'efficacité e, ou coefficient de performance, du climatiseur. Calculer sa valeur.

IV.12.

Comparer cette valeur à celle d'un climatiseur de Carnot fonctionnant entre la température de l'évaporateur et la température de liquéfaction du fluide sous Ia pression p2. Commenter Ie résultat obtenu.

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-

Diagramme enthaipique de l'hrrdrofluorocarbone HFC

-

R134a E !t3

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