0167-2ACh3. Efficacité d’une Pompe à Chaleur (machine réceptrice)

Une machine thermique réceptrice (voir figures ci-dessous) est constituée d’un circuit dans lequel circule un fluide de travail appelé fluide frigorigène ou fluide caloporteur. Ce circuit est composé de quatre éléments principaux : un compresseur, un détendeur et de deux échangeurs thermiques (évaporateur et condenseur). Lors d’un cycle, le fluide frigorigène change d’état et se trouve à des températures et pressions différentes. Les quatre étapes du cycle sont détaillées ci-dessous :

  • Une compression isentropique : le compresseur comprime le fluide à l’état vapeur et augmente ainsi sa pression et sa température ; passage de (P1 = 1bar,  T1 = 5°C) à (P2 = 20bar , T2).
  • Une condensation isobare et iso-travail : dans le condenseur, le fluide cède de l’énergie thermique en passant de l’état vapeur à l’état liquide. Le changement d’état se fait à pression et température constantes. On donne l’énergie restituée au milieu ambiant par le condenseur : Qcond = – 14,63 kJ.
  • Une détente isentropique et isochore : en traversant le détenteur, la pression et la température du fluide frigorigène (redevenu liquide) diminuent.
  • Une évaporation isobare et iso-travail : dans l’évaporateur, le fluide frigorigène capte de l’énergie thermique et passe ainsi de l’état liquide à l’état vapeur. Ici aussi, le changement d’état se fait à pression et température constantes

On travaillera pour une mole de fluide caloporteur, de constante de Laplace ɣ = 1,1. A l’état vapeur, le fluide caloporteur sera supposé parfait.

1-) Représenter le cycle associé à cette PAC, dans le diagramme de Clapeyron.

2-) Déterminer le travail de compression et en déduire le travail du cycle.

3-) Calculer alors l’énergie thermique captée dans le milieu extérieur par l’évaporateur.

4-) Calculer ensuite les coefficients de performance des échangeurs chaud et froid

5-) Déterminer le rendement de Carnot associé à cette pompe à chaleur.

6-) En déduire le rendement du climatiseur (Frigo ou Réfrigérateur) et de la Pompe à Chaleur (PAC ou Radiateur).

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