Les fluides frigorigènes se déclinent sous trois formes : les fluides purs, les mélanges azéotropiques et les mélanges zéotropiques.
Les fluides purs
Lois d’ébullition des fluides purs
– Sous une même pression, le liquide pur commence toujours à bouillir à la même température.
– Pendant toute la durée de l’ébullition, la température reste constante si la pression reste constante.
Lois de condensation des fluides purs
– Sous une même pression, la vapeur commence toujours à se condenser à la même température.
– Pendant toute la durée de la condensation, la température reste constante si la pression reste constante.
Les mélanges azéotropiques (série des R500)
Exemple de fluide azéotropique : le R507.
Le R507 est constitué de 50 % de R125 et de 50 % de R143a.
Ce fluide a un glissement quasi nul, ses températures de changement d’état sont donc constantes dans
la mesure où les pressions sont constantes.
Les fluides azéotropiques se comportent donc comme des fluides purs.
Les fluides zéotropiques (série des R400)
Exemples de fluide zéotropiques : le R404A, le R407C, etc.
Les fluides zéotropiques sont caractérisés par un glissement de température.
Le glissement est l’écart de température entre le début et la fin du changement d’état physique d’un fluide à pression constante.
Exemples de glissements
Ces valeurs de glissement correspondent à la pression de 1,013 bar.
Elles diffèrent sous d’autres pressions.
R404A : 1°c
R407C: 7°c
Lois d’ébullition des fluides zéotropiques
– Sous une même pression, un liquide commence toujours à bouillir à la même température.
– Sous une même pression, pendant toute la durée de l’ébullition, la température augmente.
La température de début d’ébullition est appelée température de saturation liquide ou température de bulle.
La température de fin d’ébullition est appelée température de saturation vapeur ou température de rosée.
Loi de condensation des fluides zéotropiques
– Sous une même pression, la vapeur commence toujours à se condenser à la même température.
– Sous une même pression, pendant toute la durée de la condensation, la température de condensation diminue.
La température de début de condensation est appelée température de saturation vapeur ou température de rosée.
La température de fin de condensation est appelée température de saturation liquide ou température de bulle.
Valeurs spécifiques d’un cycle sur diagramme enthalpique d’un fluide zéotropique :
Figure 2.1 – Tracé d’un cycle sur diagramme enthalpique d’un fluide zéotropique.
En ordonnée : la pression est en bar absolu
En abscisse, l’enthalpie est en kJ/kg
θ1 : Température des gaz aspirés : 10 °C.
θ2 : Température de fin de compression.
θ3 : Température de début de condensation (47 °C). On parle de température de rosée.θ4 : Température de fin de condensation (40 °C). Om parle de température de bulle.
θ5 : Température du fluide frigorigène liquide sous refroidi (30 °C).
θ6 : Température de début d’ébullition (– 6 °C).
θ7 : Température de fin d’ébullition (0 °C). Om parle de température de rosée.
La surchauffe
La surchauffe est l’écart entre la température de rosée et la température des gaz aspirés par le compresseur. La surchauffe dans l’exemple ci-dessus est θ1 – θ7 = 10 – 0 = 10 °C.
Remarque:
La surchauffe totale est l’addition de la surchauffe à l’évaporateur plus les apports de chaleur jusqu’à l’aspiration du compresseur.
La puissance frigorifique efficace tient compte uniquement de la surchauffe à l’évaporateur.
En fait, les installations étant souvent assez différentes, l’effet utile demande une réflexion spécifique.
Le sous-refroidissement
Le sous-refroidissement est l’écart entre la température de bulle et la température en amont de l’organe de détente. Le sous-refroidissement dans l’exemple ci-dessus est θ4 – θ5 = 40 – 30 = 10 °C.
La température moyenne de condensation est : (47+40)/2 = 43.5°C
La température moyenne d’ébullition est : (-6 +0)/2 = -3°C
Remarque
Il est pris ici par commodité 10 °C de sous-refroidissement et 10 °C de surchauffe, dans la réalité, ces valeurs sont plus proches de 5 °C. Chaque application a ses valeurs spécifiques.
En règle générale, une machine est très performante lorsqu’elle fonctionne avec un grand sous-refroidissement et une faible surchauffe.
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