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Démarrer un groupe froid virtuel, effectuer des relevés de pression, températures, etc... en déduire par calcul le COP et les puissances échangées au condenseur et à l'évaporateur
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AZPROCEDE, SIMULATION DYNAMIQUE DE PROCÉDÉSWWW.AZPROCEDE.FR
Modèle: Groupe Frigo mono-étagéCalculs COP etPuissances évaporateur et condenseur
Démarrer le groupe frigo mono-étagé avecles conditions de fonctionnement par défaut
Relever les données pour calculer les puissances:# échangées à l’évaporateur et au condenseur,# fournie au compresseur
Réaliser les calculs de puissance par deux méthodes:# bilan enthalpique direct,# chauffage – refroidissement et changement d’état
Calculer le COP type machine frigo ou pompe à chaleur,
Comparer les valeurs aux relevés et conclure
Exercice: calculs puissances et COP
Démarrage du groupe frigo mono-étagé
Conditions de fonctionnement (défaut):Compresseur à 2900 tr.mn-1, cylindrée 10 cm3,
volume mort 0.5 cm3, rendement isentropique 80%,
Température source froide -5°C, source chaude 20°C,
Détendeur adapté, simulation en mode simple.
Démarrer le compresseur (clic gauche),Attendre quelques minutes la mise en régime
stationnaire,Relever les valeurs nécessaires aux calculs.
Exercice: calculs puissances et COP
Groupe frigo démarré, vérification des conditions de fonctionnement
Relevés à l’évaporateur: entrée
Relevés à l’évaporateur: sortie
Relevés à l’évaporateur
Entrée 1.97 bar a, -10.4°C,Enthalpie massique 234.0 kJ.hg-1,Mélange liquide-vapeur (23.2% vapeur),
Changement d’état à 1.97 bar a, -10.4°C,Chaleur latente 392.3-186.0=206.3 kJ.kg-1,Cpliq=1.31 kJ.kg-1.°C-1, Cpvap=0.84 kJ.kg-1.°C-1,
Sortie 1.97 bar a, -8.4°C,Enthalpie massique 394.0 kJ.kg-1,Vapeur surchauffée de -8.4+10.4=2.0°C,
Exercice: calculs puissances et COP
Relevés au condenseur: entrée
Relevés au condenseur: sortie
Relevés au condenseur
Entrée 7.0 bar a, 40.4°C,Enthalpie massique 427.0 kJ.kg-1,Vapeur surchauffée de 40.4-26.5=13.9°C,
Changement d’état à 7.0 bar a, 26.5°C,Chaleur latente 413.0-236.8=176.2 kJ.kg-1,Cpliq=1.43 kJ.kg-1.°C-1, Cpvap=1.01 kJ.kg-1.°C-1,
Sortie 7.0 bar a, 24.5°C,Enthalpie massique 234.0 kJ.kg-1,Liquide sous-refroidi de 26.5-24.5=2.0°C,
Exercice: calculs puissances et COP
Relevés compresseur et cycle
Propriétés du liquide bouillant et de la vapeur saturante(point de changement d’état L-V)
Propriétés des points du cycle(vapeur, liquide, ou liq.+vap.)
Tableau de relevés
Exercice: calculs puissances et COP
Etat physiquePression
Bar aTempérature
°CEnthalpie
kJ/kgCp liq/vapkJ/kg/°C
Chaleur latentekJ/kg
Entrée évaporateur 23,2% vapeur 1,97 -10,4 234,0
Changement d'étatLiq.bouillant
1.97 -10,4186,0 1,31
206,3Vap.saturante 392,3 0,84
Sortie évaporateur Vap.surchauffée 1,97 -8,4 394,0
Compresseur Vap.surchauffée
Entrée condenseur Vap.surchauffée 7,0 40,4 427,0
Changement d'étatVap.saturante
7.0 26,5413,0 1,01
-176,2Liq.bouillant 236,8 1,43
Sortie condenseur Liq.froid 7,0 24,5 234,0
Puissance reçue à l’évaporateur
Calcul par débit × (enthalpie sortante – enthalpie entrante)puissance = 3.76 × (394.0-234.0)=601.6 W
Calcul par changement d’état et surchauffe vapeur:débit × titre liquide × Lv(Teb) = 3.76 × 0.232 × 206.3=
595.7 Wdébit × Cpvap × (Tsortie-Teb) = 3.76 × 0.84 × (-
8.4+10.4)=6.3 Wcumul: 595.7+6.3=602.0 W
Relevé: 601.9W
Toutes ces valeurs (calculées - relevées) sont cohérentes.
Exercice: calculs puissances et COP
Puissance cédée au condenseur
Calcul par débit × (enthalpie sortante – enthalpie entrante)Puissance = 3.76 × (234.0-427.0) = -725.7 W
Calcul par refroidissement vapeur, changement d’état et refroidissement liquide:débit × Cpvap × (Teb-Tentrée) = 3.76 × 1.01 ×(26.5-40.4) = -
52.8 Wdébit × Lc(Teb) = 3.76 × (-176.2) = -662.5 W
débit × Cpliq × (Tsortie-Teb)= 3.76 × 1.43 ×(24.5-26.5)=-10.8 W
cumul: -52.8-662.5-10.5 = -726.1Relevé: -726.0W
Toutes ces valeurs (calculées - relevées) sont cohérentes.
Exercice: calculs puissances et COP
Puissance reçue au compresseur
Calcul par débit × (enthalpie sortante – enthalpie entrante)Puissance = 3.76 × (427.0-394.0) = 124.1 W
Relevé: 124.1 W
Ces valeurs (calculées - relevées) sont cohérentes.Le bilan énergétique sur l’ensemble du cycle est
vérifié:601.9+124.1-726.0=0
Exercice: calculs puissances et COP
COP
COP réfrigérateur ou climatisationCOPfroid=601.9/124.1=4.85Pour 1W dépensé, on retire 4.85W du réfrigérateur.
COP pompe à chaleurCOPchaud=726.0/124.1=5.85Pour 1W dépensé, on amène 5.85W à la source
chaude.
Exercice: calculs puissances et COP
Les puissances calculées, quelque soit la méthode, sont en concordance avec les puissances relevées.
Les relevés sont réalisés avec 3 ou 4 chiffres significatifs.
L’incertitude sur les puissances calculées porte sur le 4ème chiffre significatif.
Conclusion de l’exercice:
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