TP Etude du cycle frigorifique de la PAC Fichier

Etude du cycle frigorifique d'une PAC
Niveau : Terminale STI2D
Spécialité : Energie et environnement
Durée prévue : 3 h
Une pompe à chaleur (PAC) est une machine dont le but est de valoriser la chaleur gratuite présente
dans l’environnement : celle présente dans l’air extérieur, le sol. En effet, même "l'air froid" contient une
quantité importante d’énergie qui peut être récupérée.
Pratiquement, grâce à un fluide décrivant un cycle thermodynamique, la pompe à chaleur retire de la
chaleur à une source dite "froide" et la rejette dans une source dite "chaude". Ce transfert fait appel à un
processus forcé, puisque chacun sait que la chaleur se déplace de façon naturelle d'une zone chaude
vers une zone froide. C'est pourquoi, la PAC doit être entraînée par un compresseur qui lui amènera
l'énergie nécessaire à son fonctionnement.
On souhaite étudier le cycle frigorifique d'une PAC air/eau
A la température extérieure de -7°C, les données du constructeur sont :
 puissance calorifique = 7 kW
 puissance électrique absorbée = 2,8 kW
Les principaux paramètres représentatifs sont indiqués dans le schéma suivant :
Localiser sur le schéma précédent les différents organes (condenseur et evaporateur) du circuit
frigorifique.
2. Tracer le cycle de fonctionnement sur le diagramme de MOLLIER ou diagramme
enthalpique,
A partir de l’exemple du tracé ci-dessous, effectuer le tracé du cycle de fonctionnement sur le
diagramme enthalpique.
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
Placer les axes "basse pression" et "haute pression" sur le diagramme enthalpique, en fonction
des pressions absolues calculées ( les pressions indiquées sur les manomètres sont des
pressions relatives)
Pression absolue = pression relative + 1,013 bar

Placer "la détente" sachant que cette phase s'effectue à température constante (d).

Placer la température(c) de début de compression

Placer la phase de compression, sachant qu'elle suit la courbe d'entropie.
d
c
Caractéristiques en différents points du circuit frigorifique :
D'après le diagramme enthalpique réalisée précédemment, donner les coordonnées des différents points
suivants :
1 : Aspiration compresseur
2 : Refoulement compresseur
3 : Entrée condenseur
Points
Pression
(Bar)
Température
(°C)
4 : Sortie condenseur
5 : Entrée évaporateur
6 : Sortie évaporateur
Entalphie
(kJ/kg)
1
2
3
4
5
6
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Etat du fluide
3. Déterminer le COP théorique et comparer le au COP réel :

Calculer la puissance calorifique fournie à l'eau :
Peau = Qmeau . Ceau . ΔTeau
avec Qmeau : Débit de l'eau (m3/s)
Ceau : Capacité thermique de l'eau
ΔTeau : Variation de température de l'eau

Calculer le débit massique de R410A au condenseur:
QmR410A= Peau / ΔHcondenseur

Calculer la puissance calorifique reçue par l'évaporateur (récupération de la chaleur de l’air
extérieur) :
Pévaporateur = QmR410A . ΔHévaporateur

Calculer les COPs théorique et pratique :
COP théorique = ΔHcondenseur / ΔHcompresseur
COP réel = Peau / Pelec

Justifier la différence entre les deux COP.
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