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1 Semestre: 6 Unité d’enseignement: UEF 3.2.2 Matière: Machines frigorifiques e

1 Semestre: 6 Unité d’enseignement: UEF 3.2.2 Matière: Machines frigorifiques et pompes à chaleur VHS: 45h00 (Cours: 1h30, TD: 1h30) Crédits: 4 Coefficient: 2 Objectifs de l’enseignement: Apprendre les techniques de production du froid et des principaux éléments techniques utilisés dans ce vaste domaine. Connaissances préalables recommandées: Thermodynamique, turbomachines, régulation, éléments de machines. Contenu de la matière: Chapitre 1. Généralités (2 Semaines) Historique du froid, Cycle frigorifique de Carnot, Coefficient de performance du cycle de Carnot. Chapitre 2. Cycle thermodynamique d’une machine frigorifique à compression de vapeur (3 Semaines) Représentation du cycle thermodynamique de base (sur un diagramme T-s et P-h), Représentation du cycle thermodynamique pratique (sur un diagramme T-s et P-h), Bilan thermique du cycle thermodynamique, Notion de Fluides frigorigènes, Etude des performances (COP,…), Applications industrielles du froid. Chapitre 3. Composants d’une machine frigorifique à compression de vapeur (3 Semaines) Compresseurs, Evaporateurs, Condenseurs, Organes de détente. Chapitre 4. Autre types de machines frigorifiques (3 Semaines) Principe de fonctionnement d’une machine frigorifique à absorption, Cycle frigorifique à air. Chapitre 5. Cycle thermodynamique d’une Pompe à Chaleur (3 Semaines) Schéma fluidique, Vanne d’inversion du cycle, Etude des performances (saison été et saison hiver), Différentes types de pompes à chaleur (géothermique, etc.). Mode d’évaluation: Contrôle continu: 40% ; Examen: 60%. 2 Références bibliographiques: 1. H. Recknagel, E-R. Schramek, E. Sprenger, « Génie climatique », Dunod, 2013. 2. W. Maake, H.-J. Eckert, J-L. Cauchepin, « Le Pohlmann - Manuel technique du froid », PYC Livres. 3. J. Desmons, « Aide-mémoire de l'ingénieur : Génie climatique », Dunod. 4. F. Meunier, D. Mugnier, « La climatisation solaire. Thermique ou photovoltaïque », DUNOD, 2013. 5. F. Meunier, P. Rivet, M-F. Terrier, « Froid industriel - 2ème édition », DUNOD, 2010. 6. Horst Herr, « Génie énergétique et climatique Chauffage, froid, climatisation », Dunod Tech 2014. 3 Université de Batna 2 Année universitaire 2019-2020 Faculté de Technologie Département de Mécanique Machines frigorifiques et pompes à chaleur L3ENG Série d’exercices n 01 Exercice 01 :  Remplissez le tableau suivant pour l’eau : T, C (Température) P, kPa (Pression) v, m3/kg (Volume massique) Etat de la phase 50 4,16 200 Vapeur saturée 250 400 110 600 Exercice 02 :  Remplissez le tableau suivant pour l’eau : T,C P, kPa h, kJ/kg (Enthalpie) x (Qualité) Etat de la phase 200 140 1800 950 0 80 500 800 3162,2 Exercice 03 :  Remplissez le tableau suivant pour le réfrigérant R134a : T, C P, kPa v, m3/kg Etat de la phase -8 320 30 0,015 180 Vapeur saturée 80 600 4 Exercice 04 :  Remplissez le tableau suivant pour le réfrigérant R134a : T, C P, kPa u, kJ/kg (Energie interne) Etat de la phase 20 95 -12 Liquide saturé 400 300 8 600 Exercices à domicile : Exercice 01 :  Remplissez le tableau suivant pour l’eau : T, C P, kPa u, kJ/kg v, m3/kg Etat et titre 30 200 130 270,3 400 300 1,5493 500 3084 0,500 Exercice 02:  Remplissez le tableau suivant pour le réfrigérant R134a : T, C P, kPa u, kJ/kg v, m3/kg Etat et titre -12 320 39,37 1000 40 0,17794 180 0,0700 200 249 Bon courage 5 Université de Batna 2 Année universitaire 2019-2020 Faculté de Technologie Département de Mécanique Machines frigorifiques et pompes à chaleur L3ENG Série d’exercices n 02 Exercice 01 : Un écoulement d’air entre dans une tuyère adiabatique à 300 kPa et 200C avec une vitesse de 30 m/s et en ressort à 100 kPa et à 180 m/s. L’aire d’entrée de la tuyère est de 80 cm². Déterminez : 1. Le débit massique ; 2. La température de l’aire à la sortie ; 3. L’aire à la sortie. Exercice 02 : Un écoulement de vapeur d’eau s’écoule dans une turbine adiabatique. Les conditions à l’entrée de la turbine sont une pression de 10 MPa, une température de 450C et une vitesse d’écoulement de 80 m/s. Les conditions à la sortie sont une pression de 10 kPa, un titre de 92% et une vitesse de 50 m/s. Déterminez : 1. La variation d’énergie cinétique de l’écoulement ; 2. La puissance produite par la turbine ; 3. L’aire à l’entrée de la turbine. Exercice 03 : Un écoulement d’hélium est comprimé de 120 kPa et de 310 K à 700 kPa et 430 K. Le compresseur perd 20 kJ/kg au profil du milieu extérieur pendant l’évolution de compression. Déterminez :  La puissance d’alimentation requise si le débit du compresseur est de 90 kg/min. (Supposez que la variation des énergies cinétique et potentielle de l’écoulement est négligeable.) 6 Exercice 04 : Un système d’air climatisé mélange un écoulement d’air froid (5C, 105 kPa et 1,25 m3/s) à un écoulement d’air chaud (34C, 105 kPa) avant d’admettre le mélange dans la pièce. La température de l’air évacué de la pièce est de 24C. Le rapport du débit massique d’air chaud au débit massique d’air froid est de 1,6. A l’aide des variables thermodynamiques tirées de la table d’air, déterminez : 1. La température du mélange à l’entrée de la pièce ; 2. La puissance thermique échangée dans l’air de la pièce. Exercice à domicile : La chaleur des gaz d’échappement d’un moteur à combustion est récupérée pour produire de la vapeur d’eau saturée à 2 MPa. Les gaz d’échappement entrent dans l’échangeur à 400 C avec un débit de 32 kg/min alors que l’eau entre à 15C. L’échangeur est mal isolé et on estime que 10% de la chaleur cédée par les gaz d’échappement est perdue au profil du milieu extérieur. Déterminez : 1. La température des gaz d’échappement à la sortie de l’échangeur ; 2. La puissance thermique transmise à l’eau. (Utilisez la table de l’air et supposez que le débit massique des gaz d’échappement est 15 fois celui de l’eau). Bon courage 7 Université de Batna 2 Année universitaire 2019-2020 Faculté de Technologie Département de Mécanique Machines frigorifiques et pompes à chaleur L3ENG Série d’exercices n 03 Exercice 01 : Soit un réfrigérateur qui utilise le réfrigérant R134a. Le réfrigérateur extrait de la chaleur du milieu réfrigéré à -30C et transmet de la chaleur à un écoulement d’eau qui est admis dans le condenseur à 18C et qui en ressort à 26C. Le débit d’eau est de 0,25 kg/s. Le réfrigérant entre dans le condenseur à 1,2 MPa et à 65C, et il en ressort à 42C. Le réfrigérateur est admis dans le compresseur à 60 kPa et à -34C. Le milieu extérieur transmet une puissance thermique de 450 W au compresseur. Déterminez : 1. Le titre du réfrigérant à l’entrée de l’évaporateur ; 2. La puissance de réfrigération c'est-à-dire la puissance extraite du milieu réfrigéré ; 3. Le COP de l’installation ; 4. La puissance de réfrigération théorique maximale pour la même puissance consommée par le compresseur. Exercice 02 : Soit un réfrigérateur fonctionnant selon le cycle à compression de vapeur idéal. Les pressions minimale et maximale du cycle sont respectivement de 0,12 MPa et 0,7 MPa. Le débit massique du réfrigérant R134a est de 0,05 kg/s. Montrez le cycle dans un diagramme T-s. Déterminez : 1. La puissance thermique extraite du milieu réfrigéré et la puissance consommée par le compresseur ; 2. La puissance thermique évacuée dans le milieu extérieur ; 3. Le coefficient de performance. 8 Exercice 03 : Déterminez le COP et la puissance thermique extraite du milieu réfrigéré dans l’exercice 02 si le détendeur est remplacé par une turbine isentropique. Exercice 04 : Soit un réfrigérateur qui utilise le réfrigérant R134a comme fluide frigorigène. Le réfrigérant pénètre dans le compresseur sous forme de vapeur surchauffée à 0,14 MPa et à - 10C avec un débit massique de 0,12 kg/s. Il sort du compresseur à 0,7 MPa et à 50C. Le réfrigérant est refroidi dans le condenseur à 0,65 MPa et à 24C, puis il est détendu dans le détendeur à 0,15 MPa. Montrez le cycle dans un diagramme T-s. Déterminez : 1. La puissance thermique extraite du milieu réfrigéré et la puissance consommée par le compresseur ; 2. Le rendement isentropique du compresseur ; 3. Le COP du réfrigérateur. Exercice à domicile : Un écoulement de réfrigérant R134a entre dans le compresseur du réfrigérateur à 140 kPa et à -10C avec un débit de 0,3 m3/min. Il en ressort à 1 MPa. Le rendement isentropique du compresseur est de 78%. Le réfrigérant pénètre dans le détendeur à 0,95 MPa et à 30C, et il sort de l’évaporateur sous forme de vapeur saturée à -18,5C. Montrez le cycle dans un digramme T-s. Déterminez : 1. La puissance consommée par le compresseur ; 2. La puissance thermique extraite du milieu réfrigéré ; 3. La chute de pression et la chaleur ajoutée au conduit reliant l’évaporateur au compresseur. Bon courage Pr. H. Madani uploads/Industriel/ td-pcmf-l3eng.pdf