Compléments en Technologie

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1 THERMODYNAMIQUE ET THERMIQUE en STI2D Compléments en Technologie Mardi 0 mai 20 david.saby@prepas.org

2 Le compresseur est quasiment le seul organe «mécanique» la PAC Système à compression Système à compression Compresseur volumétrique on joue sur une Compresseur diminution du volume volumétrique pour augmenter la pression on joue la compression sur une diminution du flui du frigorigène volume pour se augmenter fait par réduction la pression du la compression volume du flui la frigorigène chambre se compression. fait par réduction du volume la chambre compression. Compresseur centrifuge la compression du Compresseur flui frigorigène centrifuge est créé par la force centrifuge la compression générée par du une flui roue frigorigène à aubes, très est créé grosse par puissance la force centrifuge 000 à générée par une roue à aubes, 50000kW. très grosse puissance 000 à 50000kW. Alternatif tendance Alternatif actuelle à tendance l abandon.. actuelle à l abandon.. A pistons chaque piston a un mouvement A pistons alternatif dans un cylindre, lors chaque l'aller piston le piston a un aspire mouvement le flui alternatif à une certaine dans un pression cylindre, puis lors le l'aller le piston aspire le flui à une certaine pression puis le compresse au retour. Le renment n est pas le meilleur, besoin compresse au retour. Le renment n est pas le meilleur, besoin lubrification, COP 2.5. lubrification, COP 2.5. Rotatif tendance Rotatif actuelle en développement tendance actuelle plus en fiabilité, développement renment meilleur, plus durée fiabilité, vie renment plus longue meilleur, coût durée d achat plus vie plus longue coût élevé. d achat plus élevé. A spirale rotative Scroll A spirale le plus rotative Scroll moins le plus pièces mécaniques, moins sonore le pièces plus bas mécaniques, (40dBA), COP 4, 2 à 60kW, sonore encombrement le plus bas (40dBA) réduit, compression, COP 4, 2 à réalisée 60kW, encombrement par ux spirales réduit, (une compression fixe, une mobile), réalisée hermétique par ux moteur spirales électrique (une fixe, incorporé, une mobile), refroidi hermétique moteur par les électrique gaz aspirés. incorporé, refroidi par les gaz aspirés. A vis 2 vis hélicoïdales A vis (type hache 2 vis vian) hélicoïdales qui compriment (type hache l air vian) qui sonore compriment 70dBA, l air bon sonore renment, 70dBA, faible usure bon renment, mais coûteux, faible pour usure les fortes mais coûteux, puissances pour les 500kW fortes à puissances 5000kW. 500kW à 5000kW. Hermétique moteur Hermétique et compresseur moteur sont enfermés et compresseur dans une sont même enfermés enveloppe dans une même problème enveloppe refroidissement, problème pas refroidissement, fuite, pour pas les fuite, petites et moyennes pour les petites puissances. et moyennes puissances. Semi-hermétique Semi-hermétique compromis entre les compromis ux, avantage entre accès les ux, aux avantage mécanismes accès et aux limitation mécanismes s fuites et limitation mais prix s élevé, fuites mais pour prix les élevé, moyennes pour puissances, les moyennes puissances, sonore 60dBA. sonore 60dBA. Ouvert moteur Ouvert dissocié du moteur compresseur, dissocié du entraînement compresseur, par tout entraînement type moteur par tout et type vitesse moteur variable, et problèmes vitesse variable, d étanchéité. problèmes d étanchéité.

3 Comparaison s compresseurs Légen

4 Régulation puissance Régulation tout ou rien TOR Le maintien la température du local à chauffer s obtient en mettant en marche et en arrêtant le compresseur. La comman la mise en marche et l arrêt la machine se fait généralement d une manière thermostatique. Le système TOR est simple et fiable, toutefois la température du milieu à chauffer subit d inévitables fluctuations. Il est cependant très surtout pour les faibles puissances. Variation vitesse Agir sur la vitesse rotation du compresseur, c est agir sur le débit s vapeurs aspirées par celui-ci donc sur la puissance calorifique la PAC. Divers systèmes variation vitesse sont s - moteur électrique à ux vitesses (variation du nombre pôles). Ce dispositif encore peu est amené à se développer ; - moteur à courant continu alimenté à partir du réseau alternatif par un variateur électronique vitesse. La variation la vitesse rotation peut être parfaitement continue mais cette solution est très onéreuse ; - machine thermique pour l entraînement du compresseur (turbine à vapeur, moteur diesel ou moteur à gaz). Cette solution est valable mais pour s puissances importantes (à partir 00kW puissance calorifique) ; - principe L'INVERTER variation la vitesse d'un compresseur en modifiant la fréquence du moteur alimentant le compresseur. Cette technologie assure - une importante économie d'énergie (40%), - un meilleur coefficient performance (C.O.P.) associé à une plus gran souplesse et fiabilité fonctionnement, - une régulation constante la température pour une sensation confort optimale, - un sonore réduit grâce à la variation vitesse, - un cos Φ élevé entre 0.95 et 0.98 ce qui permet d éviter s pénalités ou le placement connsateurs

5 Régulation tout ou rien la température (spécifique Techno) Étu simulée sous Matlab Très e dans le domaine du génie climatique, dans le cas s faibles puissances + -

6 Résultats la simulation T(t) Φ s

7 Régulation par variation vitesse comman du compresseur Scroll par un moteur à courant continu U Tension consigne Ω Débit D m Moteur à courant continu Compresseur Scroll P C Habitat PAC

8 Variation vitesse comman du compresseur Scroll par un moteur à courant continu - Simulink vitesse rad /s vitesse tr /min 9.5 Gain Scope Tension consigne tension consigne MCC vitesse angulaire vitessedébit m assique Compresseur Scroll Débit 432 h2 400 h 400 h2 h h h4 Dm COP Pc COP -K- 20 C Tint h 270 h4 Dm PAC Pc(kW) kw->w 0 Text moy Tint HABITAT

9 Moteur à courant continu - Simulink tension consigne.5e-3s+ Transfer Fcn 0.46 Gain 242 e-4s Transfer Fcn vitesse angulaire Gain 0.46

10 Compresseur Scroll la PAC

11 Compresseur Scroll la PAC Expression du débit massique flui (R34a) D = ω. C. ρ m y R34a vitesse cylindrée Masse volumique Modèle Simulink vitesse Volume contrôle Masse volumique Débit massique