ETUDE COMPARATIVE RS Installation et calorimètre. 1. Objectif. 2. Réfrigérants

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1 Remplaçant à faible PRG/GWP du R22 et de ces substituts ETUDE COMPARATIVE Comparaison du rendement avec Six réfrigérants existants RS-70 R-22 MO99 (R438A) MO29 (R422D) MO59 (R417A) RS44 (R424A) RS-45 (R434A) 1. Objectif GRIT S.L. (Gases: Research, Innovation & Technology S.L), avec son siège à Barcelone, a sollicité à DIRA S.L. (Desenvolupament, Investigació i Recerca Aplicada S.L.) afin de comparer le rendement de 7 fluides frigorigènes par rapport à leur efficacité énergétique, ainsi qu à d autres propriétés qui puissent servir à obtenir une connaissance plus profonde de leur comportement. Ces essais ont été réalisés chez DIRA S.L. (Carretera del Mig 92, L'Hospitalet de Llobregat), au moyen d un calorimètre approprié à cet effet. 2. Réfrigérants GRIT S.L. a fourni à DIRA S.L. 7 fluides frigorigènes, dont 6 identifiés uniquement comme échantillons numérotés, de façon que ceux qui réalisaient les essaies ignoraient leur identité. L ensemble des essais était donc composé de tests à l aveugle. Seul le R-22 a été identifié afin de mettre en service le calorimètre et d obtenir une référence de la température d évaporation de plusieurs fluides, ainsi que pour calibrer les capteurs installés pour surveiller le système. Les échantillons ont été fournis en cylindres conventionnels de gaz d entre 4 et 7 litres. Nous détaillons ici les désignations des différents fluides : Échantillon 1 - RS-70 Échantillon 2 R-22 Échantillon 3 MO99 (R438A) Échantillon 4 MO29 (R422D) Échantillon 5 MO59 (R417A) Échantillon 6 RS44 (R424A) Échantillon 7 RS-45 (R434A) Ces codes ont été aussi utilisés pour les tableaux et graphiques représentés plus bas. Le spécialiste des fluides frigorigènes de substitution Installation et calorimètre Le circuit du calorimètre utilisé a été spécialement conçu pour mesurer les caractéristiques de fonctionnement des nouveaux réfrigérants : Compresseur Modèle 1,5 HP K7.2X de GELPHA, Conçu pour R-404A et R-507 Avec une large plage de température de fonctionnement. Condenseur Réfrigéré par air Modèle Type HRT/ PN Dispositif de détente Vanne Danfoss TES2 pour R404A ou R507 à équilibre externe; ensuite on a monté un distributeur de 3 sorties vers les capillaires. Evaporateur et charge d inertie thermique La charge, un mélange de 25 litres de propylène glycol et de 25 litres d eau, dans un cylindre de 50 litres, a été remuée magnétiquement afin d atteindre un bon transfert thermique et un équilibre thermique rapide à l intérieur. De son côté, l évaporateur est composé de trois serpentins en cuivre de 15 m de largeur chacun, enroulés autour du récipient de la charge thermique et contenus dans un cylindre externe. L espace entre le cylindre interne et externe a été rempli avec un mélange d éthylène glycol et de l eau, 5 litres de chacun afin d obtenir une bonne transmission de chaleur entre la charge thermique et les serpentins de l évaporateur. 3.1 Instruments de mesure Tous les essais ont été réalisés avec le même circuit de réfrigération, dans les mêmes conditions et avec la même équipe de surveillance. Les pressions ont été mesurées à l aide d un analyseur Testo 570-2, tandis que les températures ont été enregistrées par moyen de trois analyseurs équipés de quatre sondes de température chacun : Testo 177-T4 (1 unité) et Testo 176-T4 (2 unités). En plus, il faut ajouter un Testo 925, avec lequel on a mesuré la température de mélange de l eau et du propylène glycol. Finalement, la consommation d énergie électrique a été comptabilisée à travers compteurs électriques Landis Gyr. Avec tout cet équipement on a pu mesurer et enregistrer les variables suivantes : Pression de condensation et d évaporation Température à la fin du condenseur Température à moitié condenseur Température de refoulement du compresseur Température de sortie de liquide du condenseur Température de la surface du cylindre externe (sur la zone supérieure) Température de la surface du cylindre externe (sur la zone moyenne) Température de la surface du cylindre externe (sur la zone inférieure) Température de sortie d évaporateur Température du liquide à l entrée de la vanne de détente Température du mélange propylène glycol-eau. Consommation d énergie électrique du compresseur.

2 4. Protocole 4.1 Introduction Pour que tout l éventail de conditions soit couvert, il a fallu combiner les essais dynamiques avec les essais en état stationnaire. 4.2 Essais Dynamiques Tous les fluides ont été testés utilisant la méthode détaillée ci-dessous: D abord, le mélange d eau et de propylène glycol est chauffé avec résistances électriques jusqu à +50ºC avec pour but de fournir une source de chaleur à l évaporateur. Une fois la température a été atteinte, on fait démarrer le compresseur pour faire fonctionner le circuit frigorifique. En chauffant le mélange thermique à +50ºC, on assure que la température de l évaporateur commence au moins à +7ºC, ce qui est la température maximale d évaporateur requise. La température de condensation est maintenue constante pendant tout le processus, à +45ºC, grâce au contrôle du flux d air au condenseur. L essai finalise quand le mélange d eau et de propylène glycol arrive à +32 C ou quand les conditions de stabilité sont atteintes. Les données prises ont été enregistrées et analysées à travers le software Excel, en calculant les paramètres essentiels suivants pour caractériser le rendement du système : La puissance électrique du compresseur (Puis Abs) a été obtenue par la mesure du wattmètre. La puissance frigorifique du réfrigérant (Puis Frig) a été obtenue moyennant la somme de la puissance de la charge thermique et l apport de l environnement. Par conséquent, la puissance frigorifique est obtenue de la façon suivante: Le COP du système a été obtenu à partir du coefficient entre Puis. Frig. et Puis. Abs. 4.3 Essais Statiques Tous les réfrigérants ont été testés en conditions d état stationnaire pour réussir à avoir basses températures d évaporation, en chauffant le mélange d eau et de propylène glycol avec charges thermiques de 2.000, 1.500, 1.000W, 500W et 0W, toujours avec une température au condenseur de +45 C. Le bénéfice thermique de la charge obtenue de l environnement a été calculé avec les expressions suivantes: 2

3 4.4 Surchauffe à l aspiration Comme au moment de réaliser les essais on ne savait pas l identité des fluides (sauf le R-22), on ne pouvait pas calculer les surchauffes à l aspiration en utilisant les tableaux thermodynamiques. Pour cette raison on a eu recours à plusieurs sondes thermiques, placées autour de l évaporateur. La température moyenne d évaporation de chaque réfrigérant a été estimée à partir des données obtenues avec le R-22. Il est possible d avoir la température finale d évaporation en ajoutant la moitié du glide à cette température. À partir de cette température, on a cherché d avoir environ 5ºC de surchauffe à la sortie de l évaporateur en moyenne, car il existe une fluctuation de la température à cause de la vanne de détente. 5. Résultats et conclusions 5.1 Puissance frigorifique, puissance absorbée et COP 3

4 Comme on peut le constater dans les tableaux et dans les graphiques précédents, le COP du RS-70 (échantillon 1) est du même ordre que le R-22 (échantillon 2), avec puissances frigorifiques élevées et une faible consommation. 4

5 5.2 Pression d aspiration, pression de refoulement et ratio de compression Les pressions reprises sur le tableau suivant ont été obtenues par mesure expérimentale : celles-ci ne coïncident pas exactement avec la pression qui correspondrait aux différentes températures d évaporation et de condensation. Les valeurs des puissances montrées dans la section précédente ont déjà été corrigées tenant compte de ce qu on vient d exposer. Dans le graphique, on peut constater que la pression d aspiration du RS-70 est légèrement inférieure à celle du R-22 dans tous les rangs de fonctionnement, étant très similaire à la pression d aspiration de l échantillon 3. 5

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7 5.3 Température de refoulement 6. Conclusion Le RS70 est dans son ensemble le plus proche des fluides de remplacement du R22 de part : Son débit massique quasi similaire : ne nécessitant par l ajustement de la détente. pouvant fonctionner en détente par capillaire et /ou thermostatique. Son COP et sa capacité frigorifique la plus proche du R22 Sa puissance absorbée généralement plus basse qu au R22 La dimension des échangeurs et conduites reste similaire au R22. Les pressions d aspiration et de refoulement sont aussi les plus proches du R22. 7