Pompe à chaleur (PAC).

Transcription

1 ope à chaleur (AC). 1. (voir partie 4.3 de la notice technique) À l'entrée de la AC, régler un débit voluique d'eau de 0,8 L/in, déarrer la AC et, tout au long de l'expérience, vérifier régulièreent que ce débit d'eau est aintenu. 2. Qu'est le R134a (ou HFC-134a ou 1,1,1,2,tétrafluoroéthane)? 3. Attendre le régie stationnaire en visualisant la tepérature T 4 (attendre au oins 60 in) avant de faire les esures et calculs ci-dessous. L'enseble des esures réalisées devra s'enchaîner assez rapideent. En attendant le régie stationnaire (pour pouvoir faire les esures) traiter les autres questions. Copléter les données, esures et calculs suivants et les exprier en unités du Systèe International : - capacité therique assique de l'air c air = 1006 J.kg -1.K -1 - asse voluique de l'air ρ air = 1,2 g/l - débit voluique d'air extérieur (voir question 12) q V air = - débit assique d'air extérieur (voir question 13) q air = - capacité therique assique de l'eau c eau = 4180 J.kg -1.K -1 - asse voluique de l'eau ρ eau = 1,000 kg/l - débit voluique d'eau du circuit de chauffage q V eau = - débit assique d'eau du circuit de chauffage (voir question 13) q eau = - asse voluique du R134a liquide (voir question 25) ρ R134a = - débit voluique de R134a liquide q V R134a = - débit assique de R134a (voir question 26) q R134a = - tension électrique aux bornes du copresseur U = - intensité du courant électrique traversant le copresseur I = - haute pression relative p 4 rel = - haute pression absolue (à calculer) p 4 abs = - basse pression relative p 8 rel = - basse pression absolue (à calculer) p 8 abs = - tepérature eau entrée condenseur T 0 = - tepérature eau sortie condenseur T 1 = - tepérature air entrée évaporateur T 2 = - tepérature air sortie évaporateur T 3 = - tepérature R134a entrée condenseur T 4 = - tepérature R134a sortie condenseur T 5 = - tepérature R134a entrée détendeur T 6 = - tepérature R134a entrée évaporateur T 7 = - tepérature R134a sortie évaporateur T 8 = 1

2 4. En s'aidant de la docuentation, copléter le tableau suivant : n sur photo lettre sur schéa no Copresseur Détendeur therostatique à égalisation interne de pression Condenseur à eau Évaporateur à air Réservoir de liquide Filtre déshydrateur Voyant liquide de présence d'huidité Bouteille anti coup de liquide ressostat de sécurité (haute pression/basse pression) Vanne de service Soupape de sécurité haute pression Tuyau d entrée d eau (siulant l eau du circuit de chauffage ressortant des radiateurs) Tuyau de sortie d eau (siulant l eau du circuit de chauffage allant vers les radiateurs) Débitètre à flotteur pour l'eau du condenseur Vanne de réglage du débit d eau Voyant blanc présence tension Sectionneur général électrique Interrupteur de ise sous tension de l instruentation et du tube fluorescent Interrupteur de ise sous tension du copresseur et du ventilateur de l'évaporateur Tube fluorescent (éclairage) Voltètre et apèreètre (esure du courant et de la tension du copresseur) Indicateur nuérique de tepérature Douilles de raccordeent pour la sélection de la tepérature visualisée sur l indicateur Manoètre du fluide R134a (haute pression) Manoètre du fluide R134a (basse pression) Débitètre de fluide frigorigène R134a

3 C A B H HB R B Q E D F O G H N M I J K L 5. Copléter le texte suivant avec le no de différents éléents de la AC : -.. aspire le fluide frigorigène qui sort de l'évaporateur sous fore de vapeur. Il Assure la copression de ce fluide frigorigène et le véhicule vers le condenseur ; -.. transfère de la chaleur du fluide frigorigène au édiu de refroidisseent (ici de l eau siulant l eau du circuit de chauffage allant vers les radiateurs) afin de réchauffer ce dernier ; -.. peret de faire passer le fluide d'une haute pression à une basse pression par une détente lainaire, et peret de réguler le débit de fluide frigorigène dans l'évaporateur ; -.. transfère la chaleur de l air extérieur au fluide frigorigène ; -.. peret de visualiser la pression du fluide frigorigène ; - protège les systèes de réfrigération contre l huidité, les acides et les particules solides. Il peret donc de réduire les risques d apparitions d espèces chiiques nocives ou de particules abrasives ; - peret le contrôle iédiat et direct de la teneur en huidité du fluide frigorigène en phase liquide ou diphasique ; - peret d éliiner les risques liés au retour de fluide frigorigène en phase liquide et à l arrivée assive d huile à l aspiration du copresseur ; - a pour rôle de faire face aux fluctuations norales de débit de fluide frigorigène provoqué par les réactions du détendeur therostatique aux variations de charges theriques. 3

4 6. Sur le schéa précédent, indiquer par de nobreuses flèches rouges le sens de circulation du fluide R134a dans le circuit haute pression. Indiquer par de nobreuses flèches bleues le sens de circulation du fluide R134a dans le circuit basse pression. Repasser en vert les canalisations où circule l'eau. 7. Observer ce qui se passe au niveau du condenseur puis AELER LE ROFESSEUR pour vérifications (ais il est possible de continuer en attendant sa venue). 8. Quel atériau a peris de fabriquer le serpentin du condenseur? ourquoi ce atériau? 9. Sur le schéa précédent, dans les 9 carrés vides, écrire T 0, T 1, T 2, T 3, T 4, T 5, T 6, T 7 et T Vérifier, en utilisant avec précaution le sens du toucher, coent évolue la tepérature du fluide suite au passage dans le copresseur, dans le condenseur, dans le détendeur et dans l'évaporateur. Faire de êe pour l'eau suite au passage dans le condenseur et pour l'air suite au passage dans l'évaporateur. 11. Travail à rendre : Rédiger quelques lignes pour décrire le principe de fonctionneent de la AC en parlant entre autres des tepératures, des pressions, des changeents d états physiques et des échanges d'énergie (en parlant aussi de l eau du circuit de chauffage). 12. Déteriner le débit d'air dans l'évaporateur en utilisant la docuentation. ATTENTION : La suite ne peut être traitée qu'une fois les esures effectuées (question 3). 13. Calculer les débits assiques d'eau et d'air à partir de leurs débits voluiques. Rappels : - q V / Δt et q V / Δt avec V le volue et la asse qui s'écoulent pendant la durée Δt ; - la asse voluique est ρ / V. 14. En utilisant autant que possible les notations de la question 3, donner l'expression du transfert therique ayant lieu pour l'eau dans le condenseur pendant Δt. En déduire l'expression du flux therique (ou puissance du transfert therique) ayant lieu pour l'eau dans le condenseur puis calculer sa valeur. En déduire la valeur du flux therique (ou puissance du transfert therique) ayant lieu pour le fluide frigorigène dans le condenseur. Rappels : - le transfert therique reçu par un corps (hors changeent d'état physique) est Q c ΔT avec sa asse, c sa capacité therique assique et ΔT la variation de sa tepérature ; - le flux therique est Φ Q / Δt avec Δt la durée ; - le débit assique est q / Δt avec la asse qui s'écoule pendant la durée Δt. 15. En utilisant autant que possible les notations de la question 3, donner l'expression du transfert therique ayant lieu pour l'air dans l'évaporateur pendant Δt. En déduire l'expression du flux therique (ou puissance du transfert therique) ayant lieu pour l'air dans l'évaporateur puis calculer sa valeur. En déduire la valeur du flux therique (ou puissance du transfert therique) ayant lieu pour le fluide frigorigène dans l'évaporateur. 16. Coparer cette valeur à celle donnée dans la docuentation. 17. Coent peut-on expliquer que le fluide frigorigène cède plus d'énergie à l'eau du circuit de chauffage des radiateurs (au niveau du condenseur) qu'il n'en reçoit de l'air extérieur (au niveau de l'évaporateur)? Rappel du preier principe de la therodynaique (principe de conservation de l'énergie) : Si l'énergie totale d'un systèe varie, c'est qu'elle a été reçue de son extérieur ou cédée à son extérieur ; l'énergie totale d'un systèe ne peut être ni créée ni détruite ais elle peut être échangée avec son extérieur. Au cours d'un cycle de la achine therodynaique, le fluide revient dans le êe état (lorsque le régie stationnaire est atteint). Son énergie est donc la êe qu'au début du cycle (il n'accuule pas d'énergie). Donc, la soe des énergies échangées s'annule : soe énergies reçues + soe énergies cédées = 0. 4

5 18. Calculer la puissance électrique élec reçue par le copresseur. uis, sachant que le rendeent du copresseur est de 85 %, calculer la puissance éca du travail écanique reçue par le fluide frigorigène. Rappel : la puissance électrique est U I élec avec U la tension électrique et I l'intensité du courant électrique. 19. Montrer que le preier principe de la therodynaique seble ne pas être vérifié puis (entre autres en coparant T 5 et T 6 ) expliquer pourquoi. 20. Déteriner le coefficient de perforance de cette AC. Que veut dire ce résultat? transfert d'énergie utile Q ou Wutile Rappel : coefficient de perforance CO et donc transfert d'énergie dépensé Q ou W dépensé utile dépensée 21. En s'aidant des questions précédentes, expliquer coent le CO de cette AC peut être (un peu) aélioré assez facileent. 22. Montrer que le second principe de la therodynaique est vérifié au niveau du condenseur (on pourrait faire de êe au niveau de l'évaporateur). 23. Sur le diagrae pression-tepérature du fluide R134a, placer le point 4 (correspondant à l'entrée du condenseur), le point 6 (correspondant à l'entrée du détendeur), le point 8 (correspondant à la sortie de l'évaporateur) puis le point 7 (à la êe pression que le point 8 ais sur la courbe d'équilibre liquide-vapeur). uis représenter le cycle du fluide frigorigène en reliant les points 4, 6, 7, 8 et 4 par des segents de droite. Rappel : is à part au niveau du copresseur et du détendeur, l'enseble des transforations dans une achine frigorifique se fait à pression constante. 24. Grace au diagrae précédent, vérifier qu'aux points 4 et 8 tout le fluide frigorigène est gazeux et qu'au point 6 tout le fluide frigorigène est liquide. 25. Grace à ce êe diagrae, déteriner la asse voluique du R134a lorsqu'il est liquide. 26. Calculer le débit assique de R134a à partir de son débit voluique. 27. Sur le diagrae enthalpie-pression du fluide R134a (l'enthalpie H est associée à l'énergie), placer le point 4 (correspondant à l'entrée du condenseur), le point 6 (correspondant à l'entrée du détendeur), le point 8 (correspondant à la sortie de l'évaporateur) puis le point 7 (à la êe pression p que le point 8 et à la êe enthalpie H que le point 6). uis représenter le cycle du fluide frigorigène en reliant les points 4, 6, 7, 8 et 4 par des segents de droite. 28. Grace à ce nouveau diagrae, vérifier à nouveau qu'aux points 4 et 8 tout le fluide frigorigène est gazeux et qu'au point 6 tout le fluide frigorigène est liquide. 29. Grace à ce êe diagrae, vérifier la valeur de la asse voluique du R134a lorsqu'il est liquide. 30. uis, en s'aidant de ce diagrae, déteriner les flux theriques lors de la condensation à pression constante (point 4 au point 6) puis lors de l'évaporation à pression constante (point 7 au point 8). uis coparer aux résultats précédents. Donnée : à pression constante, le flux therique reçu par le fluide est Φ du fluide et ΔH la variation d'enthalpie du fluide. q ΔH avec q le débit assique 5