Qu'est-ce que le cycle de réfrigération et comment est-il défini ?

Evelyn Maitee Marin
Ingénieur Industriel, MSc en Physique, et EdD

Un cycle de réfrigération fait référence au processus thermodynamique répétitif dans lequel une substance utilisée comme réfrigérant il change de phase à travers un circuit, et sa fonction est d'absorber la chaleur d'un espace à conditionner pour restituer de la chaleur dans un autre région. Contrairement à d'autres cycles thermodynamiques tels que la puissance, dans les systèmes utilisés pour la réfrigération, le but n'est pas l'obtention d'énergie pour la vente ou la consommation, mais plutôt le conditionnement thermique d'un espace, par exemple, un chambre.

Avec un schéma de fonctionnement similaire à celui des cycles frigorifiques, il existe des pompes à chaleur qui, contrairement à l'air Conditionnés, ils servent à chauffer un espace, c'est-à-dire à extraire la chaleur du milieu extérieur pour la restituer à l'intérieur du local souhaité condition.

D'un point de vue théorique, les cycles de réfrigération peuvent être étudiés en considérant les composants qui composent le système ainsi que les différentes étapes par lesquelles passe le fluide frigorigène dans les différents états. Le graphique suivant montre la classification des systèmes de réfrigération :

Types de systèmes de réfrigération

Composants de base d'un cycle de réfrigération

Selon le deuxième loi de la Thermodynamique, le flux de chaleur se produit spontanément toujours à partir d'une région de plus grande température à une température plus basse, et sinon, un dispositif ou un mécanisme est nécessaire pour effectuer le processus de réfrigération. Pour ce faire, tout système de réfrigération nécessite au moins quatre composants :

• Compresseur: est un dispositif chargé d'augmenter la pression du fluide frigorigène une fois qu'il s'est évaporé. Dans des conditions idéales, le processus de compression est à entropie constante, bien qu'en pratique une augmentation de l'entropie se produise.

• Évaporateur: ce système est essentiellement un échangeur de chaleur à travers lequel le réfrigérant circule pour absorber la chaleur de l'espace à climatiser et par conséquent, le mélange passe à un état de fumer.

• Détendeur: également appelé tube capillaire ou détendeur. Dans des conditions idéales, cet appareil fonctionne isenthalpique (à enthalpie constante), et sa fonction est de diminuer la pression du fluide frigorigène dans la zone de mélange.

• Condenseur: il est formé par un serpentin à travers lequel passe le fluide frigorigène à l'état de vapeur, à une pression et une température supérieures aux conditions dans l'évaporateur. Lors du passage dans le condenseur, le fluide frigorigène libère de la chaleur dans l'environnement extérieur et se condense jusqu'à devenir liquide. Idéalement, le processus de condensation il se produit à pression constante, bien qu'en réalité des chutes de pression se manifestent généralement.

Composants de base d'un réfrigérateur

Coefficient de performance (COP)

Comme déjà mentionné, pour extraire la chaleur d'un espace (refroidir) et faire en sorte que le réfrigérant change de phase dans un processus cyclique, il faut des appareils qui fonctionnent en consommant énergie (électrique ou carburant), et cela représente un coût, qu'il faut essayer de minimiser, en maximisant la fonction qu'on attend d'eux dans le cycle.

Dans les cycles de puissance, les performances thermiques ou électriques sont généralement déterminées à partir de l'efficacité du cycle ou ses composants, et en tant que telle, cette valeur doit toujours être comprise entre 0 et 1 (en termes de pourcentage, elle serait comprise entre 0 et 100 %). Cependant, dans les cycles de réfrigération, le plus courant est analyser ses performances en utilisant comme paramètre de référence le coefficient de performance, abrégé par son acronyme en anglais COP (coefficient de performance), dont la valeur est presque toujours supérieure à l'unité, est toujours positif, et est déterminé à partir du expressions suivantes :

Cycle de réfrigération à compression de vapeur idéal

Dans le but de maximiser le coefficient de performance des cycles de réfrigération, différentes méthodes ont été conçues, la plus Le plus simple d'entre eux est la réfrigération à compression de vapeur, qui est formée de quatre états qui sont présentés dans la suite. image):

• Un processus de compression isentropique dans le compresseur (états 1 – 2),

• Un processus de rejet de chaleur à pression constante dans le condenseur (états 2 – 3),

• Un processus de détente isenthalpique dans le détendeur (états 3 – 4),

• Un processus d'absorption de chaleur dans l'évaporateur à pression constante (états 4 – 1).

Le schéma suivant montre un diagramme de température (T) vs entropie (s) où les différents états par lesquels passe le fluide frigorigène sont indiqués lors de son passage à travers les composants du système pour compléter le cycle de réfrigération par compression de fumer:

Q_L est la chaleur absorbée par l'espace conditionné, Q_h est la chaleur rejetée à l'extérieur et W_composition représente le travail du compresseur.

Comme décrit, le fluide de travail dans les cycles de réfrigération est le réfrigérant, et il en existe une grande variété sur le marché. Les fluides frigorigènes ont évolué, et actuellement, la tendance est d'opter pour ceux qui sont moins polluants, non toxiques et qui ont les caractéristiques requises dans le système à installer.

Certains des types de réfrigérants les plus couramment utilisés

Ce groupe de réfrigérants représente 90 % des réfrigérants utilisés aux États-Unis.