Calcul COP et puissances évaporateur et condenseur

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Démarrer un groupe froid virtuel,
effectuer des relevés de pression, températures, etc...
en déduire par calcul le COP et les puissances échangées au condenseur et à l'évaporateur

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Calcul COP et puissances évaporateur et condenseur

  1. 1. Modèle: Groupe Frigo mono-étagé Calculs COP et Puissances évaporateur et condenseur AZPROCEDE, SIMULATION DYNAMIQUE DE PROCÉDÉS WWW.AZPROCEDE.FR
  2. 2. Exercice: calculs puissances et COP Démarrer le groupe frigo mono-étagé avec les conditions de fonctionnement par défaut Relever les données pour calculer les puissances: # échangées à l’évaporateur et au condenseur, # fournie au compresseur Réaliser les calculs de puissance par deux méthodes: # bilan enthalpique direct, # chauffage – refroidissement et changement d’état Calculer le COP type machine frigo ou pompe à chaleur, Comparer les valeurs aux relevés et conclure
  3. 3. Exercice: calculs puissances et COP Démarrage du groupe frigo mono-étagé Conditions de fonctionnement (défaut):  Compresseur à 2900 tr.mn-1, cylindrée 10 cm3, volume mort 0.5 cm3, rendement isentropique 80%,  Température source froide -5°C, source chaude 20°C,  Détendeur adapté, simulation en mode simple.  Démarrer le compresseur (clic gauche),  Attendre quelques minutes la mise en régime stationnaire,  Relever les valeurs nécessaires aux calculs.
  4. 4. Groupe frigo démarré, vérification des conditions de fonctionnement
  5. 5. Relevés à l’évaporateur: entrée
  6. 6. Relevés à l’évaporateur: sortie
  7. 7. Exercice: calculs puissances et COP Relevés à l’évaporateur  Entrée 1.97 bar a, -10.4°C,  Enthalpie massique 234.0 kJ.hg-1,  Mélange liquide-vapeur (23.2% vapeur),  Changement d’état à 1.97 bar a, -10.4°C,  Chaleur latente 392.3-186.0=206.3 kJ.kg-1,  Cpliq=1.31 kJ.kg-1.°C-1, Cpvap=0.84 kJ.kg-1.°C-1,  Sortie 1.97 bar a, -8.4°C,  Enthalpie massique 394.0 kJ.kg-1,  Vapeur surchauffée de -8.4+10.4=2.0°C,
  8. 8. Relevés au condenseur: entrée
  9. 9. Relevés au condenseur: sortie
  10. 10. Exercice: calculs puissances et COP Relevés au condenseur  Entrée 7.0 bar a, 40.4°C,  Enthalpie massique 427.0 kJ.kg-1,  Vapeur surchauffée de 40.4-26.5=13.9°C,  Changement d’état à 7.0 bar a, 26.5°C,  Chaleur latente 413.0-236.8=176.2 kJ.kg-1,  Cpliq=1.43 kJ.kg-1.°C-1, Cpvap=1.01 kJ.kg-1.°C-1,  Sortie 7.0 bar a, 24.5°C,  Enthalpie massique 234.0 kJ.kg-1,  Liquide sous-refroidi de 26.5-24.5=2.0°C,
  11. 11. Relevés compresseur et cycle
  12. 12. Propriétés des points du cycle (vapeur, liquide, ou liq.+vap.) Propriétés du liquide bouillant et de la vapeur saturante (point de changement d’état L-V)
  13. 13. Exercice: calculs puissances et COP Tableau de relevés Etat physique Entrée évaporateur Pression Bar a Température °C 23,2% vapeur 1,97 -10,4 Liq.bouillant Changement d'état Vap.surchauffée Compresseur Vap.surchauffée 206,3 392,3 1,97 -8,4 394,0 7,0 40,4 0,84 Vap.surchauffée Entrée condenseur 1,31 -10,4 Vap.saturante Chaleur latente kJ/kg 234,0 186,0 1.97 Sortie évaporateur Enthalpie Cp liq/vap kJ/kg kJ/kg/°C 427,0 Vap.saturante Changement d'état 413,0 7.0 26,5 Liq.bouillant Sortie condenseur Liq.froid -176,2 236,8 7,0 1,01 24,5 234,0 1,43
  14. 14. Exercice: calculs puissances et COP Puissance reçue à l’évaporateur  Calcul par débit × (enthalpie sortante – enthalpie entrante) puissance = 3.76 × (394.0-234.0)=601.6 W  Calcul par changement d’état et surchauffe vapeur: débit × titre liquide × Lv(Teb) = 3.76 × 0.232 × 206.3= 595.7 W débit × Cpvap × (Tsortie-Teb) = 3.76 × 0.84 × (-8.4+10.4)=6.3 W cumul: 595.7+6.3=602.0 W  Relevé: 601.9W Toutes ces valeurs (calculées - relevées) sont cohérentes.
  15. 15. Exercice: calculs puissances et COP Puissance cédée au condenseur  Calcul par débit × (enthalpie sortante – enthalpie entrante) Puissance = 3.76 × (234.0-427.0) = -725.7 W  Calcul par refroidissement vapeur, changement d’état et refroidissement liquide: débit × Cpvap × (Teb-Tentrée) = 3.76 × 1.01 ×(26.5-40.4) = -52.8 W débit × Lc(Teb) = 3.76 × (-176.2) = -662.5 W débit × Cpliq × (Tsortie-Teb)= 3.76 × 1.43 ×(24.5-26.5)=-10.8 W cumul: -52.8-662.5-10.5 = -726.1  Relevé: -726.0W Toutes ces valeurs (calculées - relevées) sont cohérentes.
  16. 16. Exercice: calculs puissances et COP Puissance reçue au compresseur  Calcul par débit × (enthalpie sortante – enthalpie entrante) Puissance = 3.76 × (427.0-394.0) = 124.1 W  Relevé: 124.1 W Ces valeurs (calculées - relevées) sont cohérentes. Le bilan énergétique sur l’ensemble du cycle est vérifié: 601.9+124.1-726.0=0
  17. 17. Exercice: calculs puissances et COP COP  COP réfrigérateur ou climatisation COPfroid=601.9/124.1=4.85 Pour 1W dépensé, on retire 4.85W du réfrigérateur.  COP pompe à chaleur COPchaud=726.0/124.1=5.85 Pour 1W dépensé, on amène 5.85W à la source chaude.
  18. 18. Conclusion de l’exercice: Les puissances calculées, quelque soit la méthode, sont en concordance avec les puissances relevées. Les relevés sont réalisés avec 3 ou 4 chiffres significatifs. L’incertitude sur les puissances calculées porte sur le 4ème chiffre significatif.

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