Durée 1h45 - Polycopiés de cours autorisés exclusivement.
Documents joints: Tables de saturation de l’eau et de l’ammoniac, table de la vapeur surchauffée de l’ammoniac, Diagramme enthalpique de l’ammoniac, Diagramme de l’air humide à pression atmosphérique.
Pour un projet de construction d’un entrepôt frigorifique on étudie l’équipement d’une chambre froide destinée à contenir des produits surgelés. On envisage d’installer une machine frigorifique fonctionnant avec de l’ammoniac ( ou R717) comme fluide frigorigène. On suppose que le cycle thermodynamique est un cycle de Rankine inversé fonctionnant en régime sec. Nous allons analyser le fonctionnement de la machine en régime permanent dans des conditions de fonctionnement nominal. On supposera tous les écoulements en régime permanent et on négligera toutes les variations d’énergie cinétique du fluide. de plus, la compression sera considérée comme adiabatique et les évolutions dans les deux échangeurs comme isobares. Afin de maintenir une température intérieure de -18°C dans la chambre froide, on estime que la température d’évaporation doit être de . Le condenseur sera refroidi par une circulation d’eau et la température de condensation sera estimée à . On supposera que le fluide frigorigène sortant du condenseur est un liquide saturé et que le fluide sort de l’évaporateur à l’état de vapeur saturée. La mesure de la température à la sortie du compresseur donne . Le débit du fluide frigorigène est de .
Donnez une estimation des pressions d’évaporation et de condensation. expliquez.
Tracer le cycle sur le diagramme enthalpique fourni. Numéroter les 4 points remarquables du cycle en partant de la sortie de l’évaporateur et en suivant le fluide dans son sens de parcours.
Estimez l’enthalpie massique en sortie de l’évaporateur et du condenseur à l’aide des tables fournies.
Calculer le titre de vapeur à l’entrée de l’évaporateur.
Calculer la puissance frigorifique de la machine dans ces conditions de fonctionnement.
Calculer la puissance mécanique absorbée par le fluide dans le compresseur.
Calculer la puissance calorifique rejetée au condenseur.
Le débit d’eau de refroidissement est de et la température d’entrée de l’eau est de . En déduire la température de sortie de l’eau.
La compression est elle isentropique ? Justifiez votre réponse.
Dans les pays au climat chaud et sec, il peut être avantageux de refroidir l’air par humidification. Nous prendrons par exemple le cas d’un air extérieur dont la température extérieure est de et le degré hygrométrique . Cet air extérieur est aspiré puis dirigé vers un dispositif d’humidification constitué de toiles sur lesquelles on fait ruisseler de l’eau. A la sortie de ce dispositif, l’air s’est chargé en humidité et se trouve saturé en vapeur d’eau. On mélange ensuite cet air humidifié avec de l’air provenant de l’extérieur dans des proportions convenables pour obtenir en sortie une température de .
On rappelle que lorsque l’humidification se fait par contact avec de l’eau liquide, on peut négliger l’apport d’enthalpie dû à l’eau liquide.
Calculer la pression partielle de la vapeur d’eau puis l’humidité absolue pour le flux d’air aspiré initialement.
Calculer l’enthalpie de l’unité d’air humide (par kg d’air sec) pour le flux d’air aspiré à l’extérieur.
Déterminer graphiquement la température de sortie de l’air sortant de l’humidificateur en utilisant l’approximation sugérée plus haut. On arrondira la valeur de la température à l’unité la plus proche. Expliquer la procédure utilisée.
Calculer la pression partielle de la vapeur d’eau puis l’humidité absolue pour le flux d’air sortant de l’humidificateur.
On désire que le flux d’air résultant du mélange soit à la température de . Quelle sera l’enthalpie du mélange. En déduire l’humidité absolue de ce mélange.
On suppose que le débit d’air sec passant dans l’humidificateur est de . Calculer le débit de l’autre flux d’air aspiré à l’extérieur.
Calculer le débit d’eau rajoutée dans l’humidificateur.