IUT de Saint Denis Module THERM3
Contrôle de thermodynamique G.I.M. 2
Vendredi 13 novembre 2015

1 Machine frigorifique au dioxyde de carbone (CO2):

La plupart des fluides frigorigènes actuellement utilisés sont des HFC (HydroFluoroCarbures) qui ont étés mis sur le marché en remplacement des CFC (ChloroFluoroCarbures) interdits à la suite de la conférence de Montréal (1988) en raison de leur action sur la couche d’ozone. Or la plupart de ces fluides sont des gaz ayant un fort impact sur le réchauffement planétaire. A l’heure actuelle, à la suite de la conférence de Kyoto (COP 3, 1997), les nations industrialisées s’engagent à réduire l’émission des gaz à effet de serre et s’apprêtent à réduire et même à interdire l’usage de la plupart des HFC. C’est la raison pour laquelle les industries du froid et de la pompe à chaleur se tournent de plus en plus vers des solutions alternatives telles que l’utilisation du CO2 comme fluide frigorigène.
Nous considérons dans la suite l’étage basse température d’une installation de réfrigération dite “en cascade”. Cet étage basse température fonctionne avec le CO2 (ou R744) comme fluide frigorigène. Il est constitué d’un compresseur d’un condenseur, d’une vanne de détente ainsi que d’un évaporateur. L’état thermodynamique du fluide est dénoté par les indices précisés ci-dessous:
On estime que le fluide sortant du condenseur est un liquide saturé. En revanche, le fluide sortant de l’évaporateur sera considéré comme surchauffé. La vanne de détente est régulée de telle sorte que la surchauffe reste égale à 5°C. On fera les hypothèses habituelles pour l’étude théorique du système en régime permanent, à savoir:
La température à la sortie du condenseur est égale à 10°C et la température à l’entrée de l’évaporateur est égale à -30°C (moins trente). La température à la sortie du compresseur est égale à 65°C.
  1. Placer le point D sur le diagramme enthalpique du CO2 puis déterminer l’enthalpie massique et l’entropie massique correspondantes à l’aide des tables fournies. Puis les reporter dans le tableau sur la feuille à rendre. Faites une phrase en Français pour expliquer la façon dont vous avez procédé et ce qui la justifie.
  2. De même, pour le point B, placer le point, expliquer et reporter dans le tableau.
  3. De même pour le point C.
  4. Placez le point A sur le diagramme et expliquez la procédure.
  5. Calculez le titre de vapeur au point A en utilisant les valeurs fournies par les tables.
  6. Calculer l’enthalpie massique et l’entropie massique au point A.
  7. L’évolution dans le compresseur est elle isentropique. Votre réponse doit être justifiée. (réponse non justifiée = 0 pt)
  8. La machine est utilisée pour refroidir un local de stockage. Un ventilateur souffle de l’air sur les tubes de l’évaporateur à raison de 4,42 kg/s. La température de l’air soufflé passe de -18°C à -25°C. Calculer la puissance frigorifique nécessaire.
  9. En déduire le débit du CO2 dans l’étage basse température de la machine. Explicitez votre raisonnement.
  10. Calculer la puissance mécanique absorbée par le fluide dans le compresseur.
  11. Question subsidiaire: Quelle doit être la puissance frigorifique de l’étage haute température? Le schéma de l’ensemble de l’installation est donné à la figure 1.

2 Humidification

Dans une installation de conditionnement d’air, une section est dédiée à l’humidification par injection de vapeur. L’air entrant est à la température t1 = 20  °C et son degré hygrométrique est de 30 %. A la sortie de l’humidificateur, la température mesurée est de 21  °C et l’humidité de 91, 4 % . On considère que la pression totale reste constante et égale à 1 bar.
  1. Calculer la pression partielle de la vapeur d’eau puis l’humidité absolue pour le flux d’air entrant dans l’humidificateur.
  2. Calculer l’enthalpie de l’unité d’air humide (par kg d’air sec) pour le flux d’air aspiré entrant.
  3. Calculer la pression partielle de la vapeur d’eau puis l’humidité absolue pour le flux d’air sortant de l’humidificateur.
  4. Calculer l’enthalpie de l’unité d’air humide (par kg d’air sec) pour le flux d’air sortant.
  5. Calculer l’enthalpie massique de la vapeur d’eau injectée dans le flux d’air.
  6. On mesure la consommation de vapeur d’eau injectée en une heure et on obtient: 3, 52 kg. En déduire le débit d’air sec traversant l’humidificateur.
Figure bietage.png
Figure 1 Schéma général de l’installation


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Feuille à rendre
Nom ou N° de copie:
grandeur unité A B C D
Température °C
Pression Bar
Enthalpie massique kJ/kg
Entropie massique kj/K.kg
Titre de vapeur -
Téléchargez les documents annexes:
Table de saturation du CO2
Table de la vapeur surchauffée du CO2
Table de la vapeur d'eau saturée
Diagramme enthalpique du CO2
Diagramme de l'air humide