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UE2060300
Au moment de la compression, le fluide caloporteur gazeux est
aspiré par le compresseur, comprimé sans variation de l'entro-
pie (s
= s
) de p
à p
, et surchauffé (voir Fig. 2 et Fig. 3). Cela
1
2
1
2
explique que la température augmente de T
(énergie) mécanique de compression
unité massique.
Dans le condenseur, le fluide caloporteur est fortement refroidi
et il se condense. La chaleur libérée (chaleur d'ébullition et cha-
leur de condensation) se monte à q
massique. Elle réchauffe le réservoir d'eau correspondant.
Le fluide caloporteur condensé passe alors dans une vanne de
détente où il est ramené à une pression plus basse (sans travail
mécanique apporté). Pendant cette phase, la température di-
minue également, puisqu'un travail doit être effectué dans le
fluide frigorigène pour résister à la pression moléculaire (dé-
tente de Joule-Thomson). L'enthalpie reste constante (h
À l'arrivée dans l'évaporateur, le fluide caloporteur récupère de
la chaleur et il complètement évaporé. Il en résulte un refroidis-
sement du réservoir. La chaleur (énergie thermique) absorbée
s'élève à q
– h
vapo
= h
par unité massique.
1
4
Le diagramme de Mollier du fluide est souvent utilisé pour repré-
senter le cycle thermodynamique d'une pompe à chaleur à com-
pression. Ce diagramme décrit l'évolution de la pression p et de
l'enthalpie spécifique h du fluide (l'enthalpie permet de mesurer
le contenu thermique du fluide car elle augmente généralement
lorsque la pression la proportion de gaz augmentent).
Y sont également représentées les courbes isothermes (T =
const.) et isentropiques (s = const.), ainsi que le volume mas-
sique relatif de la phase liquide du fluide frigorigène. À gauche
de ce qu'on appelle la courbe d'ébullition, le fluide est à l'état de
condensation totale (liquide saturé). À droite de ce qu'on appelle
la courbe de rosée, le fluide est représenté à l'état de vapeur
surchauffée et entre ces deux courbes, c'est un mélange gaz-
liquide. Ces deux courbes se rejoignent au point critique.
Afin de représenter le système dans un diagramme de Mollier,
on détermine le cycle thermodynamique idéalisé décrit plus haut
en mesurant les pressions p
de la vanne de détente ainsi que la température T
presseur et la température T
Dans l'expérience, les composants du système sont reliés par
une conduite en cuivre en un circuit fermé qui est monté sur
une planche support. Grâce à leur disposition claire dans le
montage expérimental, les différents composants peuvent être
associés directement aux phases de transformation subies par
le fluide dans le cycle thermodynamique de la pompe à chaleur.
L'évaporateur et le condenseur sont conçus avec des tuyaux
en cuivre en serpentins et sont immergés chacun dans un bas-
sin d'eau qui sert de réservoir pour déterminer l'énergie ther-
mique absorbée ou libérée. Deux grands manomètres indi-
quent le niveau de pression du fluide frigorigène dans les deux
échangeurs thermiques. Deux thermomètres numériques per-
mettent de mesurer la température dans les deux bassins d'eau.
Des sondes de température à pince adaptée sont utilisées pour re-
lever la température dans les tuyaux en cuivre avant le compresseur
et avant la vanne de détente.
Le coefficient de performance du cycle thermodynamique idéa-
lisé peut être calculé à partir des enthalpies spécifiques h
et h
lues sur le diagramme de Mollier :
3
cond
h
q
2
(1)
w
h
2
à T
. Le travail
1
2
– h
= h
est fourni par
2
1
– h
cond
= h
2
3
à l'arrière et à l'avant
= p
et p
= p
4
1
3
2
avant le com-
1
avant la vanne de détente.
3
h
3
h
1
par unité
= h
).
Fig. 2: Représentation schématique de la pompe à chaleur
4
3
avec un compresseur (1, 2), un condenseur (2, 3), un
détendeur (3, 4) et un évaporateur (4, 1)
Fig. 3: Représentation sur un diagramme de Mollier du cycle
thermodynamique idéalisé de la pompe à chaleur
Une fois qu'on a déterminé les enthalpies h
modynamique idéalisé ainsi que la quantité de chaleur Q
envoyée par intervalle de temps
on peut évaluer le débit massique du fluide :
m
(2)
t
LISTE DES APPAREILS
1
Pompe à chaleur D @230V
ou
1
Pompe à chaleur D @115V
, h
1
2
4
Sonde de température NTC
avec pince de mesure
1
VinciLab
1
Coach 7,
licence université 5 ans
2 / 8
3B SCIENTIFIC® PHYSICS EXPERIMENT
au réservoir d'eau chaude,
cond
Q
1
t
h
h
2
3
1000820 (U8440600-230)
1000819 (U8440600-115)
1021797 (U8558010)
1021477 (UCMA-001)
1021524 (UCMA-185U)
et h
du cycle ther-
2
3
cond
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