Un système frigorifique se définit toujours par rapport à ces températures de fonctionnement. La température de condensation qui dépend de la température du médium de condensation de l'air ou de l'eau. La température d'évaporation qui dépend de la température de conservation et de l'humidité relative.

La température de l'air extérieur est de + 20 °C
Le Dq total du condenseur est de 10 °C (donnée constructeur issue de la sélection du condenseur).
Il est impératif de choisir un condenseur avec un Dq total le plus faible possible pour avoir une consommation énergétique la plus faible possible.
Pour déterminer la température de condensation (qk) il suffit d'appliquer la formule suivante :
Température de condensation (qk) = Température de l'air extérieure + Dq total du condenseur
qk = ( + 20 ) + 10 = + 30 °C

La température intérieure de la chambre froide est de - 5 °C
L'humidité relative de la chambre froide à maintenir est de 90 % ce qui correspond à un Dq total de 5 °C. Pour la sélection de l'évaporateur, il faudra choisir ce Dq total afin de maintenir la bonne humidité relative.
La température d'évaporation (qo) sera donc de :
Température d'évaporation (qo) = Température de la chambre froide - Dq total à l'évaporateur
qo = ( - 5 ) - 5 = - 10 °C

Les vapeurs saturées, en fin d'évaporation, sont surchauffées pour garantir 100 % de vapeurs à l'entrée du compresseur et éviter ainsi des coups de liquide. Cette surchauffe est assurée par le détendeur thermostatique. On l'appelle surchauffe fonctionnelle au détendeur.

La surchauffe est de 5 °C (valeur usuelle généralement mesurée)
La température au point 9 sera donc de :
q9 = qo + 5 °C
q9 = ( - 10 ) + 5 = - 5 °C

La surchauffe des vapeurs dans la ligne d'aspiration est de : 10 °C. Cette valeur correspond à une moyenne généralement relevée sur les installation dont la ligne d'aspiration est calorifugée.

La température au point 1 sera donc de :
q1 = q9 + 10 °C
q1 = ( - 5 ) + 10 = + 5 °C

Si on additionne la surchauffe fonctionnelle et la surchauffe de la ligne d'aspiration, on trouve la surchauffe totale de la machine frigorifique. (ici surchauffe totale = 15°C)

La température au point 3 est de :
q3 = + 48 °C

Les vapeurs surchauffées entrent dans le condenseur qui se scinde en trois zones...
La zone de désurchauffe du point 3 vers le point 4.
La zone de condensation du point 4 vers le point 5.
q4 = q5 = + 30 °C

La troisième zone du condenseur est la zone de sous refroidissement.
Le sous refroidissement peut être plus ou moins important et il est très utile au fonctionnement du système et permet d'alimenter le détendeur en 100% liquide.
Le sous refroidissement est généralement fixé à 5 °C. Cette valeur permet en effet un fonctionnement correct pour la plus part des sytèmes.

q6 = q5 - 5 °C
q6 = ( + 30 ) - 5 = + 25 °C

Le liquide sortant du condenseur subit un refroidissement entre la sortie du condenseur et l'entrée du détendeur. La ligne liquide n'est pas calorifugée car ce sous-refroidissement est bénéfique pour le système frigorifique.

le refroidissement généralement relevé est de 5 °C.
q7 = q6 - 5 °C = 20°C

La détente est adiabatique. Donc, l'enthalpie du point 7 est égale à l'enthalpie du point 8. On parle aussi de détente isenthalpe.

La température au point 8 est de :
q8 = - 10 °C

L'évaporation s'eefectue du point 8 jusqu'au point 9.

On obtient ainsi le cycle frigorifique.

Maintenant, on peut déterminer les caractéristiques de tous les points.

Exploitation du cycle frigorifique :

Exemple :

Fluide frigorigène : R 134a
Température d’évaporation : - 15°C
Température de condensation : + 30°C
Surchauffe fonctionnelle : 5°C
Surchauffe dans la ligne d’aspiration : 10°C
Température du fluide à l’entrée du condenseur : + 40°C
Température du fluide à la sortie du condenseur : + 30°C
Sous refroidissement dans la ligne liquide : 5°C
Température entrée d’eau condenseur : +24°C
Température sortie d’eau condenseur : +35°C
Température entrée d’eau évaporateur : -5°C
Température sortie d’eau évaporateur : -10°C
Compression isentropique
Puissance frigorifique : 10 kW
Rendement indiqué : 0.80
Rendement mécanique : 0.85
Rendement de transmission : 0.90
Rendement électrique : 0.85

On vous demande de trouver les valeurs des paramètres suivants :

Débit masse de fluide frigorigène en circulation
Volume de fluide aspiré par le compresseur
Volume de fluide balayé par le compresseur
Puissance à fournir sur l’arbre du compresseur
Puissance utile du moteur électrique
Puissance absorbée par le moteur électrique
Coefficient de performance frigorifique
Coefficient de performance de Carnot
Rendement de l’installation
Puissance rejeté au condenseur

Le débit masse de fluide frigorigène en circulation :
qm = fo / Dho
qm = 10 / ( 395,69 - 234,32 )
qm = 0,062 kg / s

Le volume de fluide aspiré par le compresseur :
V a = qm . v " . 3600
V a = 0,062. 0,1064. 3600
V a = 23,74 m³/ h

Le volume de fluide balayé par le compresseur
t = Pk / Po
t = 3,86

h v = 1 - 0,05t
h v = 1 - 0,05 . 3,86 = 0,806

V b = V a / h v
V b = 22,64 / 0,806
V b = 28,07 m³/ h

La puissance à fournir sur l’arbre du compresseur :
P = qm . Dhc / hi . hm
P = 0,079 ( 382,00 - 356,35 ) / 0,80 . 0,85
P = 2,98 kW

La puissance utile du moteur électrique :
P u = P / h tr
P u = 2,98 / 0,90
P u = 3,31 kW

La puissance absorbée par le moteur électrique :
P a = P u / hel
P a = 3,31 / 0,85
P a = 3,89 kW

Le coefficient de performance frigorifique :
ef = fo / Pa
ef = 10/ 3,89
ef = 2,56

Le coefficient de performance de Carnot :
ec = To / Tk - To
ec = 263 / ( 308 - 263 )
ec = 5,84

Le rendement de l’installation :
h = ef / ec
h = 2,56 / 5.84
h = 0,438

La puissance rejeté au condenseur :
f k = qm . Dhk
f k = 0,079 . ( 369,18 - 228,56 )
f k = 11,11 kW