La chaleur de compression

Le cycle de réfrigération

Un cycle frigorifique est un cycle thermodynamique capable de transférer la chaleur d'un milieu à basse température (T2) vers un milieu à température plus élevée (T1). Le cycle thermique d'un réfrigérateur est basé sur les changements d'état d'un fluide, changements dus aux variations de température, de pression et de volume. Pour que les changements d'état aient lieu, il doit y avoir un transfert d'énergétique sous forme de chaleur. Le fonctionnement du cycle de réfrigération et l’évacuation de la chaleur d'un environnement à basse température vers un environnement à température plus élevée dépendent d’un travail de compression.

Au point AI, le réfrigérant est à l'état liquide sous-refroidi à la sortie du condenseur. Le fluide entre dans la vanne de laminage et subit une transformation isohalpique qui diminue sa pression et sa température.

A^I - B expansion du fluide à travers la vanne.
La détente est adiabatique et isoentalpique (sans échange de chaleur avec l'extérieur et à enthalpie constante).
Dans l'évaporateur, le liquide achève son changement d'état en se vaporisant et passe de l'état liquide à l'état gazeux.

Transformation B - C à pression et température constantes dans l'évaporateur.
La vaporisation est isotherme et isobare et le réfrigérant absorbe une grande quantité de chaleur (Q2) de l'environnement, ce qui le refroidit.

Au point C, le fluide passe à l'état de vapeur saturée.

Du point C à C^I, la vapeur est surchauffée afin d'évaporer les gouttelettes de liquide restantes.
À la sortie de l'évaporateur, la vapeur est aspirée par le compresseur et comprimée, ce qui entraîne une augmentation de la pression et de la température. La compression nécessite une certaine énergie externe (travail Lc), correspondant au travail mécanique du compresseur (chaleur de compression).

C^I - D compression adiabatique (sans échange de chaleur avec l'extérieur) dans le compresseur.
Au cours de cette étape, il y a une augmentation importante de la température et de la pression du fluide.

Au point D, le fluide frigorigène est dans le domaine des vapeurs surchauffées. Le gaz surchauffé et à haute pression passe du compresseur au condenseur. Là, sous l'effet du fluide de refroidissement (air ou eau), le gaz commence à céder sa chaleur. Il se produit d'abord une chute de température due à la dissipation de la fraction de chaleur sensible (sans changement d'état) sur la courbe (D - E).

Cette phase est suivie par la condensation du fluide, c'est-à-dire le changement d'état de vapeur à liquide saturé (E - A).
Le fluide est refroidi par une transformation isobare.

Un sous-refroidissement A - A^I a lieu afin d'obtenir un effet de refroidissement plus important.