Les caractéristiques d'un réfrigérant peuvent être illustrées dans un diagramme en utilisant les propriétés principales en abscisse et en ordonnée.
Pour les systèmes de réfrigération, les propriétés principales sont normalement choisies comme le contenu énergétique et la pression. Le contenu énergétique est représenté par la propriété thermodynamique de l'enthalpie spécifique – quantifiant le changement du contenu énergétique par unité de masse du réfrigérant lorsqu'il subit des processus dans un système de réfrigération.
Un exemple de diagramme basé sur l’enthalpie spécifique (abscisse) et la pression (ordonnée) peut être vu ci-dessus. Pour un réfrigérant, l’intervalle de pression généralement applicable est grand – et par conséquent les diagrammes utilisent une échelle logarithmique pour la pression.
Le diagramme est disposé de manière à afficher les régions liquide, vapeur et mélange du réfrigérant. Le liquide se trouve à gauche (à faible contenu énergétique) – la vapeur à droite (à fort contenu énergétique). Entre les deux, vous trouvez la région de mélange. Les régions sont délimitées par une courbe appelée courbe de saturation. Les processus fondamentaux d'évaporation et de condensation sont illustrés.
L'idée d'utiliser un diagramme de réfrigérant est qu'il permet de représenter les processus dans le système de réfrigération de telle manière que l'analyse et l'évaluation du processus deviennent faciles.
En utilisant un diagramme déterminant les conditions de fonctionnement du système (températures et pressions), la capacité frigorifique du système peut être trouvée de manière relativement simple et rapide. Les diagrammes sont toujours utilisés comme principal outil d’analyse des processus de réfrigération. Cependant, un certain nombre de programmes PC capables d’effectuer la même analyse plus rapidement et avec plus de détails sont désormais largement disponibles.
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Processus de réfrigération, diagramme pression/enthalpie
- tc = température de condensation
- pc = pression de condensation
- tl = température du liquide
- t0 = température d'évaporation
- p0 = pression d'évaporation
Le réfrigérant condensé dans le condenseur est dans l'état A qui se trouve sur la ligne du point d'ébullition du liquide. Le liquide a ainsi une température tc, une pression pc aussi appelée température et pression saturées.
Le liquide condensé dans le condenseur est encore refroidi dans le condenseur jusqu'à une température A1 inférieure et a maintenant une température tl et une enthalpie h0. Le liquide est maintenant sous-refroidi, ce qui signifie qu'il est refroidi à une température inférieure à la température de saturation.
Le liquide condensé dans le récepteur est dans la condition A1 qui est un liquide sous-refroidi. Cette température du liquide peut changer si le récepteur et le liquide sont chauffés ou refroidis par la température ambiante. Si le liquide est refroidi, le sous-refroidissement augmentera et vice versa.
Lorsque le liquide passe à travers le détendeur, son état passe de A1 à B. Ce changement conditionnel est provoqué par le liquide bouillant en raison de la chute de pression jusqu'à p0. Dans le même temps, un point d’ébullition plus bas, t0, est produit en raison de la chute de pression.
Dans le détendeur, l'enthalpie est constante h0, car la chaleur n'est ni appliquée ni évacuée.
A l'entrée de l'évaporateur, au point B, il y a un mélange de liquide et de vapeur tandis que dans l'évaporateur en C, il y a de la vapeur saturée. A la sortie de l'évaporateur 4. Processus de réfrigération, diagramme pression/enthalpie point C1, il y a de la vapeur surchauffée, ce qui signifie que les gaz aspirés sont chauffés à une température supérieure à la température saturée. La pression et la température sont les mêmes au point B et au point de sortie C1 où le gaz est surchauffé, l'évaporateur a absorbé la chaleur de l'environnement et l'enthalpie est passée à h1.
Lorsque le réfrigérant traverse le compresseur, son état passe de C1 à D. La pression monte jusqu'à la pression de condensation pc. La température s'élève jusqu'au gaz chaud qui est supérieure à la température de condensation tc car la vapeur a été fortement surchauffée. Plus d'énergie (provenant du moteur électrique) sous forme de chaleur a également été introduite et l'enthalpie passe donc à h2.
A l'entrée du condenseur, point D, on est donc dans un état de vapeur surchauffée à pression pc. La chaleur est dégagée du condenseur vers l'environnement, de sorte que l'enthalpie passe à nouveau au point principal A1. Dans le condenseur se produit d'abord un passage conditionnel de la vapeur fortement surchauffée à la vapeur saturée (point E), puis une condensation de la vapeur saturée. Du point E au point A, la température (température de condensation) reste la même, dans la mesure où la condensation et l'évaporation se produisent à température constante. Du point A au point A1 dans le condenseur, le liquide condensé est encore refroidi, mais la pression reste la même et le liquide est maintenant sous-refroidi.
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FREQUENTLY ASKED QUESTIONS
A logarithmic scale is used for pressure in refrigerant diagrams because the typically applicable interval for pressure is large. This allows for a more detailed representation of the pressure range, making it easier to analyze and evaluate the refrigeration process.
Specific enthalpy is a critical property in refrigerant diagrams as it represents the energy content of the refrigerant per unit mass. By plotting specific enthalpy against pressure, refrigerant diagrams can illustrate the changes in energy content of the refrigerant as it undergoes various processes in a refrigeration system, such as compression, expansion, and heat transfer.
Refrigerant diagrams facilitate analysis and evaluation of refrigeration systems by providing a visual representation of the refrigeration process. By plotting the primary properties of the refrigerant, such as energy content and pressure, refrigerant diagrams enable engineers to identify key points in the process, such as the compression and expansion stages, and analyze the performance of the system.
Refrigerant diagrams can be used to analyze and evaluate various types of refrigeration systems, including vapor-compression refrigeration systems, absorption refrigeration systems, and cryogenic refrigeration systems. The diagrams can be tailored to the specific refrigerant and system configuration, making them a versatile tool for refrigeration system design and optimization.
Refrigerant diagrams can be used in conjunction with other tools, such as thermodynamic models and simulation software, to optimize refrigeration system performance. By combining the visual representation of the refrigeration process provided by the diagram with detailed thermodynamic analysis and simulation results, engineers can identify opportunities for system optimization and improve overall system efficiency.
