Bibliographie & annexes
Présentation
RÉSUMÉ
Le comportement des mélanges diffère profondément de celui des corps purs, du fait que la pression et la température ne restent pas constantes lors des changements d'état. Dans cet article, nous expliquons ce phénomène dans une première partie, avant de fournir des exemples de diagrammes de mélanges et d'y représenter trois types de cycles. La troisième partie traite quant à elle des mélanges utilisés dans les cycles à absorption.
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Renaud GICQUEL : Professeur à l’École des mines de Paris - Directeur du Centre d’énergétique
INTRODUCTION
Cet article et le suivant Diagrammes thermodynamiques- Mélanges humides et combustion font suite aux articles Diagrammes thermodynamiques- Généralités et Diagrammes thermodynamiques- Fluides purs, azéotropes et gaz idéaux dans lesquels ont été présentés les diagrammes relatifs aux corps purs et aux mélanges azéotropiques. Ils traitent des diagrammes utilisés pour représenter les propriétés des mélanges de fluides thermodynamiques les plus employés dans les divers domaines d’application du génie énergétique, à l’exception de la cryogénie, qui ne sera pas abordée ici. Dans la totalité des cas, sauf pour la partie relative à la combustion (dans Diagrammes thermodynamiques- Mélanges humides et combustion), les mélanges considérés dans ces articles sont non réactifs.
L’article BE 8 042 est composé de deux parties correspondant à des domaines d’application distincts :
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l’étude des diagrammes des fluides frigorigènes dits à glissement de température, extension, pour des mélanges de vapeurs de composition fixée, des diagrammes présentés dans le paragraphe 1 de l’article [BE 8 041] ;
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la présentation des diagrammes utilisés pour analyser les cycles de réfrigération à absorption, mélanges de composition variable d’un sorbant et d’un réfrigérant (en pratique eau-ammoniac ou bromure de lithium-eau).
Enfin, précisons que cet article et le suivant font, avec l’autorisation des Presses de l’École des mines de Paris, de très larges emprunts aux ouvrages de l’auteur intitulés « Systèmes Énergétiques ». Les notations sont celles de ces livres, à quelques variantes près effectuées par souci d’homogénéité avec d’autres articles des Techniques de l’Ingénieur.
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MOTS-CLÉS
Diagrammes Fluides thermodynamiques Réfrigération Cycles organiques de Rankine Conversion de l'énergie Machines thermiques
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- Version courante de oct. 2015 par Renaud GICQUEL
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Diagrammes utilisés pour les cycles de réfrigération à absorption2. Diagrammes des fluides frigorigènes à glissement de température
Par exemple, pour les applications frigorifiques, la composition d’un mélange frigorigène reste invariable dans les phases vapeur et liquide (si l’on néglige l’influence de l’huile de lubrification). Dans la zone d’équilibre liquide-vapeur, ce n’est plus strictement vrai, mais on peut cependant presque toujours se dispenser de calculer avec précision la composition exacte de la phase gazeuse et de la phase liquide en sortie de détendeur et dans l’évaporateur. Par analogie avec les corps purs, on généralise la notion de titre en vapeur par celle de titre moyen, égal à la masse de la phase vapeur, tous constituants confondus, rapportée à la masse totale des phases liquide et vapeur. On peut alors se contenter d’un modèle du mélange à composition fixée, beaucoup plus simple. Une équation numériquement ajustée sur les valeurs expérimentales d’un mélange donné sera ainsi à la fois beaucoup plus précise et plus facile à calculer que la formulation générale que nous venons de voir. Par ailleurs, des équations d’état ont été spécifiquement développées pour ces applications ; le lecteur en trouvera les références dans la littérature spécialisée.
Avant de présenter les diagrammes usuels relatifs à deux fluides, le R 404A et le R 407C, commençons par expliquer pourquoi les mélanges présentent de l’intérêt pour la réfrigération.
2.1 Fluides de remplacement des CFC
Les premiers cycles de réfrigération qui ont été réalisés vers 1875 utilisaient des fluides comme l’ammoniac, le dioxyde de soufre ou le gaz carbonique. Par la suite, dans la première moitié du XXe siècle sont apparus de nouveaux fluides dérivés chlorofluorés du méthane et de l’éthane (les chlorofluorocarbones CFC) et les hydrochlorofluorocarbones (HCFC). Pour des raisons multiples, tant techniques (performances thermodynamiques, compatibilité avec les huiles, joints, métaux, pressions acceptables...) que d’acceptabilité sociale (faibles inflammabilité et toxicité...), ces fluides se sont imposés jusque dans les années 1990 pour les cycles de réfrigération à compression de vapeur, à l’exception de l’ammoniac, toujours utilisé dans les installations industrielles, notamment agroalimentaires. En particulier, un CFC et un HCFC, le R 12 (CCl2 F2)...
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Diagrammes des fluides frigorigènes à glissement de température
BIBLIOGRAPHIE
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(1) - REID (R.C.), PRAUSNITZ (J.M.), POLING (B.E.) - The properties of gases and liquids, - 4th Edition, McGraw-Hill (1987).
-
(2) - CLAUDEL (B.) - Propriétés thermodynamiques des fluides. - Propriétés thermodynamiques des fluides, Techniques de l’Ingénieur, traité Génie énergétique (1996).
-
(3) - DUMINIL (M.) - Machines thermofrigorifiques. - , , , Doc. B 9 733, , et , Techniques de l’Ingénieur, traité Génie énergétique (1996).
-
(4) - ASHRAE - Fundamentals Handbook (SI) Thermophysical properties of refrigerants - (2001).
-
(5) - ZIEGLER (B.), TREPP (Ch.) - Equation of state for ammonia-water mixtures, - Revue Internationale du Froid, Vol. 7, No 2, Butterworth, mars 1984.
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(6) - GICQUEL (R.) - Systèmes énergétiques, - ...
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