Le Cycle Frigorifique – Page 1

La production de froid ne date pas d’hier puisque déjà en 1600 des scientifiques se sont aperçus qu’un mélange de neige et de sel abaissait suffisamment la température de l’eau pour former de la glace. La première machine de réfrigération à compression a vu le jour à Londres en 1834 et son inventeur est Jacobs Perkins. Il s’est servi de l’éther comme réfrigérant. C’est en 1931 que l’industrie du froid connaît un bond majeur avec l’arrivée des gaz réfrigérants R12, R22 (en 1935) et R502 (en 1961), puis la réglementation évoluant, de nouveaux gaz sont apparus au fil des années (exemple du R134 vers 1993).

Il y a deux procédés de production du froid :

• le procédé purement physique : changement d’état avec compression puis détente
• le procédé physico-chimique : échange de chaleur mis en jeu par l’absorption ou la désorption d’un gaz dans un liquide

Nous développerons uniquement le procédé par compression qui est le plus performant et le plus utilisé de nos jours.

Principe du système à compression

Avant d’aller plus loin dans les explications techniques, il faut que je vous donne des notions de physique indispensables à la compréhension du système. Tous les fluides (eau, fréon, etc.) ont des particularités, et celles qui nous intéressent sont :

• la relation qui existe entre pression et température du fluide
• leur chaleur latente et sensible
• leur capacité à se condenser et s’évaporer facilement

La chaleur sensible (ou capacité calorifique) c’est l’augmentation, ou la diminution, de la température d’un fluide sans changement de son état lorsque l’on injecte une certaine quantité d’énergie en son sein. La chaleur latente c’est l’absorption, ou la diminution, de la quantité d’énergie calorifique, sans augmentation de température mais avec un changement d’état du fluide. La chaleur latente d’un fluide est supérieure à sa chaleur sensible.

Exemple pour l’eau à pression atmosphérique :

• chaleur sensible : 115.3 W.h/kg
• chaleur latente : 627.3 W.h/kg

Il existe plusieurs états physiques ou phases physiques : état solide, liquide et gazeux.

La relation pression-température

Tout le monde sait que l’eau bout à 100 °C sous la pression atmosphérique normale (1013 mbar). Mais si l’on fait bouillir de l’eau au sommet du Mont-Blanc (4810 m), la température d’ébullition de l’eau est seulement de 85 °C. Pour chaque corps, il existe une relation précise entre pression et température d’ébullition et on peut la tracer. Il existe aussi une correspondance entre la température de fusion et la pression, ce qu’on peut visualiser sur le diagramme suivant. Le point de rencontre entre les courbes s’appelle le point triple, c’est uniquement en ce point précis que le fluide peut se trouver dans les 3 états simultanément :

La chaleur totale emmagasinée par un corps se concrétise par la chaleur sensible (liée à la température) et la chaleur latente (à état physique). L’addition des deux nous donne l’enthalpie, une grandeur qui sert à déterminer la chaleur donnée ou reprise à un corps. Si on applique tout ça (pression, température, état physique et enthalpie) dans un diagramme, on obtient un diagramme de Mollier, en ce qui nous concerne le diagramme du R290 :