TP Thermo Pompe a Chaleur

TP Thermo Pompe a Chaleur

LE FLOCH Ronan Aér02-A 229-A Département d’énergétique TP N02 Mesure du coefficient de performance et TRACE DU CYCLE THERMODYNAMIQuE D’UNE POMPE A CHALEUR (Module En 21) or 8 Sni* to View Cours de M. Bouguechal (Edition 2010 – 2011) INSTITUT POLYTECHNIQUE DES SCIENCES AVANCEES T. P N02 ÉTUDE D’UNE POMPE A CHALEUR / TRACE D’UN CYCLE THERMODYNAMIQUE sondes de température destinées à la mesure de la température sur le tuyau en cuivre pour la circulation du réfrigérant. 3 Manomètre dans la partie basse pression; échelle intérieure pour la mesure de la pression de -1 à +10 bars, échelle xtérieure avec température des points de rosée pour RI 34a de -60 oc à +40 oc. 14 Manomètre dans la partie haute pression; échelle intérieure: pression de -1 à +30 bars, échelle extérieure avec température des points de rosée pour R 134a de -60 oc à + 850C. Réservoir d’eau froide, 5 1, à marque bleue avec deux olives tubulaires pour le raccordement d’un circuit d’eau externe; échelle intérieure graduée en litres.

Réservoir d’eau chaude, 5 1, à marque rouge avec deux olives tubulaires pour le raccordement d’un circuit deau externe; pompe à chaleur avec instruments pour la mesure de la empérature et de

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la puissance Fonctionnement Une pompe à chaleur prélève de la chaleur d’un réservoir de température Tl pour la délivrer à un réservoir de température T2. L’écart de température (Tl -T2) entre les deux réseN0irs en est ainsi accentué.

Le transfert de chaleur se fait par un réfrigérant RI 34a qui absorbe de la chaleur en s’évaporant et la délivre ? nouveau en se condensant. Les réservoirs de chaleur sont des récipients remplis d’eau dans lesquels sont immergés les deux «echangeurs thermiques» 3 et 7. Le réfrigérant gazeux est comprimé par le compresseur 1 tout en étant fortem hermiques» 3 et 7. étant fortement chauffé. Il refroidit dans le serpentin en cuivre 3 du condenseur et se condense tout en délivrant sa chaleur de condensation à l’eau du réservoir d’eau chaude.

Le réfrigérant liquéfié mais encore traversé de bulles de gaz est filtré dans l’«épurateur» 4. Celui-ci agit simultanément comme «collecteur»: il se forme à l’intérieur un niveau de liquide qu assure une alimentation en liquide sans bulles pour la vanne de détente 5. La vanne de détente ( détendeur ) dose le réfrigérant délivré à l’évaporateur 7 où il est à basse pression, il s’évapore tout n se refroidissant considérablement et en prélevant ainsi de la chaleur du réservoir d’eau froide. réfrigérant désormais à nouveau gazeux est aspiré par le compresseur où tout recommence depuis le début. La vanne de détente 5 protège le compresseur contre les «Attaques du liquide», c. -à-d. l’aspiration d’un réfrigérant liquide à laquelle succède la destruction du compresseur. L’amenée du réfrigérant à l’évaporateur est en effet régulée par une sonde de température 6 (d’où la désignation plus précise de «vanne de détente thermostatique»).

L’écart de température entre les tubes d’arrlvée et de sortie de ‘évaporateur sert de grandeur réglée. Si cette dernière tombe en-dessous d’une valeur précise réglée sur la vanne de détente – par ex. parce que l’alimentation en chaleur pour Févaporateur ne suffit pas -, l’ap par ex. parce que l’alimentation en chaleur pour l’évaporateur ne suffit pas -, l’apport de réfrigérant est alors réduit. Le manostat A met le compresseur hors service lorsque la pression côté condenseur est supérieure à 16 bars (réglage sur l’échelle de gauche).

Cela peut arriver en cas de surchauffe (T 2 > 60 oc) du condenseur 3 suite à un fonctionnement sans réservoir ‘eau. Le compresseur ne se remet en marche que lorsque la pression est tombée à la valeur (9 bars) réglée sur l’échelle de droite, en dessous de la pression de coupure. Le tuyau en serpentin 9 à Ventrée et à la sortie du compresseur empêche les vibrations du compresseur de se répercuter sur tout l’appareil.

Appareil de mesure de l’énergie consommée 1 joulemètre et wattmètre avec boîte d’alimentation et câbles de sécurité Montage expérimental Etablir les connexions requises entre les réservoirs d’eau et le circuit d’eau externe sinon relier entre elles l’olive supérieure t l’olive inférieure de chacun des réservoirs par des bouts de tuyaux. Remplir les réservolrs d’eau jusqu’à la marque de 4 1, rabattre les plaques 2 et 8, mettre les réservoirs d’eau en position expérimentale puis les poser sur les plaques ramenées ? l’horizontale.

Fixer les porte-thermomètres au tuyau en cuivre au-dessus du condenseur 3 et de l’évaporateur 7 puis insérer les sondes de température dans les petits tubes en plastique des portes thermomètres. En cas d’utilisation d’un thermomètre en verre, prudemment (! ) placer PAGF plastique des portes thermomètres. En cas d’utilisation d’un hermomètre en verre, prudemment (! ) placer celui-ci dans la pince au lieu de le mettre dans le tube en plastique après avoir fixé la pince au tuyau en cuivre.

Le joulemètre et wattmètre est un multimètre universel avec appareil de mesure de la puissance,. La gamme de puissance s’étend sur 12 décades de nW à kW 1 Affichage de la valeur numérique 2 Affichage de l’unité 3 Bouton-poussoir t START/STOP, avec LED d’état 4 Bouton-poussoir OUTPUT, avec deux LEDs d’état 5 Prise de raccordement 6 Sortie, sur douilles de sécurité de 4 mm 7 Entrée, sur douilles de sécurité de 4 mm Port USB 9 Bouton-poussoir RANGE, avec LED d’état 10 Bouton-poussoir U, Evolution de la température dans les réservoirs d’eau rouge et bleu en fonction du temps.

Puissance du compresseur: P = 127 W Indice de performance e en fonction de l’écart de température entre le réservoir d’eau chaude et celui d’eau froide. du compresseur. Durant l’expérience, ne jamais cesser d’agiter l’eau dans les deux réservoirs sans endommager les thermomètres.

Exploitation L’indice de performance e de la pompe à chaleur est défini comme étant le rapport de la quantité de chaleur A Q délivrée au éservoir d’eau chaude par unité de temps A t sur la puissance du compresseur: e-AQ/(PAt) On a donc AQ -mc(T2-T’2) Avec cz 4,185 103J kg-10C-1 Capacité calorifique massique de l’eau m = Masse de Veau = 4 kg Si on néglige les pertes de chaleur dans l’environnement, la pente ( T2-T2 ) (t)/ At(s) d’une tangente est proportionnelle au diagramme T2 (t) de la puissance thermique de la pompe à chaleur.

Le résultat de rexploitation est représenté. L’indice de performance e (A T) diminue au fur et à mesure que l’écart de température A T = T2-T1 entre le condenseur et l’évaporateur augmente (voir figure) parce que e diagramme T2 (t) s’aplatit pour un écart de température croissant. A des températures élevées, les pertes de chaleur par évaporation d’eau, émission et conduction thermiques du compresseur et du tuyau entre le compresseur et le condenseur contribuent à cet aplatissement du diagramme; leur influence ne peut être saisie quantitativement. ?changées sous forme de travail ou de chaleur : W, QI et Q2. Premier principe de la thermodynamique général : A tout système fermé, est associée une fonction LJ ne dépendant que de ses variables d’état caractérisant le système (P, V, T et el que pour toute transformation élémentaire réelle, on a dlJ – 6Q + SW quantité de chaleur échangée pendant la transformation travail échangée pendant la transformation : fonction énergie interne du système ; c’est une fonction d’état.

Equation appliquée à un cycle : du = 6Q + O 21 Donner l’expression des quantités de chaleur échangées QI et Q2 en fonction de la masse d’eau dans le seau m, de la capacité calorifique de l’eau Ce et de la différence de température (T – TO), TO étant la température initiale de l’eau. L’expression des quantités de chaleur échangées sont : Avec : / Ecrire le deuxième principe de la thermodynamique sur un cycle et on utilisera les expressions des quantités de chaleurs en fonctions des températures de la source chaude et de la source froide. lle est plus économique et permet de transformer le froid en chaud plutôt que de seulement réchauffer la pièce ! B/ Manipulation Allumer la pompe à chaleur et déclenchez le chronomètre et relevez une fois toutes les minutes les températures des sources froide et chaude. N’oubliez pas de mesurer la température initiale des deux sources Temps (min) Tl (oc) Energie (kJ) 19 2 18 21 17 22 4 16 24