Cycles frigorifiques : Principes généraux, COP, EER, diagramme P-h, irréversibilités

 

I. Le diagramme pression-Enthalpie (P-h)

Dans l’étude des cycles frigorifiques, le diagramme pression-Enthalpie, couramment appelé diagramme P-h, diagramme enthalpique ou diagramme de Mollier, occupe une place centrale.

 

I.1. Pourquoi le diagramme P-h est central en froid

Le cycle frigorifique à compression de vapeur repose sur des transformations où pression, température, état physique du fluide et contenu énergétique évoluent simultanément.

 

I.2. Axes du diagramme

Comme son nom l’indique, le diagramme P-h met en relation la pression P et l’enthalpie massique h du Fluide frigorigène.

 

I.3. Courbe de saturation et zones caractéristiques

L’élément graphique le plus important du diagramme P-h est la courbe de saturation, souvent représentée sous la forme d’une cloche. Cette cloche sépare les différentes zones d’état du fluide.

 

I.4. Autres données lisibles : Titre massique, Température et Entropie

Le diagramme P-h ne permet pas seulement de lire la pression et l’enthalpie : il peut aussi servir à repérer d’autres grandeurs importantes comme la température, le titre massique de vapeur (défini précédemment) ainsi que l’entropie.

En revanche, contrairement à la pression et à l’enthalpie, ces grandeurs ne correspondent pas aux axes du diagramme et leur lecture est donc moins directe.

 

I.5. Représentation des états du cycle

Dans un cycle frigorifique simple, il est courant de repérer quatre états caractéristiques (numérotés 1, 2, 3 et 4, comme nous l’avons vu précédemment). Ces repères facilitent la lecture thermodynamique et les bilans énergétiques.

 

I.6. Représentation des transformations principales

Une fois les points du cycle identifiés, on peut représenter les principales transformations subies par le fluide.

 

I.7. Intérêt du diagramme pour le calcul

Le diagramme P-h ne sert pas seulement à visualiser un cycle : il permet aussi d’estimer les grandeurs énergétiques associées.

Dès lors que les points 1, 2, 3 et 4 sont identifiés, on peut lire ou déterminer les enthalpies massiques correspondantes.

 

I.8. Intérêt du diagramme pour le diagnostic

L’un des grands intérêts du diagramme P-h est qu’il ne se limite pas aux calculs de conception. Il constitue également un support très utile pour l’analyse d’une installation réelle.