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Diagramme de Mollier expliqué aux Néophytes

Aérothermie - Géothermie par capteurs horizontaux ou verticaux, eau ou fluide - Géothermie sur nappe phréatique

Diagramme de Mollier expliqué aux Néophytes

Messagepar ummolae » Sam Aoû 16, 2008 4:50 pm

Ci-dessous le diagramme de fonctionnement d'une Pompe à chaleur, cela pourra peut être faire comprendre aux néophytes comment cela fonctionne et surtout savoir ce que les expressions techniques rencontrées veulent dire.
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Messagepar chriis45 » Sam Aoû 16, 2008 5:39 pm

bonjour...
heuuuu je pense qu'un neophyte ne sera pas plus avancé avec ce joli diagrame;
c'est quoi la courbe rouge? je suppose que h en absice c'est la température? d'ou sortes les points de la courbe bleu qui ne sont pas en intersection avec la rouge???
enfin....
pour te dire j'ai fait tout ça ya plus de 20 ans en TP à l'IUT, et quand je la regarde.. ben je suis pas plus avancé...
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Messagepar stephk » Sam Aoû 16, 2008 5:55 pm

La courbe rouge, est la courbe de saturation, elle représente la zone de changement d'état du fluide en vapeur à droite et liquide à gauche.

H: c'est l'enthalpie du fluide en kj/kg

Les points du cycle bleu, sont les points caractéristique d'une machine frigorifique,

7: aspiration du Cp
3: refoulement du Cp
4: entrée du détendeur
6: sortie du détendeur
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Messagepar zondholz » Sam Aoû 16, 2008 5:59 pm

Bonjour
Souvenirs d'il y a plus de 40 ans
A l'nterieur de la courbe rouge tu est en vapeur saturee en gros gaz + goutelettes
A droite de la courbe tu est en phase gazeuse vapeur surchauffee
A gauche de la courbe tu est en phase liquide
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Messagepar ummolae » Sam Aoû 16, 2008 6:24 pm

Merci stephk
Exemple de courbe de saturation pour du R410a, en ordonnées les pressions de fonctionnement.
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Messagepar vile-coyote » Sam Aoû 16, 2008 6:51 pm

bonjour a tous,

alors une petite question idiote de néophyte,

j'ai bien vu les diagrammes de R410 et R407C,
finalement, le R407C, ne serait il pas plus intéressant pour le chauffage,
puisqu'il aurait tendance a chauffer plus en se détendant ?

enfin si j'ai bien compris les traits rouge quasi horizontaux du 410 et en pente du 407 ?
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Messagepar Flowice » Lun Aoû 18, 2008 10:08 pm

Bonsoir,

Le R-410A a une température de refoulement inutilement plus élevée que le R-407C pour le même régime mais ce n'est pas un inconvénient majeur si on l'utilise pour faire du chauffage avec un régime de température raisonnable. En gros, c'est 10 °C de plus pour un régime -5/+45°C en compression isentropique.
Le problème majeur du R-407C est le changement d'état avec glissement en température.

Le R-407C a été mis sur le marché avant le R-410A car il fallait très vite trouver un remplaçant au R22 et aussi utiliser les stocks de R-134a produits dont la recherche a beaucoup couté.

Lorsque l'on compare deux fluides frigorigènes, il ne faut pas s'arrêter sur un seul paramètre : il faut voir l'ensemble. Il faut prendre celui qui est moins mauvais car ces deux fluides ne sont pas très bons de toute façon que ce soit en terme de performance ou d'indice GWP.

Le R-410A a un avantage énorme c'est sa production frigorifique massique ou volumique; pour le régime cité c'est 36 % de fluide en circulation en moins pour une production équivalente.

Enfin, l'enthalpie en abscisse et la pression (log décimal) en ordonnée : diagramme log p = f(h).
L'enthalpie c'est en gros l'énergie emmagasinée depuis le 0 absolu ( -273,15 °C). Au zéro absolu (0 K), le niveau d'énergie est nul. Sur le diagramme l'enthalpie est massique .C'est l'énergie pour un kg de fluide en circulation.
Relative parce que par convention, on a pris h = 200 kJ/kg à 0 °C pour la température du liquide saturé (partie gauche de la courbe rouge).

A l'intérieur de la zone dite de saturation coexistent le liquide ET la vapeur.
En fait, tout fluide loin de son point critique présente lorsqu'il est saturé (liquide+vapeur) une correspondance entre sa pression et sa température :
Image
On voit bien les différentes zones mais un seul trait correspondant à l'équilibre liquide + vapeur.
Exemple de courbe de pression de vapeur pour deux fluides :
Image

Lorsque le fluide change d'état dans un sens vapeur > liquide vers la gauche ou inversement, il va céder de la chaleur (enthalpie) (de droite à gauche) ou en absorber (de gauche à droite) dans la zone de saturation. Ce transfert de chaleur se fait pour les fluides purs à température constante : on dit que l'échange se fait sous forme latent ("qui existe mais ne se voit pas ; caché").
La quantité de chaleur échangée étant très importante (ce qui nous interesse est relatif à ces changements d'état) : on a "ouvert" les courbes précédentes pour apprécier les changement d'énergie ou d'enthlapie au niveau du fluide.
C'est la représentation du diagramme classique log(p) ) = f(h) donc les paramètres sont ci dessous :
Image

Petite remarque : la production frigorifique précisée sur le cycle présenté par ummolae n'est pas la production frigorifique nette, celle de l'évaporateur mais la production frigorifique dite brute ou totale fournie par le travail du compresseur.
La production nette s'arrête un peu avant le point 1 au point 7 avec une écart (surchauffe) de 5 à 7 °C environ.
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Messagepar Chanbon » Mer Aoû 20, 2008 11:44 am

Bonjour, message mis en post-it :wink:
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Messagepar fredoche » Lun Oct 20, 2008 5:51 pm

Salut les frigoristes :grin:

C'est très intéressant, mais à vrai dire j'ai quand même du mal à répondre à une question que je me pose en regardant ces diagrammes, notamment celui du R410A. En gros, même après les efforts de flowice, c'est encore pas mal de l'hébreu.

Cela concerne l'altherma et un constat que j'ai pu faire ce WE.

Donc sans rentrer dans les détails, la régulation du départ eau se fait sur la notion d'inverter, et on fait varier la vitesse du compresseur, ou plutôt sa fréquence, donc j'imagine le débit de gaz sur les différents échangeurs.

Y'a t'il dans ces diagrammes quelque chose qui expliquerait que la pompe ne régule plus directement sur l'inverter dès lors qu'on lui demande une température de condensation inférieure à 30°C ? sachant que ces machines utilisent du R410A ?

Genre une pression minimum imposée par ces courbes ou bien par le compresseur et sa technologie ? Ou alors un minimum de débit (d'échange ?) du type de ce que je crois comprendre être l'enthalpie en abscisse ?

Ou alors je suis complètement à coté de la plaque ?

Pour ce qui est du constat: avant mise à jour du PCB des chaudières de mes althermas, ma machine a tourné pendant 2 ans avec une température de départ minimum de 30°C, et quelle que soit les conditions, à cette température de 30°C, l'inverter régulait en permanence pourvu qu'il y ait des besoins derrière.

Maintenant le température de départ mini est de 25°C. Seulement de 25°C à 30°C, la machine s'appuie à la fois sur l'inverter et sur une gestion temporelle de ses arrêts-démarrages, pour arriver je pense à une moyenne de température départ qui correspond à la consigne donnée. Au dessus de 30°C, retour à la normale et régulation inverter strictement identique à celle que je connaissais avant. Ca marche bien et je suis satisfait du résultat. C'est même un excellent progrès pour l'aspect "régulation de l'installation"

Mais je fais le constat qu'il y a une espèce de limite physique, ces 30°C coté condensation, et qui n'est peut être pas liée à l'inverter, peut être plus au R410A, puisque cette limite semble concerner tous les modèles quelle que soit la puissance.

Des avis sur ma question ?
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Messagepar babar » Lun Oct 20, 2008 8:29 pm

Salut

Je pense que c'est d'abord une histoire de débit de fluide frigo et de graissage des axes tournant car le compresseur est refroidit par le gaz aspiré et lubrifier par ca propre rotation, un débit de gaz mini est donc nécessaire. Mais le compresseur est une chose car en face nous avons le détendeur qui lui, comme son nom l'indique détend ce même gaz (bon du liquide en l'occurrence). Cependant le débit de gaz détendu va être fonction de la différence de pression entre la HP et la BP, plus le différentiel de pression est important et plus le débit est grand.

On a donc une relation entre la détente et la compression. La différence de pression est fonction des différentes source, froide est chaude, la température de chauffage va de ce fait être un facteur limitant.

La machine doit fonctionner jusqu'à la limite physique ce qui explique se fonctionnement étrange. La pression de condensation étant très faible (le compresseur est à ca vitesse limite, il ne peut descendre plus bas que cette vitesse prédéfinit sous peine de ne pas refroidir suffisamment le moteur et de ne pas lubrifier correctement ces paliers) le débit de fluide frigo diminue, le compresseur ne pouvant aspirer son volume fait diminuer la BP. La ventilation devrait accélérer pour essayer de conserver une pression stable mais ne permet pas d'augmenter le débit de fluide frigo. Par la suite une sécurité doit enclencher je pense.
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Messagepar Flowice » Lun Oct 20, 2008 10:46 pm

Bonjour,

« C'est très intéressant, mais à vrai dire j'ai quand même du mal à répondre à une question que je me pose en regardant ces diagrammes, notamment celui du R410A. En gros, même après les efforts de flowice, c'est encore pas mal de l'hébreu. »

Tâche difficile sur un forum d’expliquer le fonctionnement d’une machine frigorifique qui fait appel à la thermodynamique et la thermique des échangeurs !!

Dans un premier temps, on laisse la régulation de coté pour se pencher exclusivement sur ce qui se passe au niveau de l’échangeur condenseur par exemple (coté évaporateur c’est à peu près le même principe).

Le fluide frigorigène sort du compresseur à l’état de vapeurs surchauffées (80 °C par exemple ; j’ai bien dit exemple). Ces vapeurs ont été surchauffées par la compression dans le compresseur de la machine. En effet, pour retrouver le fluide à l’état liquide qui s’est vaporisé en prenant de la chaleur à l’évaporateur, il faut le réchauffer pour ensuite en le refroidissant (en enlevant de la chaleur) le liquéfier.
La pression résultant des forces que le fluide exerce sur les parois de l’échangeur est fonction du degré d’agitation moléculaire de ce fluide : donc de la température du fluide et du niveau de chaleur emmagasinée par le fluide c’est ce que l’on appelle l’enthalpie ; bien entendu, pour une masse constante de molécules en mouvement.

Plus le fluide est chaud et plus l’agitation est grande plus la pression est élevée ; en quelque sorte le fluide demande un volume plus grand (agitation intense) mais l'espace qui lui est offert reste constant (condenseur + tuyauteries).
La sortie du compresseur est l’endroit ou la température, la pression et l’enthalpie sont les plus élevées (donc intense agitation moléculaire).
C’est là qu’intervient l’échangeur : il va échanger l’énergie calorifique du fluide frigorigène à travers la paroi et la céder au médium d’échange ici, l’eau.
C’est pourquoi, l’enthalpie à la sortie du condenseur est bien plus basse qu’à l’entrée car la chaleur a été cédée à température et pression constante (pour un fluide sans glissement et pas de pertes de charge ; cette règle peut s’appliquer au 410A car il est quasi azéotrope).
On dit alors que la chaleur cédée est latente (température constante) (latent : caché)

Si le médium d’échange (eau) est déjà chaud, la température à laquelle le fluide frigorigène cède sa chaleur va suivre celle du médium. Comme un échangeur n’est pas parfait : en gros il existera un écart de 5 °C entre les sorties de chaque fluide (exemple : t condensation = 40 °C, t eau entrée 30 °C, sortie 35 °C). On peut raisonner de la même manière si le médium est froid au condenseur : l’échange se fera à une température moindre et la pression sera forcément aussi plus faible puisque l’agitation sera moindre (le fluide prend moins de place et la pression sera donc plus faible).

Bien sur, ce développement n’est valable que si on suppose que le débit de fluide frigorigène reste rigoureusement constant ainsi que celui du médium de refroidissement (eau).

Donc pour résumer, les pressions de travail, pour une installation :
- correctement chargée (sans excès ou sans déficit de fluide) ,
- équipée avec un évaporateur et un condenseur dimensionnés correctement en fonction des débits et des puissances à échanger,
- un compresseur fournissant le volume balayé juste nécessaire au débit de fluide frigorigène se chargeant de faire le transfert thermodynamique entre les deux sources de chaleur,
- un débit volumique constant des médiums d’échange sur le condenseur et l’évaporateur
vont être à l’image des températures de chaque source de chaleur froide et chaude.

Au démarrage de l’installation, on suppose l’air extérieur à 8 °C. Si l’évaporateur est à air, le fluide change d’état à la température de 1°C (écart supposé de 7 °C) soit à 8,24 bars absolus ou 7,24 bars relatifs.
Le plancher chauffant de la maison est froid ; on suppose par exemple 10 °C.
La température de condensation pendant un temps relativement court va donc être égale à 20 °C soit une pression de 14,5 bars abs ou 13,3 bars abs.
Cette chaleur cédée au condenseur est transférée au plancher chauffant qui diffusera cette chaleur à la maison. Celle-ci étant correctement isolée, une grande partie de cette chaleur va être piégée dans le bâtiment. Au fur et à mesure, l’eau du plancher va revenir régulièrement de plus en plus chaude, la pression au condenseur augmentant et suivant cette température.

Arrivé au point de consigne (ça y est c’est la que la régulation intervient !), l’eau revenant par exemple à 30 °C ( 40 °C en condensation, 24 bars absolus) , le régulateur de température va demander à la PAC d’arrêter de chauffer.
En changeant le point de consigne, on choisit le niveau d’énergie à emmagasiner dans la maison pour atteindre un équilibre. L’isolation n’étant pas parfaite, une partie de la chaleur de la maison est perdue, il faut donc « recharger » en redémarrant la PAC.

La pression en régime établi sera donc au redémarrage un peu plus faible qu’en fin de charge du plancher mais elle va varier dans un intervalle réduit par rapport à un démarrage à froid.

Si les conditions extérieures n’ont pas changées, pas de givre, la température d’évaporation sera restée à peu près constante.

Pendant la montée en température, la pression de condensation progresse régulièrement et s’éloigne de la pression d’évaporation jusqu’à se stabiliser dans un intervalle réduit.
Le taux de compression (rapport des pressions) augmente : le compresseur doit alors fournir plus de travail pour maintenir le niveau de pression nécessaire si le taux augmente.

Pour le fonctionnement associé à l’inverter, ça se complique car maintenant on va pouvoir faire varier le débit de fluide frigorigène de 100 % à 30 % (minimum en général) en faisant varier le volume balayé du compresseur donc sa puissance.

Mais, on ne peut pas saisir le fonctionnement de cette régulation sans parler du quatrième élément du circuit frigorifique : L’organe d’alimentation en fluide de l’évaporateur ou improprement appelé « détendeur ».
Cet élément est chargé d’une part de détendre (d’abaisser la pression du fluide de la pression HP à la pression BP) et d’autre part d’assurer la régulation du débit de fluide entre les deux échangeurs. C’est cette dernière fonction qui permet de ne faire passer que la quantité de fluide nécessaire dans l’évaporateur pour que le fluide à la sortie soit à l’état de vapeur surchauffée (un compresseur ne peut pas comprimer un liquide ; un liquide n’est pas compressible).

Dans le cas d’une PAC, le régulateur électrique de débit (détendeur) mesure l’écart à la sortie du condenseur (assimilable au sous-refroidissement au condenseur). En fonction de cet écart, il va s’ouvrir ou se fermer pour donner le débit juste nécessaire au bon fonctionnement du condenseur et de l’évaporateur.
Cet élément aura donc une action « limitante » ou favorisante sur le débit de fluide frigorigène.
Lorsque le « détendeur » se referme, le débit le traversant chute. La masse de molécules a l’arrivée au compresseur est alors plus réduite. La pression d’aspiration baisse ( vous suivez, il y a moins de molécules donc moins de pression) : c’est là que l’ « inverter » intervient. La vitesse de rotation baisse aussi pour diminuer le volume balayé ( le compresseur aspire trop) et permettre à la pression de retrouver sa valeur initiale jusqu’à l’arrêt complet de la machine lorsque la consigne est atteinte.

Ouf, un peu long et j’ai peut-être oublié ou mal exprimé mon propos !

Pour l’explication de la « paresse » de l’« inverter » lorsque la consigne est basse :
1 – le type de fluide n’a aucune influence sur le principe de régulation de l’ « inverter » puisque les capteurs sont calibrés pour le fluide chargé
2 - Au démarrage, à 25 °C, l’échangeur est froid donc le débit de fluide en circulation est maximal. L’inverter n’a donc pas ou peu de raison de démarrer sa réduction de puissance ou il n’en a pas le temps puisque la demande est grande à froid.
Ensuite, lorsque le retour est plus chaud, le détendeur se referme un peu et l’inverter peut commencer à réguler sur des temps plus longs.
De plus, le « circuit se mord » la queue, le régime permanent dans une situation donnée ne s’établit pas instantanément. La régulation « inverter » n’a pas le temps de réagir de façon efficace sur la machine lorsque le débit est plus grand (une boucle de régulation ne réagit pas instantanément; je ne parle pas de l'électronique qui est instantanée mais de la machine avec ses échangeurs).
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Messagepar fredoche » Mar Oct 21, 2008 10:20 am

Franchement merci à vous deux :grin:

Bon je vais le relire 2 fois (au moins :boulet:) tout ça, mais en tout cas ça m'ouvre les yeux sur pas mal de choses.

Au démarrage de l’installation, on suppose l’air extérieur à 8 °C. Si l’évaporateur est à air, le fluide change d’état à la température de 1°C (écart supposé de 7 °C) soit à 8,24 bars absolus ou 7,24 bars relatifs.
Le plancher chauffant de la maison est froid ; on suppose par exemple 10 °C.
La température de condensation pendant un temps relativement court va donc être égale à 20 °C soit une pression de 14,5 bars abs ou 13,3 bars abs.


Voilà qui m'a permis de comprendre comment lire ce diagramme enthalpique du R410A :wink:
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Messagepar babar » Mar Oct 21, 2008 12:47 pm

Par la suite une sécurité doit enclencher je pense.


Et oui, comme le dit flowice ce n'est pas une sécurité mais c'est bien la "régul" de la pompe qui fait des coupure ToR en dessous de 30°C car la pompe est trop puissante et ne pouvant réduire davantage son débit est dans l'obligation de se couper!

Donc le fonctionnement dans ces conditions va te donner un compresseur qui tourne au minimum, un détendeur sans doute ouvert à fond (lui aussi à une plage de régulation) et une puissance largement suffisante pour les besoins du moment. Donc voilà pourquoi on ne régul plus en inverter.
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Messagepar impossible75 » Ven Fév 20, 2009 2:26 pm

Merci à vous pour les explications du diagramme de mollier très intéressant d'ailleur je m'en suis servit pour cabler mes 8 sondes numériques sur ma PAC en suivant le cycle du gaz (compression, condensation, détente, et evaporation), reste plus qu'a prendre les pressions ne ordre de marche et tout est complet pour vérifier le bon fonctionnent de la PAC !

je vais devancer un peu le post, mais comment ensuite déterminer et dimenssionner les constituants d'une PAC (condenseur, évaporateur etc ...).

la il vas falloir prendre un aspirine ..... :wink:
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Le voyant bulle longuement

Messagepar sergio26750 » Mer Oct 07, 2009 8:50 am

Bonjour,

Est il normal sur une PAC au 407C par des températures supérieur à 25°c extérieur d'avoir le voyant qui bulle longuement ?

Comment l'expliquer ?

Merci.

Sergio.
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