Fonctionnement du réfrigérateur

Fonctionnement du réfrigérateur

Un réfrigérateur utilise du chlorure de méthyle comme fluide frigorigène. La température interne est de -20°C, la température externe de 25°C. Les pertes frigorifiques sont de 20 kJ/heure.

1. Calculer le coefficient d'efficacité frigorifique théorique.
2. Le coefficient d'efficacité frigorifique réel représente 50 % du théorique. Calculer ce coefficient réel.
3. Lorsque aucun aliment n’est introduit, la chaleur absorbée QF compense les pertes frigorifiques. Elle provoque la vaporisation d’une partie du fluide frigorigène. Quelle masse de chlorure de méthyle est alors vaporisé par heure ?
4. Quelle énergie électrique réfrigérateur consomme-t-il en une heure (en kWh)?
5. Quelle est la puissance calorifique rejetée à l'extérieur ?

Donnée : Chaleur latente de vaporisation du chlorure de méthyle (CH3Cl) : 450 kJ.kg-1

Inverser les questions 3 et 4

Correction

le réfrigérateur : Au cours d'un cycle le fluide reçoit le travail W , prend la chaleur Qf à la source froide (aliments à refroidir et pertes thermiques) et cède la chaleur Qc à l'extérieur, source chaude.

1) Efficacité (ou CoP) : e = Qf / W ;
pour une machine est réversible, l'efficacité maximale (ou efficacité théorique) est e = Tfroide / (Tchaude- Tfroide)
==> e = 253 / (298-253 ) = 5,6

2) efficacité réelle : 5,6 x 50% = 2,8.

3) masse du fluide vaporisée:
Pour compenser les pertes, il faut fournir un travail W = Qf /e ==> W = 20 000 / 2,8
Pour une heure de fonctionnement : W = 7143 J, ce travail est fourni par la vaporisation du fluide frigogène. Au contact de la source froide, le fluide reçoit qui absorbe une chaleur Q
Chaleur de changement d’état : Q = m.Lv ==> m = 0,016 kg

4) Energie électrique minimale à fournir pour vaporiser ce fluide est E = 7143 / 3,6.106 ==> E = 0,002 kWh
L’énergie réellement consommée est supérieure car il faut tenir compte du rendement du moteur qui actionne le compresseur

5) masse du fluide vaporisé: Chaleur de changement d’état : Q = m.Lv
le fluide reçoit 20 000 J en 1 heure, la masse de fluide vaporisée est : 20 000/ 450 000 = 0,044 kg

6) Chaleur rejetée à l’extérieur
W + QC + QF = 0 ==> QC = - W - QF ==> QC = -27 143 J
Cette chaleur est très importante, c’est pourquoi le réfrigérateur doit être placé dans un local ventilé