Présentation de l’exercice

Cet exercice est principalement destiné à illustrer la manière de modéliser dans Thermoptim un cycle de réfrigération. Il est centré autour de l’étude d’un groupe de refroidissement d’eau d’une centaine de kW, utilisé pour conserver des produits alimentaires à une température de quelques degrés Celsius.

Cet exercice se décompose en plusieurs parties :

(Séance réalisée le 22/02/05 par Renaud Gicquel)

Exercice groupe frigorifique

  • Groupe refroidisseur d’eau de 100 kW

    • fluide : R12

    • pression d’évaporation : 3 bars

    • pression de condensation : 10 bars

    • débit de frigorigène : 0,836 kg/s

    • rendement isentropique de compression : 0,75

    • surchauffe à l’aspiration : 5 °C

    • sous-refroidissement : 5 °C

Ouverture de Thermoptim

Thermoptim

Thermoptim

Thermoptim

Thermoptim

  • schéma du groupe frigorifique

    • compresseur

    • désurchauffe, condenseur

    • laminage

    • effet frigorifique

Thermoptim

Thermoptim

  • interface schéma-simulateur

Thermoptim

Paramétrage du modèle

Lorsque les éléments du simulateur sont créés, Thermoptim initialise tous les points avec une pression de 1 bar et une température de 300 K, qu’il faut ensuite modifier en fonction des données du problème que vous étudiez.

Les deux activités qui suivent vont vous montrer comment paramétrer les points et les transfos, puis la suivante vous rappellera les valeurs que vous devrez saisir dans Thermoptim.

Paramétrage des points

  • double-clic sur un lien orienté (flèche) ou sur une ligne de la table des points

  • état d’une petite particule de matière

Paramétrage des transfos

  • double-clic sur un composant

  • évolution d’un débit-masse de fluide

Paramétrage des points et transfos

Paramétrez maintenant un à un les différents points, en veillant bien à entrer les valeurs des températures et des pressions connues, car Thermoptim ne les détermine pas automatiquement. Pour cela, opérez comme suit :

Paramétrez ensuite les transfos, pour lesquelles les options par défaut s’appliquent :

Le calcul du bilan global du cycle fait appel à la notion de type d’énergie, expliqué dans l’activité suivante.

Choix du type d’énergie

  • double-clic sur type d’énergie

Bilan et synoptique

Cycle sur diagramme (T,s)

  • interface diagrammes-simulateur

Cycle sur diagramme (T,s)

Cycle sur diagramme (T,s)

Cycle sur diagramme (T,s)

Cycle sur diagramme (T,s)

Cycle sur diagramme (T,s)

Cycle sur diagramme (h,P)

Comparaison cycle de Carnot

Changement de fluide frigorigène

Le modèle que vous avez construit vous a permis de déterminer avec précision les performances de la machine frigorifique étudiée. Nous avons considéré comme fluide le R12, mais son emploi est interdit depuis 1994 par le Protocole de Montréal. Dans les étapes suivantes, vous verrez avec quelle facilité on peut changer de fluide dans Thermoptim.

Les fichiers corrigés de l’exercice sont fournis dans l’archive téléchargeable depuis un des liens du bas de cette page.

L’intérêt qu’il y a à modéliser les cycles dans un progiciel est que les propriétés des corps sont calculées avec une grande précision et sans aucune difficulté. Une fois le modèle mis au point, vous pouvez le reparamétrer très simplement, ce qui vous permet de procéder rapidement à des études de sensibilité sur l’influence des divers paramètres.

Cette manière de faire comporte cependant un danger : que vous ne sachiez pas critiquer les valeurs fournies par le progiciel, ce qui peut vous conduire à accorder une confiance démesurée aux résultats qu’il fournit. Il peut arriver que le modèle ne soit pas bien construit, et que ses résultats ne soient pas justes, et il faut savoir diagnostiquer ce type d’erreurs. Pour cela, il est souhaitable que vous soyez capable de contrôler par vous-même ses résultats, au moins de manière approchée.

Vous trouverez ci-dessous un lien vers une note intitulée “Méthodologie de construction et de vérification des modèles” destinée à fournir aux utilisateurs de Thermoptim un certain nombre de recommandations basées sur l’expérience passée.

Thermoptim

Bilan et synoptique

  • R134a

  • -1 °C

  • 41 °C

  • 2,85/10,65 bars

  • η = 0,75

  • COP = 4