voir aussi:

> évaporateur et condenseur

> Compresseur et régulation de température source froide/chaude

> Mode simple, complet et Détendeurs

> fluides frigorigènes

La simulation Groupe frigorifique mono-étagée est une simulation "dynamique", c'est à dire fonction du temps, comme toutes les simulations AZprocede.

On peut observer et analyser le fonctionnement de l'installation en régime permanent, mais surtout en régime transitoire comme les phases de démarrage, d'arrêt, de mise en température, ou avec une régulation de température sur une des sources, froide ou chaude. En plus de cela, la simulation en mode complet permet d'observer le fonctionnement d'un détendeur thermostatique, pressostatique, capillaire ou manuel.

L'installation Groupe frigorifique mono-étagé comprend les équipements principaux suivant:

- un compresseur volumétrique à piston (par ex de type hermétique), avec marche-arrêt et caractéristiques réglables,

- un condenseur avec température d'ambiance constante ou fonction du temps, associé à une réserve de fluide frigorigène,

- un détendeur (adapté ou capillaire en mode simple, thermostatique, pressostatique, capillaire ou manuel en mode complet,

- un évaporateur avec température d'ambiance constante ou fonction du temps, associé en sortie à un pot anti-coup de liquide pour le compresseur,

- une régulation de température sur source froide ou chaude (pour les sources fonction du temps), par marche-arrêt compresseur sur seuils haut et bas de température, ou par régulateur PID sur commande du compresseur.

Outils graphiques et d’analyse du procédé

- tracé du diagramme Enthalpie - Log(P) pour le fluide frigorigène sélectionné, avec représentation du cycle frigorifique en temps réel par traits et points,

- tracé des profils de températures et titres vapeur pour l'évaporateur et le condenseur (en mode complet),

- tableau des principales propriétés aux différents points du cycle,

- possibilité d'exporter les données vers un fichier *.txt, utilisable ensuite dans un tableur,

- au centre du synoptique, tableau des propriétés d'un point du cycle, sélectionné en positionnant la souris sur une des mesures associées, par ex aspiration compresseur, sortie condenseur, etc...)

- historique des variables procédé.

Dimensionnement et réglages

Deux modes de simulation sont disponnibles:

En mode simple, le détendeur détend la quantité exacte de fluide frigorigène vaporisé à l'évaporateur. Il ne peut donc pas être noyé, et il n'y a jamais de liquide à l'aspiration du compresseur. D'autre part, les flux reçu à l'évaporateur et cédé au condenseur sont calculés de façon globale, à partir du produit UxS et de l'écart moyen de température entre source froide et température d'évaporation, ou source chaude et température de condensation. Enfin, une surchauffe à l'évaporateur et un sous-refroidissement au condenseur peuvent être fixés.

En mode complet, le détendeur est intégralement simulé. L'évaporateur peut ainsi être noyé si plus de fluide que la capacité de l'évaporateur est détendu, et le liquide sortant de l'évaporateur est piégé dans le pot de liquide à l'aspiration du compresseur. D'autre part, les évaporateurs et condenseurs sont intégralement simulés avec pour résultat une surchauffe à l'évaporateur et un sous refroidissement au condenseur fonction des conditions de marche et des caractéristiques des équipements.

Les principaux paramètres de la simulation sont réglables, parmi lesquels on peut citer (liste non exhaustive):

- : cylindrée, vitesse de rotation, rendement polytropique, cylindrée et volume mort, pertes thermiques, pertes de charge aspiration - refoulement,

- : surface d'échange, coefficients d'échange en vaporisation et surchauffe de vapeur, volume gaz aspiration (pour la dynamique de réponse en pression), type,

- : surface d'échange, coefficients d'échange en refroidissement des vapeurs, condensation, et sous-refroidissement du liquide, volume gaz refoulement compresseur (pour la dynamique de réponse en pression), type,

- : type de détendeur, Cv équivalent, paramètres de réglage (gain, intégrale et dérivée, le détendeur en mode complet étant simulé en interne par un régulateur PID)

Les types d'évaporateurs et/ou de condenseurs sont:

- soit à température de source froide ou chaude constante dans le temps, et seule la représentation graphique de l'échangeur est alors modifiée,

- soit à température de source froide ou chaude fonction du temps, les équations de bilan énergétiques étant alors résolues en régime transitoire pour l'ambiance entourant l'échangeur et la paroi de séparation avec le milieu extérieur (ambiance réglable par ).

On peut ainsi simuler des groupes frigorifiques (pré-configurés, bouton ou configurables à volonté) aussi divers qu'un réfrigérateur (source chaude constante, source froide fonction du temps), une climatisation (idem), une pompe à chaleur air-air ou air-terre (source froide constante, source chaude fonction du temps), etc...

Rq: en mode réfrigérateur, les bilans transitoires sont également réalisés sur de la nourriture que l'on peut introduire dans l'ambiance de l'évaporateur, pour en suivre le refroidissement.

Rq: pour les sources à température fonction du temps, on peut ouvrir et fermer la fenêtre (porte pour le frigo) pour simuler une entrée d'air extérieur.

Modèle numérique

- Calcul des propriétés du fluide frigorigène à partir des conditions de pression et de température,

- Calcul de la compression polytropique, avec rendement volumétrique (fixe ou fonction du taux de compression), cylindrée et volume mort fixés,

- Résolution des équations de bilan matière et énergétique, et équation d'état pour simuler le fonctionnement du cycle frigo en régime transitoire,

- Résolution des équations de bilan énergétique pour les sources (froide ou chaude) à température fonction du temps.

Rq: les modèles thermodynamiques sont relativement stables pour une gamme de pression allant de 0.2 bar a à 80% de la pression critique. Pour cette raison, la pression est en tout point contrainte dans ce domaine et une alarme est affichée en cas de tentative de dépassement.