Le Compresseur Frigorifique

📋 Objectifs de la séance

À la fin de cette séance, je serai capable de :

Expliquer le rôle du compresseur dans le circuit frigorifique
Identifier les différents types de compresseurs
Comprendre le fonctionnement d'un compresseur à piston
Calculer le volume balayé et le rendement volumétrique

1. Le Cycle Frigorifique

Figure 1 : Le circuit frigorifique complet

⚙️ Rôle du compresseur

Le compresseur a deux fonctions essentielles :

1. Il met le fluide dans le circuit

2. Il les vapeurs de Basse Pression (BP) vers Haute Pression (HP)

✏️ Activité 1 : Compléter les rôles des 4 éléments

Élément	Rôle principal
COMPRESSEUR
CONDENSEUR
DÉTENDEUR
ÉVAPORATEUR

2. Les Types de Compresseurs

Il existe 4 grandes familles de compresseurs. Chacune a ses avantages et ses applications.

Figure 2 : Les 4 types de compresseurs

✏️ Activité 2 : Relier les caractéristiques

Relie chaque type de compresseur à ses caractéristiques (fais des flèches) :

À PISTON

À VIS

SCROLL

CENTRIFUGE

Petites puissances (frigo, clim)

Moyennes/grandes puissances

Silencieux, peu de vibrations

Très grandes installations

3. Le Compresseur à Piston

C'est le type le plus courant. Nous allons l'étudier en détail.

Figure 3 : Anatomie d'un compresseur à piston

✏️ Activité 3 : Légender le schéma

Sur le schéma ci-dessus, complète les annotations suivantes :

PMH signifie :
PMB signifie :
La course est la distance entre :

4. Les 2 Phases de Fonctionnement

Phase 1 : ASPIRATION (0° → 180°)

Que se passe-t-il ?

Phase 2 : COMPRESSION + REFOULEMENT (180° → 360°)

Que se passe-t-il ?

✏️ Activité 4 : Vrai ou Faux

Coche la bonne réponse :

1. Pendant l'aspiration, le piston monte de PMB vers PMH VRAI FAUX

2. Le clapet BP s'ouvre quand le piston descend VRAI FAUX

3. Le clapet HP s'ouvre pendant la phase de compression VRAI FAUX

4. Un cycle complet = 360° de rotation du vilebrequin VRAI FAUX

5. Le Volume Balayé

📖 Définition

Le volume balayé V_b est le volume que le piston déplace en effectuant un aller complet entre le PMH et le PMB.

C'est la "cylindrée" du compresseur.

V_b = (π × D² / 4) × C

Où :

D = Diamètre du piston (en m)
C = Course PMH ↔ PMB (en m)
V_b = Volume balayé (en m³)

💡 Astuce : La formule (π × D² / 4) correspond à l'aire du disque (surface du piston). On la multiplie par la course C pour obtenir le volume du cylindre !

✏️ Activité 5 : Calcul du volume balayé

Énoncé : Un compresseur à piston a les caractéristiques suivantes :

Diamètre du piston : D = 50 mm
Course : C = 40 mm

Calcule le volume balayé V_b en cm³.

Conversion en mètres :

D = m

C = m

Calcul :

Résultat : V_b = cm³

6. Compresseurs Multi-cylindres

Pour augmenter la capacité, on utilise plusieurs cylindres qui travaillent ensemble.

Figure 4 : Volume balayé total = V_{b unitaire} × nombre de cylindres

V_{b total} = V_{b unitaire} × n

✏️ Activité 6 : Application multi-cylindres

Énoncé : Un compresseur possède 4 cylindres identiques. Chaque cylindre a un volume balayé de 25 cm³.

1. Quel est le volume balayé total ?

2. Si le compresseur tourne à 1450 tr/min, combien de cycles par minute ?

7. Le Rendement Volumétrique

⚠️ Théorique ≠ Réel

Le compresseur n'aspire jamais 100% du volume balayé théorique ! Pourquoi ?

À cause du volume mort V₀ (espace entre piston et culasse au PMH).

Figure 5 : Le volume mort réduit le volume aspiré

η_v = V_{réel aspiré} / V_balayé × 100

Le rendement volumétrique η_v est toujours inférieur à 100%.

Typiquement : η_v = 70% à 85% pour un compresseur à piston.

✏️ Activité 7 : Facteurs influençant η_v

Coche les facteurs qui font DIMINUER le rendement volumétrique :

Augmentation du taux de compression (HP/BP)

Augmentation de la température du gaz aspiré

Augmentation du volume mort V₀

Fuites au niveau des segments du piston

Diminution de la vitesse de rotation

✏️ Activité 8 : Calcul du débit réel

Énoncé : Un compresseur a les caractéristiques suivantes :

Volume balayé : V_b = 100 cm³
Vitesse de rotation : N = 1450 tr/min
Rendement volumétrique : η_v = 75%

1. Calcule le débit balayé théorique q_{v théorique} (en m³/h)

2. Calcule le débit réel q_{v réel} = q_{v théorique} × η_v

Résultat : Le débit réel est de m³/h

8. Synthèse de la Séance

📝 Ce que j'ai appris aujourd'hui

Complète avec tes propres mots :

1. Le rôle principal du compresseur est de :

2. Les 4 types de compresseurs sont :

3. Le volume balayé représente :

4. Le rendement volumétrique est toujours inférieur à 100% parce que :

9. Schéma Bilan à Compléter

Complète le schéma du compresseur à piston en ajoutant tous les éléments et annotations :

Éléments à légender :

Culasse, Cylindre, Piston, Bielle, Vilebrequin, Clapet BP, Clapet HP, Tuyau BP, Tuyau HP, PMH, PMB, Course

10. Questions de Réflexion

1. Pourquoi un compresseur avec plusieurs cylindres est-il plus efficace qu'un seul gros cylindre ?

2. Que se passerait-il si les clapets ne fonctionnaient pas correctement ?

3. Comment pourrait-on améliorer le rendement volumétrique d'un compresseur ?

Fin du document - Bravo pour ton travail ! 🎓

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