Fonctionnement d'un réfrigérateur. Concours CAPLP 2020.

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Lidocaïne.
48. Compléter la formule en ajoutant des doublets non liants. Donner le nom de la règle utilisée.
Règle de l'octet.
49. Identifier la fonction amide.
50. Donner la formule brute de la lidocaïne.


51. L'ispronicline  a pour formule brute C14H22N2O. Est-ce un isomère de la lidocaïne ? Justifier.


Oui, ces deux molécules possèdent la même formule brute mais des formules semi-développées différentes.
 

Fonctionnement d'un réfrigérateur.
Le fluide échange du transfert thermique avec deux sources en traversant les échangeurs, appelés condensaur ou évaporateur.
52. Représenter à l'aide flèches les différents transferts thermiques. Identifier la source froide et la source chaude.
Un réfrigérateur ditherme enlevant de la chaleur à une source froide ( intérieur du réfrigérateur ) doit recevoir du travail :


53. A partir du second principe de la thermodynamique appliqué au fluide, établir l'inégalité de Clausius Q1 / T1 + Q2 / T2 < 0 en appelant T1 la température de la source chaude et T2 la température de la source froide.
Variation d'entropie sur le cycle : DScycle =0 = Séchangée + Scréée.
Séchangée =Q1 / T1 + Q2 / T2  ; Scréée >0.
Q1 / T1 + Q2 / T2 < 0.
54. On considère un réfrigérateur idéal. Que signifie idéal. Déterminer l'efficacité e en fonction de T1 et T2. Comment est modifiée cette expression pour un réfrigérateur réel ?
Idéal signifie "les transformations sont réversibles".
coefficient d’efficacité , notée e, ( réversibilité) : chaleur enlevée à la source froide divisée par le travail reçu.
e = Q2 / W = -Q2/ (Q1+Q2) < T2/(T1-T2).
( égalité pour une transformation réversible ; inférieur dans le cas d'une transformation irréversible )
55. L'efficacité  e augmente-t-elle ou diminue-t-elle lorsque la différence de température intérieure et extérieure au réfrigérateur augmente ? Justifier.
Si
T1-T2 augmente, T2 restant constante, l'efficacité e diminue.
56. A température des sources fixées, cherche t-on une efficacité réelle er la plus élevée possible ou la plus faible possible ? Quels paramètres permettent de modifier er ?
57. L'évaporateur est-i au contact de la source chaude ou de la source froide ? Justifier.
La chaleur enlevée à la source froide doit être la plus grande possible pour un travail investi le plus faible possible : on cherche donc er la plus élévée possible.
Pour cela on provoque dans un serpentin la vaporisation du fluide à la température intérieur du réfrigérateur. Cette chaleur latente de vaporisation doit être la plus élevée possible.
La liquéfaction du fluide a lieu à l'extérieur du réfrigérateur en comprimant le fluide.
58. Pouquoi faut-il dégivrer régulièrement un réfrigérateur ?
Le givre forme une couche isolante sur les parois. Cela conduit à une baisse du transfert thermique entre le système de réfrigération et l'air contenu à l'intérieur du réfrigérateur.



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Cycle thermodynamique en diagramme de Mollier ( h, P).
Le réfrigérateur maintient l'air intérieur à 5,0°C.

59. Cette allure du cycle pourait-elle être aussi celle d'un climatiseur ?
Oui : un climatiseur fonctionne comme un réfrigérateur. Il refroidit l'air ambiant en utilisant un fluide frigorigène et évacue la chaleur à l'extérieur. Ce sont des machines à produire du froid fonctionnant en circuit fermé.

60. Le cycle est décrit dans le sens 1-->2 -->3 -->4 -->1. Compléter le schéma en identifiant les différents blocs  ( dans le désordre  : condenseur, compresseur, détendeur et évaporateur ) et en numérotant les états.

61. Dans que état se trouve le fluide en sortie du compresseur ?
A la sortie du compressuer, le fluide se trouve à l'état de vapeur surchauffée.
62. Déterminer la fraction massique en vapeur du fluide en sortie du détendeur.
Graphiquement, on lit x = 0,30.
63. Dans l'évaporateur, le fluide se vaporise entièrement et subit une légère surchauffe. Pourquoi cette surchauffe est-elle préférable ?
Avec cette surchauffe, on s'assure que tout le fluide se trouve à l'état de vapeur.
64. Préciser les hypothèses permettant d'arriver à l'expression simplifiée du premier principe industriel : Dh = wi + q et préciser les notations utilisées.
On néglige la variation de l'énergie mécanique.
wi : travail massique ; q : transfert thermique massique ;
Dh : variation d'enthalpie massique.
65. Montrer que la transformation subie par le fluide dans le détendeur est isenthalpique.
Sur le diagramme, la transformation 3 --> 4 est un segment de droite vertical.
66. Dans quelle partie du circuit le fluide échange t-il du travail avec les pièces mobiles du réfrigérateur ? Déterminer le travail massique wi.
Dans le compresseur, transformation 1 --> 2 : l
e graphe indique wi ~645 -545 = 100 kJ / kg.
67.  Dans quelle partie du circuit le fluide cède-t-il réellement de l'énergie par transfert thermique ? Déterminer le transfert thermique massique q.
Le fluide cède de l'énergie à l'extérieur du réfrigérateur : transformation 2 --> 3 ; q1 = 250 -640 = -390 kJ / kg.
Par la suite, on prendra wi = 98 kJ / kg ; q1 =-387 kJ / kg ; q2 = +289 kJ/kg.
69. Calculer l'efficacité réelle et la comparer à l'efficacité du refrigérateur idéal si la température de la pièce est de 30 °C.
e =
T2/(T1-T2) =(273+5) /(30-5)~11.
er =q2 / wi =289 / 98 ~2,9 < e.
70. On lit : puissance calorifique 70 W. Evaluer un ordre de grandeur du débit massique qm du fluide.
P = qm Dhévaporateur  ; qm =70 / (289 103) ~ 2,4 10-4 kg / s.




  

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