Surconsommation due à la climatisation. Concours général Stl 2012

Climatisation d'un véhicule.
Le schéma du climatiseur et son principe de fonctionnement sont schématisés ci-dessous :

Le fluide circulant dans le circuit fermé est un fluide frigorigène R134a.
Ce fluide, à l’état liquide, passe dans le détendeur et voit sa pression diminuer.
Il se vaporise (passage de l’état liquide à l’état gazeux) lors de son passage dans l’évaporateur.
L’évaporateur est un échangeur thermique permettant le transfert d’énergie, sous forme de chaleur, entre le
fluide frigorigène R134a et l’air pulsé dans l’habitacle. Son fonctionnement est similaire à celui d’un radiateur
où on a un échange d’énergie thermique entre l’air ambiant et le fluide circulant à l’intérieur, ce dernier dans
le cas d’un évaporateur se transformant en gaz. Ensuite, il est compressé puis passe au travers d’un condenseur où il passe de l’état gazeux à l’état liquide. Il retourne à son point de départ et termine un cycle.
Quel dispositif de la climatisation va, au contact de l’air, permettre de refroidir ce dernier ? Justifier.
La vaporisation d'un fluide nécessite un apport d'énergie de la part du milieu extérieur. L'évaporateur absorbe la chaleur et l'humidité de l'habitacle.
Au sein du dispositif cité précédemment, préciser le sens du transfert thermique.
Le transfert thermique s'effectue de l'habitacle vers le fluide.
Lorsqu’un fluide change d’état (par exemple passage de l’état liquide à l’état gazeux), sous une pression donnée, la température du fluide reste constante pendant toute la transformation. On appelle chaleur latente de changement d’état d’un corps pur à la température T l’énergie thermique échangée sous forme de chaleur par ce corps passant d’un état (solide, liquide ou gazeux) à un autre état. On donne ci-dessous, pour le fluide frigorigène R134a, les valeurs de température pour lesquelles s’effectuent les transformations liquide - gaz (vaporisation) et gaz - liquide (condensation) pour différentes valeurs de pression :

Température (°C)	-10	-5	0	5	10	15	20	25	30	35	40	45	50	55
Pression ( bar)	2,00	2,50	3,00	3,55	4,10	4,95	5,80	6,75	7,70	8,85	10	12,5	15	16,5

On considèrera que l’air à refroidir (habitacle du véhicule) est à une température de 25°C avant d’entrer dans le système de climatisation.
À quelle pression maximum doit être le fluide R134a avant d’entrer dans l’évaporateur ? Justifier.
L'air de l'habitacle étant à 25°C à l'entrée du système de climatisation, la pression maximum du fluide doit être 6,75 bar.
On considèrera que l’air extérieur échangeant de l’énergie avec le fluide R134a au niveau du condenseur, est à une température de 35°C.
À quelle pression minimum doit être le fluide R134a avant d’entrer dans le condenseur ? Justifier.
Au contact de l'air extérieur à 35°C, le fluide se condense si sa pression est 8,85 bar.
Conclure quant à l’intérêt de comprimer et de détendre le fluide frigorigène pour échanger de l’énergie sous forme de chaleur.
Le fluide transfert de l'énergie sous forme de chaleur avec le milieu extérieur lors des changements d'état.
La température de changement d'état dépend de la pression. Il faut donc soit détendre ( détendeur ) soit comprimer le fluide ( compresseur ).