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Problème 1

Frigorigènes nouveaux et anciens. On compare thermodynamiquement des frigorigènes dans un cycle de réfrigération modèle : le liquide bout à pression p1p_1 et température T1T_1 constantes (absorbant la chaleur QQ), la vapeur est comprimée de façon réversible et adiabatique jusqu'à T2T_2 (travail WW), puis refroidie à pression p2p_2 constante avant de revenir à l'état initial. Pour 1 mole de frigorigène, T1=280T_1 = 280 K, T2=380T_2 = 380 K, vapeur parfaite : NHX3\ce{NH3} — ΔHvap=21.3\Delta H_{vap} = 21.3 kJ mol−1^{-1}, CV(gaz)=26.7C_V(\text{gaz}) = 26.7 J K−1^{-1} mol−1^{-1} ; CHFX2Cl\ce{CHF2Cl} — 20.020.0 kJ mol−1^{-1} et 48.848.8 J K−1^{-1} mol−1^{-1} ; CFX3CHX2F\ce{CF3CH2F} — 22.122.1 kJ mol−1^{-1} et 7979 J K−1^{-1} mol−1^{-1} ; CFX3CF=CHX2\ce{CF3CF=CH2} — 19.119.1 kJ mol−1^{-1} et 120120 J K−1^{-1} mol−1^{-1}. (a) Calculer QQ et WW pour NHX3\ce{NH3} et CHFX2Cl\ce{CHF2Cl}. (b) Le coefficient de performance est COP=Q/WCOP = Q/W ; le calculer pour les deux frigorigènes. (c) Calculer le COP de CFX3CHX2F\ce{CF3CH2F} et CFX3CF=CHX2\ce{CF3CF=CH2} — l'efficacité a-t-elle augmenté par rapport à CHFX2Cl\ce{CHF2Cl} ?
Étape 3 sur 4 : Coefficients de performance
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COP=QW:COP(NHX3)=21.32.67=7.98,COP(CHFX2Cl)=20.04.88=4.10COP = \dfrac{Q}{W}: \quad COP(\ce{NH3}) = \dfrac{21.3}{2.67} = 7.98,\quad COP(\ce{CHF2Cl}) = \dfrac{20.0}{4.88} = 4.10
Analyse

En divisant la chaleur absorbée par le travail de compression : COP(NHX3)=7.98COP(\ce{NH3}) = 7.98 et COP(CHFX2Cl)=4.10COP(\ce{CHF2Cl}) = 4.10 — malgré ses inconvénients de sécurité, l'ammoniac est thermodynamiquement le meilleur frigorigène.