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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 4 sur 4 : COP des frigorigènes de 3e et 4e génération
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COP(CFX3CHX2F)=22.179×100×10−3=2.80,COP(CFX3CF=CHX2)=19.1120×100×10−3=1.59⇒NoCOP(\ce{CF3CH2F}) = \dfrac{22.1}{79 \times 100 \times 10^{-3}} = 2.80,\quad COP(\ce{CF3CF=CH2}) = \dfrac{19.1}{120 \times 100 \times 10^{-3}} = 1.59 \Rightarrow \text{No}
Analyse

Le même calcul donne COP=2.80COP = 2.80 pour CFX3CHX2F\ce{CF3CH2F} et 1.591.59 pour CFX3CF=CHX2\ce{CF3CF=CH2} — tous deux sous 4.10 : les nouvelles générations n'ont pas amélioré l'efficacité face au CHFX2Cl\ce{CHF2Cl} ; leur adoption répond à des raisons environnementales (ozone, effet de serre).

Erreur fréquente. Utiliser CVC_V en J K−1^{-1} mol−1^{-1} et convertir en kJ : oublier le facteur 10−310^{-3} gonfle WW d'un facteur 1000 et fausse le COP.