Thermodynamique et cycle frigorifique

Chapitre 1 — Thermodynamique et cycle frigorifique

Objectifs d'apprentissage

À la fin de ce chapitre, vous serez en mesure de :

5.Comprendre et appliquer les quatre lois de la thermodynamique aux systèmes frigorifiques.

6.Tracer et interpréter le cycle frigorifique à compression mécanique sur un diagramme P-h.

7.Calculer le coefficient de performance (COP) et l'efficacité énergétique d'un système.

8.Diagnostiquer les anomalies courantes du cycle à l'aide des concepts de surchauffe et de sous-refroidissement.

9.Identifier les exigences réglementaires de la CSA B52 et de la RBQ applicables à la conception thermodynamique des systèmes.

1.1 Concepts pour débutants

Cette section pose les bases pratiques du froid mécanique : comprendre comment température, pression et chaleur s'articulent permet de lire un manomètre, d'interpréter une relation pression-température et d'éviter les diagnostics au hasard. Pour un opérateur de réfrigération au Québec, ces notions servent autant à protéger les denrées et les procédés qu'à exploiter l'installation dans ses limites de conception.

Qu'est-ce que la thermodynamique ?

La thermodynamique est la science qui étudie comment l'énergie se transforme, en particulier sous forme de chaleur et de travail. Imaginez que vous êtes dans une cuisine et que vous ouvrez la porte du réfrigérateur. L'air froid « sort » et l'air chaud de la pièce « entre ». En réalité, le réfrigérateur ne « crée » pas le froid : il pompe la chaleur de l'intérieur vers l'extérieur. C'est exactement ce que fait un système frigorifique, et la thermodynamique explique comment ce pompage est possible.

Pour bien comprendre la réfrigération, il faut d'abord maîtriser quatre concepts de base : la température, la pression, la chaleur et l'énergie.

Température — Ce que votre thermomètre vous dit

La température mesure l'agitation des molécules. Plus les molécules bougent vite, plus la température est élevée. Au Québec, on utilise le degré Celsius (°C) pour les applications courantes, mais le Kelvin (K) pour les calculs scientifiques. La différence est simple : 0 °C = 273,15 K, et une variation de 1 °C équivaut à une variation de 1 K.

Exemple concret : Lorsque vous réglez votre chambre froide à 2 °C, la température absolue est de 275,15 K. Si la température descend à -20 °C dans votre congélateur, elle est de 253,15 K. La différence entre ces deux valeurs (22 K) représente le travail que le système doit fournir pour maintenir cette différence.

Pression — La force qui fait circuler le frigorigène

La pression est la force exercée par un fluide sur une surface. Imaginez une pompe à vélo : lorsque vous poussez le piston, vous augmentez la pression de l'air dans le pneu. Dans un système frigorifique, le compresseur joue le même rôle.

Il est essentiel de comprendre la différence entre :

Pression absolue : Mesurée à partir du vide parfait. Un manomètre absolu indiquerait 0 kPa dans le vide spatial.

Pression relative (manométrique) : Mesurée par rapport à la pression atmosphérique. C'est celle que vous lisez sur vos manomètres. Au niveau de la mer, la pression atmosphérique est d'environ 101,3 kPa. Donc, si votre manomètre indique 300 kPa, la pression absolue est de 401,3 kPa.

Astuce pour l'examen : N'oubliez jamais d'ajouter la pression atmosphérique lorsque vous utilisez des formules thermodynamiques qui exigent la pression absolue. Cette erreur est l'une des plus fréquentes à l'examen BNQ !

Chaleur sensible vs chaleur latente

Chaleur sensible : C'est la chaleur que vous pouvez « sentir » avec un thermomètre. Lorsque vous chauffez une casserole d'eau de 20 °C à 80 °C, vous ajoutez de la chaleur sensible. La formule est Q = m × c × ΔT, où m est la masse en kg, c est la chaleur massique (capacité thermique spécifique) en kJ/(kg·K), et ΔT est la variation de température.

Chaleur latente : C'est la chaleur cachée — celle qui est absorbée ou libérée lors d'un changement d'état sans variation de température. Pensez à l'eau qui bout à 100 °C : elle reste à 100 °C jusqu'à ce que toute l'eau soit devenue vapeur, même si vous continuez à chauffer. La chaleur que vous ajoutez pendant ce temps est la chaleur latente de vaporisation.

Exemple pour l'examen : Pourquoi l'eau est-elle un mauvais frigorigène mais un excellent caloporteur ? Parce que sa chaleur latente de vaporisation (2 257 kJ/kg) est environ 11 fois plus élevée que celle du R-134a (198 kJ/kg). Pour produire du froid, on veut un fluide qui change d'état facilement — c'est pourquoi les frigorigènes ont une chaleur latente plus faible mais une température d'ébullition bien adaptée.

1.2 Principes fondamentaux de la thermodynamique — Approfondissement

Les principes thermodynamiques expliquent pourquoi le cycle frigorifique déplace la chaleur plutôt que de la créer ou de la détruire. Les bilans d'énergie, l'équilibre thermique et l'irréversibilité guident le choix des pressions d'évaporation et de condensation, la lecture du diagramme P-h et l'évaluation de l'efficacité réelle d'un système.

La loi zéro et la mesure de la température

La loi zéro établit que si deux corps sont en équilibre thermique avec un troisième, ils sont en équilibre entre eux. C'est pourquoi un thermomètre fonctionne : lorsque vous plongez un thermomètre dans un liquide, le mercure (ou l'alcool) atteint la même température que le liquide après un certain temps. L'application pratique est la calibration des instruments.

Procédure de vérification d'un thermomètre sur le terrain :

33.Remplissez un verre de glace pilée et ajoutez de l'eau jusqu'à saturation.

34.Attendez 3 à 5 minutes pour que le mélange se stabilise à 0 °C.

35.Insérez la sonde de votre thermomètre dans le mélange, sans toucher les parois du verre.

36.La lecture devrait être de 0 °C ± 0,5 °C. Si ce n'est pas le cas, le thermomètre nécessite une recalibration ou un remplacement.

Cette vérification simple devrait faire partie de la trousse de tout technicien en réfrigération.

La première loi — Le bilan énergétique

La première loi de la thermodynamique dit que l'énergie ne se crée pas et ne se perd pas — elle se transforme. Dans un système frigorifique, cela se traduit par l'équation fondamentale :

Q_condenseur = Q_évaporateur + W_compresseur

Où :

Q_condenseur est la chaleur rejetée au condenseur (en kW ou kJ)

Q_évaporateur est la chaleur extraite de l'espace réfrigéré (l'effet frigorifique utile)

W_compresseur est le travail mécanique fourni par le compresseur

Exemple pas-à-pas : Un système frigorifique extrait 50 kW de chaleur d'une chambre froide. Le compresseur consomme 18 kW d'énergie électrique. Quelle quantité de chaleur est rejetée au condenseur ?

Solution : Q_condenseur = 50 + 18 = 68 kW.

Cette équation simple a une implication pratique importante : si vous mesurez que la chaleur rejetée au condenseur est de 70 kW et que la puissance du compresseur est de 18 kW, vous savez que l'effet frigorifique est de 52 kW. Si ce chiffre est inférieur à la valeur nominale, quelque chose ne va pas (manque de gaz, évaporateur encrassé, etc.).

La deuxième loi — Pourquoi il faut un compresseur

La deuxième loi explique pourquoi la chaleur ne peut pas passer spontanément d'un corps froid à un corps chaud. C'est comme l'eau qui coule naturellement de haut en bas : pour la faire remonter, il faut une pompe. Dans un système frigorifique, le compresseur est cette pompe.

Implication pratique : Plus la différence de température entre l'espace réfrigéré et l'environnement extérieur est grande, plus le travail nécessaire est important. C'est pourquoi il est plus coûteux de maintenir un congélateur à -30 °C qu'une chambre froide à 2 °C, surtout en été quand la température extérieure est élevée.

1.3 Le cycle frigorifique à compression mécanique — Détaillé

Le cycle frigorifique à compression de vapeur est le cœur de la plupart des systèmes de réfrigération commerciale et industrielle au Québec. Il se compose de quatre étapes fondamentales qui se répètent continuellement.

Schéma animé — le cycle frigorifique en action : suivez les particules de frigorigène qui circulent entre les quatre composants. Remarquez le changement de couleur : rouge/orange côté haute pression (chaud), bleu côté basse pression (froid).

Étape 1 : Compression (au compresseur)

Le gaz réfrigérant à basse pression et basse température provenant de l'évaporateur est aspiré par le compresseur. Le compresseur comprime ce gaz, augmentant considérablement sa pression et sa température.

Exemple numérique : Système au R-404A pour une chambre froide à -20 °C.

À l'aspiration : pression = 300 kPa, température = -10 °C (gaz légèrement surchauffé)

Au refoulement : pression = 1 200 kPa, température = 80 °C (gaz fortement surchauffé)

Travail de compression : environ 30 à 40 kJ/kg de frigorigène

Paramètres à surveiller :

La température de refoulement ne doit pas dépasser 120 °C (risque de dégradation de l'huile).

Le rapport de compression (P_refoulement / P_aspiration) ne devrait pas dépasser 10:1.

Une température de refoulement anormalement élevée peut indiquer un manque de gaz, un condenseur encrassé ou la présence de gaz non condensables.

Étape 2 : Condensation (au condenseur)

Le gaz chaud à haute pression entre dans le condenseur où il cède sa chaleur à l'environnement extérieur (air ou eau). La condensation se déroule en trois sous-phases :

Phase A — Désurchauffe (15-20 % du transfert) : Le gaz surchauffé est refroidi jusqu'à sa température de saturation. Par exemple, pour du R-404A à 1 200 kPa, la température de saturation est d'environ 35 °C. Le gaz passe donc de 80 °C à 35 °C sans changement d'état.

Phase B — Condensation (65-75 % du transfert) : Le gaz se condense en liquide à température constante (35 °C). C'est là que la majeure partie de la chaleur est libérée. Le changement d'état libère la chaleur latente de condensation.

Phase C — Sous-refroidissement (5-15 % du transfert) : Le liquide est refroidi sous la température de saturation, par exemple de 35 °C à 30 °C. Ce sous-refroidissement augmente l'effet frigorifique net en retardant la formation de flash gaz dans la conduite de liquide.

Piège d'examen : À l'examen BNQ, on vous demandera peut-être de calculer la capacité du condenseur. Rappelez-vous que Q_condenseur = Q_évaporateur + W_compresseur. Si l'énoncé donne l'effet frigorifique (50 kW) et la puissance du compresseur (15 kW), le condenseur doit dissiper 65 kW.

Étape 3 : Détente (au détendeur)

Le liquide à haute pression passe à travers le détendeur (thermostatique, électronique ou tube capillaire). La chute de pression brutale provoque :

Une vaporisation partielle et instantanée du liquide (flash gaz), qui représente 15 à 30 % du débit massique.

Une chute drastique de la température du mélange.

La transformation du fluide en un mélange liquide-vapeur à basse pression et basse température.

Exemple : Pour du R-134a passant de 35 °C (pression de saturation ~900 kPa) à -10 °C (pression de saturation ~200 kPa), environ 20 % du liquide se vaporise instantanément pour abaisser la température du mélange.

Étape 4 : Évaporation (à l'évaporateur)

Le mélange liquide-vapeur à basse pression circule dans l'évaporateur. Le liquide absorbe la chaleur du milieu à refroidir (air de la chambre froide, eau glycolée, etc.) et se vaporise. À la sortie de l'évaporateur, le gaz est légèrement surchauffé (5 à 8 °C au-dessus de la température de saturation) avant de retourner au compresseur.

Surchauffe idéale — Pourquoi 5 à 8 °C ?

Trop faible (< 3 °C) : Risque de coup de liquide au compresseur (slugging), qui peut endommager les soupapes, les pistons ou même casser la bielle.

Trop élevée (> 10 °C) : L'évaporateur est inefficace, la capacité frigorifique diminue, et la température de refoulement augmente.

1.4 Diagramme pression-enthalpie (P-h) — Guide pratique

Le diagramme P-h est un outil de diagnostic essentiel. Voici comment l'utiliser :

Étape 1 : Identifier les quatre points du cycle

Point 1 : Sortie de l'évaporateur / Entrée du compresseur (vapeur surchauffée à basse pression)

Point 2 : Sortie du compresseur / Entrée du condenseur (vapeur surchauffée à haute pression)

Point 3 : Sortie du condenseur / Entrée du détendeur (liquide sous-refroidi à haute pression)

Point 4 : Sortie du détendeur / Entrée de l'évaporateur (mélange liquide-vapeur à basse pression)

Étape 2 : Lire les enthalpies

h₁ : Enthalpie à l'aspiration du compresseur

h₂ : Enthalpie au refoulement du compresseur

h₃ : Enthalpie à la sortie du condenseur

h₄ : Enthalpie à l'entrée de l'évaporateur (généralement h₄ = h₃ pour une détente isenthalpique)

Étape 3 : Calculer les grandeurs caractéristiques

Effet frigorifique net : h₁ - h₄ (kJ/kg)

Travail de compression : h₂ - h₁ (kJ/kg)

Chaleur rejetée au condenseur : h₂ - h₃ (kJ/kg)

COP (Coefficient de Performance) : (h₁ - h₄) / (h₂ - h₁)

Exemple pas-à-pas avec le diagramme P-h du R-134a :

Pour une application de climatisation (évaporation à 5 °C, condensation à 40 °C) :

101.Sur le diagramme R-134a, localisez la pression d'évaporation (350 kPa pour 5 °C).

102.Suivez la ligne de saturation jusqu'à trouver le point de vapeur saturée.

103.Ajoutez 5 °C de surchauffe : c'est le point 1. Lisez h₁ ≈ 407 kJ/kg.

104.Suivez la ligne de compression isentropique jusqu'à la pression de condensation (1 016 kPa pour 40 °C). C'est le point 2. Lisez h₂ ≈ 431 kJ/kg.

105.À la sortie du condenseur (liquide saturé à 40 °C), lisez h₃ ≈ 256 kJ/kg.

106.L'enthalpie au point 4 est égale à h₃ (détente isenthalpique) : h₄ = 256 kJ/kg.

107.Calculez : Effet frigorifique = 407 - 256 = 151 kJ/kg

108.Calculez : Travail de compression = 431 - 407 = 24 kJ/kg

109.Calculez : COP = 151 / 24 = 6,3

Interprétation : Un COP de 6,3 signifie que pour chaque kW d'électricité consommé par le compresseur, le système produit 6,3 kW de froid. C'est un excellent rendement, typique des conditions de climatisation.

1.5 Surchauffe et sous-refroidissement — Diagnostic avancé

La surchauffe et le sous-refroidissement transforment les mesures de terrain en indicateurs fiables de charge, d'alimentation d'évaporateur et de protection du compresseur. Ces valeurs doivent être prises avec des instruments étalonnés, stabilisées dans des conditions connues, puis comparées aux données du fabricant plutôt qu'à une règle unique.

La surchauffe comme outil de diagnostic

La mesure de la surchauffe est l'un des outils de diagnostic les plus importants. Voici comment l'utiliser pour identifier les problèmes :

Surchauffe trop élevée (> 10 °C) :

Causes possibles : Charge de frigorigène insuffisante, détendeur sous-dimensionné, filtre obstrué, perte de charge excessive, évaporateur trop petit.

Symptômes associés : Température de l'espace réfrigéré trop élevée, compresseur qui chauffe anormalement, COP réduit.

Action corrective : Vérifier la charge, nettoyer le filtre, ajuster ou remplacer le détendeur.

Surchauffe trop basse (< 3 °C) :

Causes possibles : Charge excessive (surcharge), détendeur ouvert trop grand, bulbe du détendeur mal positionné, gaz non condensables.

Symptômes associés : Givre excessif sur la conduite d'aspiration, risque de coup de liquide, bruit anormal du compresseur.

Action corrective : Vérifier la charge, ajuster la surchauffe du détendeur, purger les gaz non condensables.

Le sous-refroidissement comme indicateur de charge

Le sous-refroidissement est un indicateur fiable de la quantité de frigorigène dans le système :

Sous-refroidissement trop faible (< 3 °C) :

Indique un manque probable de frigorigène ou un condenseur inefficace.

Le voyant de liquide montrera des bulles.

Action : Ajouter du frigorigène ou inspecter le condenseur.

Sous-refroidissement trop élevé (> 15 °C) :

Indique une charge excessive ou un condenseur trop efficace (température extérieure très basse).

Risque d'augmentation de la pression de refoulement si le condenseur ne peut pas dissiper la chaleur.

Action : Récupérer une partie de la charge ou installer un pressostat de régulation de condensation.

1.6 Références CSA B52 et RBQ applicables

La norme CSA B52 — Code mécanique de la réfrigération — est la référence technique principale. Voici les articles les plus pertinents pour ce chapitre :

Article 4.2 — Classification des systèmes : Définit trois catégories de danger basées sur le type de frigorigène et l'emplacement du système. Un système à ammoniac dans une salle des machines dédiée n'a pas les mêmes exigences qu'un petit système au R-290 dans un commerce de détail.

Article 5.3 — Dispositifs de sécurité : Exige que tout système frigorifique soit protégé contre les surpressions par des soupapes de sûreté ou des disques de rupture, dimensionnés selon le débit maximal de frigorigène.

Article 6.1 — Salles des machines : Prescrit les exigences de ventilation (minimum 30 changements d'air par heure pour l'ammoniac), détection de gaz, arrêt d'urgence, éclairage de sécurité, et construction coupe-feu.

RBQ — Règlement sur la qualification professionnelle : Exige que les travaux de conception et d'installation des systèmes frigorifiques soient réalisés par des entrepreneurs titulaires d'une licence appropriée (sous-catégorie 2.2).

1.7 Pièges d'examen fréquents

Piège n° 1 — Confusion entre pression absolue et relative : À l'examen BNQ, lisez attentivement les énoncés. Si la question donne une pression en psig ou en kPa relatifs, vous devez ajouter la pression atmosphérique pour les calculs thermodynamiques.

Piège n° 2 — Oubli du flash gaz : Lors du calcul du débit massique, n'oubliez pas que 15 à 30 % du liquide se vaporise instantanément au détendeur. Ce n'est pas une perte — c'est un phénomène normal et nécessaire.

Piège n° 3 — COP et EER : Le COP n'a pas d'unités (rapport de puissances). L'EER (Energy Efficiency Ratio) s'exprime en BTU/(W·h). Au Québec, on utilise généralement le COP. Ne les confondez pas à l'examen.

Piège n° 4 — Température de saturation vs température réelle : Lorsqu'on vous demande la température de l'évaporateur, on fait généralement référence à la température de saturation du frigorigène à la pression d'évaporation, PAS à la température de l'air de sortie.

Piège n° 5 — Signes du sous-refroidissement : Le sous-refroidissement est toujours positif (température de saturation - température réelle du liquide). Une valeur négative n'a pas de sens physique (le liquide serait encore en train de se condenser).

1.8 Questions de pratique

146.Un système frigorifique au R-134a a une température d'évaporation de -10 °C et une température de condensation de 35 °C. Si le compresseur consomme 12 kW et que le COP est de 3,5, quel est l'effet frigorifique net ?

(Réponse : Effet frigorifique = COP × W = 3,5 × 12 = 42 kW)

148.La température de refoulement d'un compresseur est de 95 °C. La pression au refoulement correspond à une température de saturation de 40 °C. Quelle est la surchauffe au refoulement ?

(Réponse : 95 - 40 = 55 °C de surchauffe — normal pour la sortie du compresseur)

150.Un évaporateur reçoit du R-404A à -25 °C et produit un effet frigorifique de 60 kW. Si le débit massique est de 0,45 kg/s, quelle est la variation d'enthalpie dans l'évaporateur ?

(Réponse : Δh = Q / ṁ = 60 / 0,45 = 133,3 kJ/kg)

152.Vrai ou faux : Le sous-refroidissement augmente l'effet frigorifique net du cycle.

(Réponse : Vrai. Un liquide plus froid à l'entrée du détendeur produit moins de flash gaz, donc plus de liquide disponible pour l'évaporation.)

154.Quel est l'effet d'une augmentation de la température de condensation sur le COP ?

(Réponse : Le COP diminue, car le travail de compression augmente tandis que l'effet frigorifique diminue.)

1.9 Résumé du chapitre

La thermodynamique est le fondement scientifique de la réfrigération. Les quatre lois de la thermodynamique expliquent pourquoi et comment un système frigorifique peut transférer de la chaleur d'une source froide vers une source chaude. Le cycle à compression mécanique de vapeur — compression, condensation, détente, évaporation — est le processus standard dans l'industrie.

Le diagramme P-h est l'outil de diagnostic par excellence : il permet de visualiser le cycle, de calculer le COP, et d'identifier les anomalies. La surchauffe (idéalement 5-8 °C à la sortie de l'évaporateur) et le sous-refroidissement (idéalement 5-10 °C à la sortie du condenseur) sont les deux paramètres de réglage essentiels.

La norme CSA B52 encadre la conception et l'installation des systèmes, tandis que la RBQ veille à la qualification des entrepreneurs. La maîtrise de ces concepts est indispensable pour réussir l'examen de certification BNQ 1792-400 et pour exercer le métier d'opérateur en réfrigération en toute compétence.

Pour approfondir, consultez le guide ASHRAE Fundamentals (chapitres 1 à 4) et le site de la RBQ pour les mises à jour réglementaires.

1.3 Les quatre lois de la thermodynamique appliquées au froid

La première loi de la thermodynamique (conservation de l'énergie) stipule que l'énergie ne se crée ni ne se détruit. Dans un système frigorifique, cette loi se traduit par le bilan énergétique du cycle : la chaleur extraite de l'évaporateur (Qf) additionnée au travail du compresseur (W) égale la chaleur rejetée au condenseur (Qc). La relation fondamentale Qc = Qf + W permet de dimensionner les échangeurs et de vérifier la performance du système.

La deuxième loi de la thermodynamique établit que la chaleur ne peut passer spontanément d'un corps froid à un corps chaud sans apport d'énergie extérieure. Cette loi justifie l'utilisation d'un compresseur pour transférer la chaleur de la source froide (espace réfrigéré) vers la source chaude (extérieur). Le coefficient de performance COP = Qf / W mesure l'efficacité de ce transfert forcé.

La troisième loi de la thermodynamique concerne l'entropie au zéro absolu. En réfrigération, elle explique les limitations des cycles cryogéniques et l'augmentation irréversible de l'entropie dans les processus réels de compression et de détente.

1.4 Cycle frigorifique à compression mécanique — analyse détaillée

Le cycle frigorifique à compression mécanique comporte quatre phases principales : compression, condensation, détente et évaporation. Sur le diagramme pression-enthalpie (P-h), le cycle idéal forme un rectangle dont les côtés représentent les transformations successives.

La compression (1→2) : le fluide frigorigène à l'état de vapeur saturée (point 1) est comprimé adiabatiquement par le compresseur. La pression et la température augmentent brusquement jusqu'à dépasser celles de la source chaude. Le travail de compression W = h₂ - h₁, où h est l'enthalpie massique du fluide.

La condensation (2→3) : la vapeur surchauffée entre dans le condenseur où elle cède sa chaleur latente au milieu extérieur. La vapeur se condense à pression constante jusqu'à devenir liquide saturé (point 3). La chaleur rejetée Qc = h₂ - h₃.

La détente (3→4) : le liquide saturé traverse le détendeur (capillaire ou thermostatique) où sa pression chute brutalement. La détente est isenthalpique (h₃ = h₄). Une partie du liquide se vaporise (flash gazeux), ce qui abaisse la température du mélange.

L'évaporation (4→1) : le mélange liquide-vapeur pénètre dans l'évaporateur où il absorbe la chaleur du milieu à refroidir. Le liquide s'évapore à pression constante jusqu'à devenir vapeur saturée (point 1). La puissance frigorifique Qf = h₁ - h₄.

1.5 Diagramme P-h et calculs de performance

Le diagramme P-h est l'outil principal de diagnostic des systèmes frigorifiques. La région de saturation (courbe en cloche) délimite les zones de liquide, de vapeur et de mélange. Les courbes d'isothermes, d'isentropes et d'isochores permettent de lire les propriétés du fluide à chaque point du cycle.

Le coefficient de performance (COP) frigorifique est le rapport de la puissance frigorifique nette à la puissance absorbée par le compresseur : COP = Qf / W = (h₁ - h₄) / (h₂ - h₁). Un COP de 3 signifie que pour 1 kW électrique absorbé, le système produit 3 kW de froid.

Le rendement volumétrique du compresseur ηv = débit effectif / débit théorique. Il dépend du rapport de compression, des jeux mécaniques et des pertes de charge. Un rendement de 0,75 à 0,85 est typique pour les compresseurs alternatifs bien entretenus.

1.6 Cycle réel et pertes

Le cycle réel diffère du cycle idéal par plusieurs irréversibilités. La surchauffe à l'aspiration (5 à 10 K au-dessus de la saturation) garantit qu'aucun liquide n'atteint le compresseur. Le sous-refroidissement à la sortie du condenseur (3 à 5 K en dessous de la température de condensation) améliore le rendement.

Les pertes de charge dans les conduites et les échangeurs dégradent le COP. La perte de charge à l'aspiration est la plus critique car elle réduit la pression d'entrée au compresseur, augmentant le rapport de compression. Une perte de 0,1 bar à l'aspiration peut réduire le COP de 3 à 5 %.

1.7 Fluides frigorigènes et leur représentation sur le diagramme P-h

Chaque fluide frigorigène possède son propre diagramme P-h. Le R-134a (HFC) a une pression de saturation de 5,7 bar à 20°C et de 1,0 bar à -20°C. Le R-404A a des pressions plus élevées pour les mêmes températures. Le R-290 (propane, frigorigène naturel) offre d'excellentes propriétés thermodynamiques mais nécessite des précautions d'explosion.

La pente des isentropes sur le diagramme indique la température de refoulement potentielle. Un rapport de compression de 8:1 avec du R-404A peut produire une température de refoulement de 120°C, proche de la limite de décomposition de l'huile.