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Université Mohamed El Bachir El Ibrahimi Bordj Bou Arreridj Faculté des Science

Université Mohamed El Bachir El Ibrahimi Bordj Bou Arreridj Faculté des Sciences et de la Technologie Département d'Electromécanique الجمهورية الجزائرية الديمقراطية الشعبية République Algérienne Démocratique et Populaire Ministère de l’enseignement Supérieur et de la Recherche scientifique Module : thermodynamique appliquée. Machine frigorifique Réaliser par : - Belaitouche Fouad - Ehel Ebbe sidi mohamed Année universitaire : 2017/2018 Sommaire : -historique sur la production du froid -définition de la machine -application du froid -pompe a chaleur -principe de fonctionnement -les différentes composantes de la pompes a chaleur - la partie expérimentale -conclusion Bref historique de la production de froid : QF QC W Source Chaud Machine Frigorifique Source Froid En 1902, un ingénieur américain mit au point un système pour refroidir un local fermé. Son invention parviendra quelques années plus tard en France pour un usage industriel, avec l'apparition des premières chambres froides. Le froid est devenu une forme d'énergie importante dans notre société. Utilisé dans un grand nombre de secteurs et sous de nombreuses formes (conservation de denrées périssables, climatisation, refroidissement de procèdes industriels etc.). Les systèmes frigorifiques à compression nécessitent en effet pour leur fonctionnement l'utilisation de fluides frigorigènes. Ce système utilisé largement pour les pompes à chaleur de petites et grandes puissances, les climatiseurs et les groupes de réfrigérations classiques. Le cycle à compression mécanique de vapeur comprend généralement trois éléments essentiels : les échangeurs aux sources chaude et froide (condenseurs et évaporateurs), le compresseur et le détendeur. Définition : Une machines frigorifique, est une machine thermodynamique destinée à assurer le froid d’un local ou d’un système à partir d’une source de chaleur externe dont la température est supérieure à celle du local ou du système à refroidir. C’est donc un système de froid qui transfère des calories d’un milieu à haute niveau de température vers un milieu où la température doit être inférieur. L’écoulement naturel de la chaleur s’effectuant toujours d’un corps froid vers un corps chaud, on peut définir également la machine frigorifique comme un matériel permettant de réaliser l’écoulement de chaleur inverse du sens naturel, c’est–à–dire d’un milieu chaud vers un milieu froid. Une dépense d’énergie sera bien entendu inévitable pour réaliser ce transfert inverse. L’énergie nécessaire pour assurer le transfert doit être inférieure à l’énergie calorifique utile pour que le système ait un quelconque intérêt. Applications industrielles du froid Fig. : Diagramme énergétique d'une machine frigorifique • Domaine médical : cryochirurgie, conservation de certains produits, organes... • Industries alimentaires : conservation des aliments, pasteurisation des liquides... • Industries chimiques et pétrochimiques : liquéfaction des gaz pour le transport, d ´paraffinage,d´débenzolage... • Génie civil : refroidissement des bétons, congélation des sols aquifères... • Conditionnement des locaux : rafraichissement de l’air, conditionnement des patinoires, canons a` neige... • Laboratoires d’essai et de recherche : étude des matériaux et comportement de la matière a` très basse température... • Production de neige carbonique : maintien du froid `a basse température ( −80 ◦ • Principedelapompeàchaleur : Le principe de la pompe à chaleur repose sur la technologie de la construction des machines frigorifiques éprouvée depuis des années. Mais, attention ! Il y a une différence importante : la chaleur n'est pas produite par la combustion, mais par les phénomènes physiques que génère l'évaporation. En effet, un liquide qui s'évapore se refroidit, c'est le cas lorsque votre corps est mouillé, la chaleur nécessaire à l'évaporation est extraite de la peau. La vapeur qui se dégage emporte avec elle cette chaleur et la libère à un autre endroit par condensation. Les fluides frigorigènes sont des liquides qui s'évaporent et soutirent de la chaleur même par des températures extérieures très basses, en hiver. Le fonctionnement : La pompe à chaleur est composée de deux échangeurs, un est appelé EVAPORATEUR, il capte la chaleur de l'environnement. L'autre est appelé CONDENSEUR, il restitue la chaleur amplifiée au chauffage. Entre ces deux échangeurs se trouve le COMPRESSEUR (amplificateur de chaleur). Le pilotage de l'évaporation/condensation est réalisé par le DETENDEUR (vanne d’expansion). LES COMPOSANTS de La pompe à chaleur : 1. Compresseur. 2. Support pivotant du réservoir rouge d'eau de la source chaude. 3. Condenseur. 4. Épurateur : Filtre le fréon liquide des bulles de gaz qu'il contient. 5. Détendeur. 6. Capteur de température du détendeur avec isolation thermique. 7. Évaporateur. 8. Support pivotant du réservoir bleu d'eau de la source froide. 9. Serpentin qui empêche la transmission des vibrations du compresseur à l'ensemble du montage. 10. Pressostat : Arrête le compresseur quand la pression côté condenseur dépasse 16 bar. 11. Capteurs de température au niveau des tuyaux en cuivre du circuit. 12. Manomètre côté basse pression. Graduation intérieure pour la mesure des pressions (relatives) de -1 à +10 bar. Graduation extérieure de -60 à +45°C avec température du point de rosée du fréon R12 (les deux graduations centrales sont des échelles prévues pour d'autres fluides). 13. Manomètre côté haute pression. Graduation intérieure pour la mesure des pressions (relatives) de -1 à +30 bar. Graduation extérieure de -70 à +95°C avec température du point de rosée du fréon R12 (les deux graduations centrales sont des échelles prévues pour d'autres fluides). Fluide frigorigène : La recherche est intense dans le domaine des fluides frigorigènes. Les CFC R12 et R502 fréquemment utilisés jusqu'à la fin des années 1980 ne peuvent plus l 'être dans les installations nouvelles (destruction de la couche d'ozone). Transitoirement, on utilise le R22 (HCFC), qui sera interdit dès le 31 décembre 2001. Les réfrigérants de substitution sont actuellement le R134a (HFC) et R407c (HFC). Le réfrigérant naturel qui arrive sur le marché pour les petites puissances est le propane R290 (HC), il est toutefois inflammable, et la norme suisse SN 253 130 régis les exigences d'installation. Evaporateur / Condenseur Dans l'évaporateur, le fluide frigorigène liquide s'évapore en absorbant la chaleur de l'environnement. Dans le condenseur, ce même fluide frigorigène retrouve son état liquide en transmettant sa chaleur au circuit de chauffage. Il existe différents types d'évaporateurs et de condenseurs, les plus utilisés sont des échangeurs à plaques, on trouve encore beaucoup de machines équipées d'échangeurs coaxiaux. Vanne de détente Le fluide frigorigène liquide sous haute pression qui sort du condenseur traverse un Étranglement (vanne de détente) avant de parvenir sur la partie basse pression du circuit (côté évaporateur). Ce n'est qu'à basse pression que le fluide frigorigène peut s'évaporer et ainsi absorber de la chaleur. Compresseur Dans les installations de villas et petits immeubles, ou la puissance ne dépasse pas 100 k compresseurs utilisés sont généralement des modèles hermétiques. Actuellement de type rotatif (scroll). Les avantages: prix intéressant, construction compacte, pas d'entretien et très silencieux. Évaporateur E Vanne de détente 1 2 Compresseur r W 3 Local à chauffer 6 QF Condenseur r C 4 5 TF TC QC Schéma fonctionnement de la pompe à chaleur : État 1 :Le fluide frigorigéne arrive à l'entrée du compresseur à l'état gazeux à la pression pE et température θ1. État 2 : Il passe alors dans le compresseur qui le comprime à la pression pC. Cette compression rapide est supposée adiabatique : le fréon gazeux s'échauffe jusqu'à la température θ2. État 3 : Dans le serpentin du condenseur C, le fréon se refroidit jusqu'à la température θC de la source chaude et commence à se liquéfier sous la pression pC à la température θC. État 4 :Le fréon, sorti du condenseur à la température θC et à la pression pC, se refroidit sur son trajet jusqu'au point 4 où il est à la température θ4 tout en restant à la pression pC. État 5 :Dans une vanne de détente, il subit une détente isenthalpique qui le ramène à la pression pE en subissant un début de vaporisation à la température θ5. État 6 : A l'arrivée dans l'évaporateur E, le fréon finit sa vaporisation sous la pression constante pE et à la température θ5. Au contact de la source froide, il se réchauffe jusqu'à la température θ6 = θF. Retour à l'état 1 :Entre la source froide et le compresseur, le gaz se réchauffeégèrement de θF à θ1 Les cycles frigorifiques: Le calcul dune machine frigorifique s’effectue sur la base du tracé du cycle frigorifique de la dite machine.Les principaux paramètres permettant d’effectuer le tracé de ce cycle frigorifique sont les suivants : – La température de condensation (pression de condensation). – La température d’évaporation (pression d’évaporation). – La surchauffe des vapeurs de fluide frigorigène à la sortie de l’évaporateur. – Le sous-refroidissement du fluide frigorigène liquide à la sortie du condenseur. Le régime de fonctionnement d’une machine frigorifique est définit par : – La température de condensation. – La température d’évaporation Ces températures sont déterminées à partir des températures des médiums à savoir : – La température de l’air extérieur pour les condenseurs à air. – La température de l’eau disponible pour les condenseurs à eau. – La température à obtenir dans l’enceinte à refroidir pour les évaporateurs à air. – La température de refroidissement du fluide pour les évaporateurs à eau. Le régime de fonctionnement d’une machine frigorifique est une donnée fondamentale. La uploads/Industriel/ tp3-machine-frigorifique.pdf