Froid Industriel

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Froid IndustrielMachines Frigorifiques

Prpar par : prof Mme MEDIOUNI Mr. KHERBECHE

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Introduction Le froid trouve de nombreuses applications dans des domaines trs varies (industries agro-alimentaires, mdecine, confort thermique, ptrolochimie) et cest dans le domaine alimentaire que le froid occupe une place prpondrante car il permet de limiter les gaspillages (pertes aprs rcolte) et de prolonger la dure de conservation des produits ce qui permet un largissement des changes. EX : On a pu estimer que dans certaines rgions du monde, 50% des denres alimentaires disponibles se perdent entre la priode qui scoule entre le moment de la production et celui de la consommation. Lobjectif du froid Dans le domaine alimentaire Le froid permet de maintenir la qualit originale des produit en limitant (ou en supprimant) les altrations lies au dveloppement des microorganismes, altrations trs rapides dans les pays chauds cause des conditions climatiques (temprature, humidit relative) qui sont favorables la prolifration des bactries, levures et moisissures. En industrie agroalimentaire (lait, fromage) le froid permet damliorer leur qualit en favorisant la matrise des conditions de fabrication par une optimisation des paramtres climatiques influenant le comportement des microorganismes. Le froid permet aussi laugmentation du volume de production agricole par la modification du cycle vgtatif des plantes amliorant ainsi leur rendement (printanisation des crales). Pendant les mois de repos les germinations, sous l'action du froid, subissent une srie de transformations internes qui les rend aptes monter en fleur au printemps suivant. Sans cette action, le bl d'hiver donnerait trs peu ou pas d'pis En production animale Le froid permet la conservation longue dure du sperme destin linsmination artificielle ou encore la conservation des srums et des vaccins destins enrayer les pidmies frappant les animaux. Il permet daugmenter la dure de conservation de certains fruits et lgumes, de mme lutilisation dadjuvants permet de renforcer laction du froid mais leur utilisation doit tre conforme la lgislation nationale relative la protection des aliments. Machine frigorifique La production de froid pour les besoins domestiques, commerciaux et industriels ncessitent lutilisation dun dispositif capable dextraire de la chaleur dans le milieu refroidir pour la rejeter dans un milieu dit extrieur, ce dispositif qui obit ncessairement au second principe de la thermodynamique est appel machine frigorifique . La conception, la ralisation et lexploitation et/ou le suivi dune telle machine ncessitent de bonnes connaissances en thermodynamique, en mcanique des fluides, en transfert thermique et en lectrotechnique. Le froid peut tre produite directement ou indirectement. On parle de refroidissement direct lorsque la substance refroidir (par exemple lair) est en contact avec le fluide circulant en circuit ferm dans la machine (par lintermdiaire de lchangeur).

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Le refroidissement est dit indirect lorsquon utilise un fluide intermdiaire (par exemple leau) entre la subsistance refroidir (lair) et le fluide circulant en circuit ferm dans la machine. Le fluide intermdiaire est appel fluide frigoporteur.

Types de machines frigorifiques On distingue plusieurs sortes de machines frigorifiques : - Machines compression - Machines jection - Machines absorption - Machines adsorption - Machines raction chimique

LES MACHINES FRIGORIFIQUES A COMPRESSION SIMPLE Ces machines frigorifiques nutilisent quune compression simple (c..d pas de compresseurs en tage ). Le compresseur est soit un compresseur pistons, soit un compresseur membrane ou un compresseur vis. Principe de fonctionnement de la machine frigorifique Une machine frigo (MF) comprend principalement quatre lments principaux et divers accessoires Les lments principaux sont : le compresseur K le dtendeur D deux changeurs de chaleur : le condenseur C et lvaporateur E Les accessoires les plus courants sont : un dshydrateur DH un voyant liquide V deux manomtres HP (M2) et BP (M1)

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Schma dune machine frigo (masse de 1kg de fluide) Cycle de la machine MF :

Les Rles des diffrents organes de la machine MF : Rle du compresseur K : il met en route la circulation du fluide (pompe aspirante et refoulante) il comprime le gaz (1-2) de la pression p0 (~2bar) pc (~8bar) pour le fron F22 en absorbant un travail W * on distingue entre compresseurs frigorifiques ouverts, semi-hermtiques et hermtiques (Fig)

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Types des compresseurs : il refroidit la vapeur surchauffe (dsurchauffe 2-2) il y a condensation de la vapeur V => L (2-3) en librant les calories qc (source chaude) pression et temprature constantes (pc = cte et tc = cte) on dimensionne le condenseur C de sorte que la condensation soit totale la sortie

Rle de lvaporateur E : il vaporise le fluide (L =>V) en absorbant les calories q0 la source froide, pression et temprature constantes (p0 = cte et t0 = cte)

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Rle du dtendeur D : il rduit fortement la pression HP par perte de charge D p travers un tube capillaire ou un robinet pointeau cette dtente entrane une vaporisation partielle du liquide et un refroidissement du fluide Rle du Voyant V : il permet de contrler la charge en fron de la machine lors du remplissage et en cours de fonctionnement il signale la prsence dhumidit (vapeur deau) dans le fluide grce une pastille verte qui vire au jaune Rle du dshydrateur DH : il filtre le fluide qui le traverse (copeaux mtalliques, trace de soudure) et limine la vapeur deau avec du silicagel Rle des manomtres HP et BP : ils contrlent la pression dans le condenseur (HP) et lvaporateur (BP) et le bon fonctionnement de linstallation ils sont gradus par rapport la pression atmosphrique et indiquent donc une pression relative (pabs = pr + 1 bar) ils mesurent aussi les tempratures tc et t0 dans le condenseur et lvaporateur, du fait de la relation univoque p= f(t) lors dun changement dtat

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Autres organes Ces diffrents lments ou organes de la machine frigo sont illustrs dans les Fig. 9 avec dautres accessoires telles les vannes simples ou lectromagntiques, la vanne inversion de cycle ( quatre voies), le dtendeur thermodynamique... A ct des organes dj mentionns, on utilise encore dautres accessoires pour : commander ou rguler la machine MF (pressostat HP-BP, thermostats de rglage, pressostats eau,...) pour mesurer et contrler des grandeurs (manomtres, thermomtres, wattmtre, dbimtres...)

Fluide frigorigne : Le fluide frigorigne permet les changes de chaleur dans un systme frigorifique par ses changements dtat que sont lvaporation et la condensation. Il peut se dfinir comme une substance chimique dont la temprature dvaporation la pression atmosphrique est infrieure la temprature ambiante, autrement dit le fluide frigorigne doit tre liquide cette ambiance. Par temprature ambiante, il faut comprendre lambiance ou le milieu refroidir.

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Tempratures dbullition de quelques fluides la pression atmosphrique Il est important pour un fluide frigorigne (rfrigrant) davoir une temprature dvaporation peu leve pour que le changement dtat (passage de la phase liquide la phase vapeur) soit ralisable. Le changement dtat seffectue temprature et pression constantes (stabilisation de leffet de rfrigrant une temprature donne) et cest durant cette phase que la quantit de chaleur absorbe (ou rejete) est la plus importante.

Proprits dun fluide frigorigne : Le fluide frigorigne tant un medium qui sert vacuer de la chaleur possde des caractristiques propres (physiques, thermodynamiques et chimiques). Il doit possder les proprits requises dun bon fluide frigorigne que sont : - ne pas dtruire la couche dozone - avoir un faible potentiel deffet de serre - avoir une grande chaleur latente de vaporisation - avoir un point dbullition sous la pression atmosphrique suffisamment bas compte tenu des conditions de fonctionnement dsires (de sorte que la temprature dvaporation soit toujours un niveau plus lev que la temprature correspondant la pression atmosphrique) - avoir une temprature critique leve (de sorte que la temprature de condensation dans les conditions dutilisation soient bien infrieure cette temprature critique) - avoir un faible rapport de compression, cest dire faible rapport entre les pressions de refoulement et daspiration - avoir un faible volume massique de la vapeur sature rendant possible lutilisation dun compresseur et de tuyauteries de dimensions rduites 8

- ne pas voir daction sur le lubrifiant (huile) employ conjointement - tre non toxique et sans effet sur la sant du personnel - tre non inflammable et non explosif en mlange avec lair, - tre non corrosif, pas daction sur les mtaux constituants le circuit, pas daction sur les joints - sans odeur ou nayant quune odeur non dsagrable - sans action sur les denres conserver - tre dun cot peu lev et dun approvisionnement facile - fuites faciles dtecter et localiser par mthode visuelle Courbe de saturation :

Diagramme enthalpique du R22 La figure suivante reprsente le diagramme enthalpique pour le fluide frigorigne R22 CLASSIFICATION des fluides frigorignes Les fluides frigorignes obissent une classification qui permet une dsignation prcise de chaque fluide. Cette classification est effectue sur la base de critres diffrents suivant la famille ou la sous famille de fluides considrs. Les composs inorganiques Les fluides de cette famille sont les ceux de la srie 700. Le fluide le plus utilis de cette famille est lammoniac (NH3) et il est dsign par R717 - R dsigne Rfrigrant - Le 7 des centaines dsigne la srie 700 - Le 17 reprsentant les deux derniers chiffres dsigne la masse molaire du corps (14 pour lazote N et 3 pour lhydrogne H Autres exemples de composs inorganiques : - leau (H20)