G1l1, 0 3 ~ OPROJET DE FIN D'ETUDESD WBDBLOBiano. DU DIPLIIB D'IIIGBilIBURDB COBCBPTIO.COBCEPTIOB D'UlI ERTREPOT FRIGORIFIQUEFOBCTlOIOlAllT AVEC DE L'ElRGIE SOLAIREPHOTOVOLTAIQUE.!AUTEUR: )Ir PAPA T.AImAJrBA lI'DlAYBNCADREUR: MrMAMADOUSARRENCADREUR:MI' I.\ULD ~ ' I AREDU : Mr irALKaIXPFE de MPAPA TANDAKHA N'DIAYE, Diplme d'ingnieurde conception en Gnie lectromcanique, ESP centre deThisDf3DrCACf35AMA MeRe R.OUCjUI BA...AMON retee Feu AssANeN"DIAyeAFeu MON FReReALIOUNe BAPARA- N"DIAyeAMes FReReS er:SURSA TOUS Mes AMIS.Anne acadmique 2005/2006PFE de MPAPA TANDAKHA N'DIAYE, Diplme d'ingnieurdeconception en Gnie lectromcanique, ESP CentredeThisR5M5Rcr5M5NTSAprsavoir rendu grce Dieu,l'ternel soutien et prisurle sceau desprophtes Mohamed(PSL), je nesauraisautennedecetravail m'empcherd'adressermaprofondegratitudetous ceuxqui deprs oude loin, directement ouindirectement, de faon active oummepassive ont apport leurscontributions l'aboutissement duprsent PFE et l'dification dece que je deviens aujourd'hui.Je remercie toutparticulirement: Monsieur Mamadou SARR (Professeur l'ESP, mon directeur de projet), Monsieur Paul DEMBA (Professeur l'ESP, codirecteur de projet), Monsieur Fade) NIANG (Professeur l'ESP, membre du jury) Monsieur Vincent SAMBOU (Professeur l'ESP, membre du jury)pour leur encadrement, leur disponibilit, leurs conseils et leurs remarques pertinentes pour laprennit de cet crit.Je remercie galement:Ma famille paternelle et maternelle.Mon oncle Ibrahima N'DIAYE et sa famille.Mon frre Balla N'DIAYE FALL et sa famille.Toutes les familles qui ont voulu m'accueillir durant mon cursus scolaire et universitaire.Mes frres, mes surs, mesamis, tout le personnel de l'ESP et du COUD.Mention spciale mescamarades de promotion.Anne acadmique 2005/200611PFE de MPAPA TANDAKHA N'DIAYE, Diplme d'Ingnieur de conception en Gnie lectromcanique,ESP Centre deThisDansuncontexteassociant dveloppement et technologie; onest amenserapprocher despopulations les plus ncessiteuses. Mais aussi l'nergie faisant parfois dfaut dans descontres oson besoin sefait vraiment sentir,l'homme doit fairerecours sa crativit pourpallier ce vide.Ce projet intitulConception d'unentrept frigorifiquefonctionnant avec del'nergiesolaire photovoltaqueest unecontribution pour la promotion desnergies renouvelables,la luttecontre le sous-dveloppement, l'exode rural et l'attnuation desdsquilibres sociauxde plus en plus menaants.En premier lieu, nous avons dimensionn l'entrept frigorifique aprs aVOIr nonc lesformuleset les termes thoriques relatifs l'nergie.Ensuite, l'obtention des besoins en lectricit, nous a perrrus de dimensionner lescomposantes du systme solaire. Lors de ce dimensionnement un logiciel du nomdeRETScreen International donn gratuitement parle gouvernement canadien a t utilis.Une tudefinancire serait, certes, souhaitable mais n'ayant pasles donnes escomptes, nousn'avons finalement pas pu le faire.L'entrept frigorifique enquestion estimplant dansla zone de Diama ou environ. Diama estun village situ 37 km de la ville de Saint-Louis, il abrite le barrage antisel de l'MVS.Les activits dominantes de lapopulationsont lapche, l'agricultureet lecommerce. Laproximit du barrage a faitquela zone est trsriche en ressources halieutiques. Ainsi prs de75% des jeunes sont des pcheurs et cela vient s'ajouter l'implantation defamilles pcheurshabitant leWalo. De ce fait lapcheoccupeune placeprpondrantedans l'conomieduvillage. Cependant l'obstacle crucial de l'activit est la conservation.Forceest de remarquer quela plupart desvillages de la zone n'ont pasd'lectricit. Cet ainsique pour que toute la zone puisse tirer profit de cette tude, on a opt pour l'nergie solaire.La pche est uneactivit fluctuante; ilarrive desmoments ola denre qui est le poisson sefait trs rare et des moments d'abondance. L'entrept frigorifique jouera deux rles savoir:./ Encas d'abondance, conserverlepoisson jusqu'lavenuedes voituresfrigorifiquesc'est--dire les clients../ En cas de manque, conserver dupoissonachet Saint-Louis pour une vente enquantit et qualit meilleures la population de la zone.Anne acadmique 2005/2006IIIPFE de MPAPA TANDAKHA N'DlAYE, Diplme d1ngnleur de conception en Gnie lectromcanique,ESP Centrede ThisTABLE DES MATIERESPageDdicaces iRemerciements .iiRsum .iiiTable des matires .ivListes des tableaux xListes des figures xiiListes des abrviations xiiiAvant propos xivPartie A: Dimensionnement de l'entrept frigorifique 1Introduction 2Chapitre 1 : Gnralits 31. Modes de production du froid et applications : .32. La rfrigration 43. Quelques lments de physique .43.1. La temprature 43.2. La chaleur 53.2.1. Chaleur sensible et chaleur latente 53.2.2. Quantit de chaleur 63.3. La puissance 63.4. La pression 63.5. Le changement d'tat 73.5.1. Fusion et solidification 73.5.2. Vaporisation 83.5.3. Condensation 93.5.4. Sublimation 94. Les fluides frigorignes 95. Organes principaux d'une machine frigorifique 116. Dgivrage des vaporateurs 13Anne acadmique 2005/2006IVPFE de MPAPA TANDAKHA N'DIAYE, Diplme d1ngnleur de conception en G[llelectromcanique,ESP Centrede ThisChapitre II : Rappelsthoriques 141. Transmission de chaleur 141.1. Transmission de chaleur par conduction 141.1.1. Conduction traversun mur homogne plan 141.1.2. Conduction travers un mur compos plan 151.2. Transmission de chaleur par rayonnement 161.3. Transmission de chaleur par convection 172. Coefficient global de transmission thermique 172.1. Cas d'un mur plan homogne .172.2 Cas d'une paroi plane compose : 183. Proprits gnrales des gaz 183.1. Caractristiques de l'air humide 183.1.1 Composition de l'air humide " 193.1.2. Varits d'air humide .193.2. Grandeurs caractristiques de l'air humide 203.2.1. La temprature sche 203.2.2. La temprature humide 203.2.3. La temprature de rose .213.2.4. La teneur en vapeur d'eau 213.2.5. L'humidit relative 213.2.6. L'enthalpie massique 223.2.7. Le volume massique 223.2.8 La densit 22Chapitre III: Dispositions constructives de l'entrept frigorifique 231. Les paramtres environnementaux 232. Les paramtres internes 243. Dimensions et choixdes constituants des parois 243.1. Coefficient de conductivi t 253.2. Dtermination des paisseurs des isolants .263.2.1. Relation entre l'paisseur de l'isolant et la dperdition maximale K' 263.2.2. Conditions de temprature - 273.2.3. Epaisseurs des isolants 284. Dtermination des dimensions de l'entrept 30Chapitre IV: Bilan frigorifique 32Anne acadmique 2005/2006vPFE de MPAPA TANDAKHA N'DrAYE, Diplme d1ngnleur de conception en Gnie lectromcanique,ESP Centrede This1. Calcul des charges thermiques externes 331.1. Quantit de chaleur journalire par transmission travers les parois (Qtr) 331.2. Quantit de chaleur journalire par renouvellement d'air (Qre) 331.3. Charges dues l'ouverture des portes (Qop) 342. Calcul des charges thenniques internes 342.1. Charges thermiques internes indpendantes des produits entreposs 342.1.1. Charge thermique due l'clairage (Qec) 342.1.2. Charge thermique dueaux personnes (Qpe) 352.2. Charges dpendantes des produits entreposs 362.2.1. Charge dueaux denres entrantes (Qde) 362.2.2. Charge thermique due aux moteurs des ventilateurs des vaporateurs 372.2.3. Charge thermique dueaux rsistances de dgivrage .393. Contrle de la puissance frigorifique effective Qo de l'vaporateur .40Chapitre V: Choix des quipements de l'installation frigorifique .411. Les vaporateurs 411.1. Evaporateurs dtente sche .411.2. Evaporateurs noys 411.3. Les vaporateurs air convection naturelle 421.4. Les vaporateurs air convection force .421.5. Dgivrage par rsistances lectriques .431.6. Choix de l'vaporateur 432. Les compresseurs et groupe de condensation .442.1. Les compresseurs hermtiques .442.2. Les compresseurs ouverts 442.3. Les compresseurs semi hermtiques ou semiouverts 442.4. Notion de groupe de condensation .452.5. Choix du compresseur ou du groupe de condensation .453. Les condenseurs air 473.1. Les condenseurs air convection naturelle .473.2. Les condenseurs air convection force .483.3. Choix du condenseur 484. Les dtendeurs 484.1. Les tubes capillaires 494.2. Les dtendeurs thermostatiques .49Anne acadmique 2005/2006ViPFE de MPAPA TANDAKHAN'DrAYE, Diplmed'ingnieurde conception en Gnie lectromcanique, ESP Centrede This4.2.1.Les dtendeurs thermostatiques galisation de pression interne .494.2.2.Les dtendeurs thermostatiques galisation de pression externe 514.2.3.Les dtendeurs lectroniques 524.3. Choix du dtendeur thermostatique 52Chapitre VI : Organes annexes d'une machine frigorifique 541. Le rservoir de liquide 542. La bouteille anti-coup de liquide 543. Le sparateur d'huile 554. Le filtre deshydrateur 555. Les voyants 566. Eliminateur de vibration 567. Electrovanne 578. Les purgeurs d'incondensables 57Conclusion partielle 58Partie B : Dimensionnement de l'installation solaire 59Introduction 60Chapitre 1:Gnralits sur le rayonnement solaire 611. La ressource solaire 612. Le spectre solaire 613. La constante solaire 624. La masse atmosphrique 625. Les diffusions molculaire et par les arosols 636. Les composantes au sol du rayonnement solaire 63Chapitre II : Le systme solaire photovoltaque 641. Le champ photovoltaque 651.1. La cellule ; 651.2. Le module 661.3. Le champ 662. Les batteries 673. Les rgulateurs 674. Les diodes 685. Les onduleurs 68Chapitre III: Mthode de dimensionnement du systme solaire 691. Principes de calcul de l'nergie solaire 69Anne acadmique 2005/2006viiPFE de MPAPA TANDAKHA N'DIAYE, Diplmed1ngnleur de conception en Gnielectromcanique,ESP Centrede This1.1. La dclinaison 691.2. Les angles de reprage du soleil 691.3. Rayonnement extraterrestre et indice de clart 712. Calcul de l'ensoleillement sur un plan inclin 722.1. Calcul de l' ensoleillement horaire global et diffus 722.2. Calcul de l'ensoleillement horaire dans le plan du champ PV 742.3. Sommation 743. Modle du champ PV 743.1. Calcul du rendement moyen 743.2. Autres corrections 754. Modle en rseau 765. Modle hors rseau 765.1. Aperu gnral 765.2. Calcul de la charge lectrique 775.2.1. Demande quivalente en courant continu (CC) 775.2.2. Types de charges 775.3. Mthode du potentiel d'utilisation 785.3.1. Moyenne mensuelle du potentiel quotidien d'utilisation 785.3.2. Paramtres de calcul 805.3.3. Rpartition des quantits d'nergie 80Chapitre IV : Dimensionnement du systme photovoltaque 821. Rayonnement et charge 821.1. Le rayonnement global direct 821.2. La charge 832. Calcul du rayonnement globalsolairereu par une surface incline sur le site 843. Le gnrateur photovoltaque 843.1. Choix d'un module photovoltaque 853.2. Estimation de la puissance relle des modules : 853.3. Approximation du nombre total de modules 863.4. Le nombre de modules en srie 883.5. Le nombre de chanes en parallle 894. Dimensionnement des onduleurs 894.1. Choix des onduleurs pour la charge triphase 904.2. Choix d'un onduleur pour le dgivrage et les moteurs des ventilateurs 91Anne acadmique 2005/2006viiiPFE de MPAPA TANDAKHA N'DIAYE, Diplme d'ingnieur de conception en Gnie lectromcanique,ESP Centre deThis3.5. Le nombre de chanes en parallle 894. Dimensionnement des onduleurs 894.1. Choix des onduleurs pour la charge triphase 904.2. Choix d'un onduleur pour le dgivrage et les moteurs desventilateurs 915. Dimensionnement du parcdes batteries d'accumulateurs 915.1. Choix du type de batteries 915.2. Calcul du nombre de batteries ncessaires 91Conclusion partielle 93Partie C: Etude financire 94Chapitre 1:Calcul descots disponibles 951.1. Cots d'investissement de l'installation frigorifique 951.1.1. Cot de l'vaporateur choisi (Cev) 951.1.2. Cot du groupe de condensation choisi (Cgc) 951.2. Cots d'investissement de l'installation solaire 951.2.1. Cotdes modules choisis (Cmod) 951.2.2. Cot des onduleurs (Cond)961.2.3. Cot des batteries (Cbatt) 961.3. Total des cots notre disposition (CId) 96Recommandations et perspectives 97BIBLIOGRAPHIE 98ANNEXES 100Anne acadmique 2005/2006IXPFE de MPAPA TANDAKHA N'DrAYE, Diplme d'Ingnieur de conception en Gnie lectromcanique,ESP Centrede ThisLLstesotes tlilbLeliluxTableau 1 : Donnes mtorologiques de Diama 23Tableau 2 - Conservationdu poisson xvTableau3 - Rsistances thermiques superficielles l/h, et l/h, enm2.KJW desparois d'unchambre froide xvTableau 4 : Coefficients de conductibilit thermique de quelques isolantsutiliss pour les mursdes chambres froides xviTableau5 - Coefficient detransmissionthermiqueKd'uneparoi typesandwichcomposed'une me en mousse rigide de polyurthanne et de deux revtements mtalliques xviTableau6 - Coefficient de transmission thermiqueK d'une porteisolante de chambrefroidecompose d'une me en mousse rigide de polyurthanne et de deux revtementsmtalliques xviTableau 7 - Densit d'entreposage des poissons xviiTableau 8- Coefficient d'occupation dusol d'une chambre froide en fonction dutyped'entreposage des marchandises xviiTableau 9 - Dimensions de la chambre froide 31Tableau 10 - Quantit de chaleur dgage par unit de temps par une personne relativement son activit dans une chambre froide ; xviiiAnne acadmique 2005/2006xPFE de MPAPA TANDAKHA N'DIAYE, Diplmed1ngnleur de conception en Gnie lectromcanique, ESP centre deThisTableau Il : Nombreet duredespriodes de dgivrage prvoir pourdiffrentes chambresfroides xviiiTableau 12: Caractristiques des vaporateurs cubiques FRIGA-BOHN de srieMUC xixTableau13: Caractristiquesdescompresseurs pistonssuivantlesdiffrentesassociationsmoteur - compresseurs. . .. . xxTableau14 : Caractristiques d'un groupede condensation MAXI-CLIMA de FRIGA-BOHN.................... XXITableau15 : Le dtendeur thermostatique choisi (EXO-004) xxiiTableau16 : Caractristiques du module PV pour des technologies courantes xxiiiTableau17 : Caractristiques de la charge lectrique xxiiiTableau18 : Caractristiques des modules PHOTOWATT choisi xxivTableau19 : Caractristiques de l'onduleur SOLARGIE choisi xxvTableau 20 : Caractristiques des batteries choisies xxvTableau 21 : valuation de la ressource solaire et calcul de la charge RETScreen xxviTableau 22 : Modle nergtique RETScreen xxviiAnne acadmique 2005/2006XlPFE de MPAPA TANDAKHA N'DIAYE, Diplmed'Ingnieurde conception en Gnie lectromcanique, ESP Centrede ThisLLsteso! es -figuresFigure 1.1 : Les diffrents changements d'tat de la matire 7Figure 1.2: Schma de base d'une machine frigorifique 11Figure 2.1 : Conduction travers un mur homogne plan 15Figure 2.2 : Conduction travers un mur compos plan 16Figure 3.1: Le diagramme de MOLLIER xxviiiFigure 5.1 : Dtendeur thermostatique galisation de pression interne 50Figure 7.1 : Rpartition spectrale du rayonnement solaire horsatmosphre 61Figure 8.1 : Schma d'un systme solaire photovoltaque 64Figure 8.2 : Fonctionnement d'une cellule photovoltaque 65Figure 8.3 : Notions de cellule, de module et de panneau photovoltaques 67Figure 9.1 : Reprage de la position du soleil 70Figure 10.1 : Caractristiques et nombre de modules PW6 ~ 2 3 0 selon RETScreen 88Figure 10.2 : Couplage de 3 onduleurs pour l'obtention du courant triphas 90Anne acadmique 2005/2006XllPFE de MPAPA TANDAKHA N'DlAYE, Diplme d'Ingnieur de conception en Gnie lectromcanique, ESP Centre deThisLLstes O.M.V.S. Organisation pour la Mise en Valeur du FleuveSngal PVPhotovoltaque SRSous refroidissement FF Fluide frigorigneAnne acadmique 2005/2006X111PFE de MPAPA TANDAKHA N'DIAYE, Diplmed'ingnieurde conception en Gnie lectromcanique, ESP CentredeThisAVANT-PR.OPOSL'EcoleSuprieurePolytechniqueest untablissement qui regroupe, depuislarforme de1994, l'ex E.N.S.U.T., l'ex E.P.T., l'ex E.N.S.EP.T.Elleest rattachel'UniversitCheikhAntaDiopdeDakaret comportedeuxcentres: lecentre de Dakar et le centre de This.L'ESP est constitue de cinq dpartements rpartis dans les deuxcentres comme suit: Centre de Dakar:~ Dpartement du Gnie Chimique;~ Dpartement du Gnie Civil (formation continue) ;~ Dpartement du Gnie Electrique;~ Dpartement du Gnie Informatique;~ Dpartement du Gnie Mcanique (D.U.T.); Centre de This:~ Dpartement du Gnie Civil (D.U.T., DJ.C.) ;~ Dpartement du Gnie Mcanique (DJ.C.).L'ESP a pour vocation la formation de techniciens suprieurs (D.U.T.), d'ingnieurstechnologues(D.LT.)et d'ingnieurs de conception (D.LC.)maisaussi la recherche traversun troisime cycle.Les dures de formation sont de deux ans pourle D.U.T., de quatre ans enformation continue D.LT. et de trois ans pour le D.LC.A la fin du cycle d'ingnieur de conception, l'lve ingnieur est appel mener un projet defin d'tudes, dont celui-ci, sous la direction de ses professeurs et ventuellement despersonnes extrieures. Ce projet lui permettrait de mettre en application les diffrentesconnaissances thoriques et pratiques acquiseslors de son cycle.Anne acadmique 2005/2006xivPFE de Mr PAPA TANDAKHAN'DlAYE, Diplmed'Ingnieurde conception en Gnie lectromcanique, ESP Centrede ThisPARTIE A: DIMENSIONNEMENT DE L'ENTREPOT FRIGORIFIQUEAnne acadmique 2005/2006PFE de Mr PAPA TANDAKHA N'D/AYE, Diplme d'ingnieurde conception en Gnie lectromcanique, ESP CentredeThisINTRODUCTIONLefroidtrouve de nombreuses applications dans des domaines trs varis parmi euxonpeutciter: les industries agro-alimentaires, la mdecine, la climatisation, la ptrolochimie, etc.Cependant c'est dans ledomainealimentaire que lefroidoccupeuneplace prpondrante car ilpermet delimiterlesgaspillageset deprolongerladuredeconservationdesproduits; cequipermet un largissement deschanges.Force est de constater que dans les pays chauds, une part non ngligeable des denresalimentairesdisponiblesse perdentre lemomentdelaproductionetceluidela consommation.Ainsi, dans ledomainealimentaire, l'objectif dufroid est de maintenirlaqualitoriginaledesproduits en limitant ou en supprimant les altrations lies au dveloppement desmicroorganismes, altrations trs rapides dans les pays chauds cause desconditions climatiques(temprature, humiditrelative) qui sont favorables laprolifrationdes bactries, levures etmoisissures.Anneacadmique2005/20062PFE de Mr PAPA TANDAKHA N'DIAYE, Diplmed'ingnieur de conceptionen Gnie lectromcanique, ESP Centre deThisChapitre 1 : Gnralits1. Modes de production du froidet applicationsLaproductiondu froid qui consiste absorber lachaleur contenuedans unmilieupeut treobtenue suivant plusieurs modes. Demme,les applications dufroidsont trs varies.Parmiles diffrents modes de production du froid, on peut citer:./ la dtente d'un gazcomprim./ la dissolution de certains sels./ la vaporisation d'un liquide en circuit fermLadtented'ungazcomprimreposesur leprincipede l'abaissement delatempratured'unfluidelors de sa dtente.Ladissolution d'unsel dansl'eau provoque unabaissementdela temprature dela solution. Cen'est pas un phnomne trs utilis dans l'industrie frigorifique cause de la ncessit devaporisation ultrieure de l'eau (rcupration du sel).Par exemple, le mlangedeneige(4parties)etdepotasse (3parties)fait baisser la tempraturede la solution deOC -40C.La vaporisation d'unliquide permet deproduire dufroidpar l'absorption dela chaleur traversun changeur, la vapeur produite tant ultrieurement liqufie dans unautre changeur, le fluidedcritainsi un cycle au sein d'une machine fonctionnant de manire continue.Les machines utilisant ceprincipe peuvent tre regroupes endeuxgrandes famillesquesont lesmachines compression mcanique et les machines absorption.Laproductionde froidpour les besoins domestiques, commerciaux et industriels ncessitentl'utilisationd'undispositif capabled'extraire de lachaleur dans lemilieurefroidir pour larejeter dansunmilieu dit extrieur, cedispositif qui obit ncessairementausecond principe dela thermodynamique est appel machinefrigorifique ..Anneacadmique 2005/20063PFE de Mr PAPA TANDAKHA N'DIAYE, Diplmed'ingnieur de conception en Gnielectromcanique, ESP Centrede This2. LarfrigrationLa rfrigration consiste au maintien artificiel d'un produit en dessous de sa tempratureambiante une temprature optimumpour sa conservation et ce audessus de sonpoint deconglation (temprature suprieure la temprature de conglation commerante outemprature cryoscopique). Pratiquement la temprature minimale en rfrigration est de Oe.La dure deconservationest toujourslimite, elleest fonctiondela natureduproduitet delatemprature laquelle elle est conserve.Larfrigrationfreine les phnomnes vitaux des tissus vivants, tels que ceux des fruits etlgumes et des tissusmorts(viandes, poissons)en ralentissant les mtabolismes biochimiques.Elle va ralentir considrablement l'volution microbienne et les consquences de celle-ci(putrfaction, toxines, ... ).Pour. les produits morts telsqueles viandes et les poissons, la dure pratique de conservation estd'une quatresemaines unetemprature deOC(tempratureassurantla conservationla plusprolonge enrfrigration) quelquesoit leproduit. Pourviter ledveloppement debactriespathognes, la temprature doit rester infrieure 4e.3. Quelques lments dephysique3.1. LatempratureLa tempraturecaractrisele niveauauquel la chaleur setrouve dansuncorps permettant ainside dire qu'un corpsest plus ou moins chaudqu'un autre;Dansle systme international (S.!), lestempratures sont exprimes en"C(degrs Celsius) mais dans lalittrature, onrencontre lesdegrs Fahrenheit (OF) et les Kelvin (K).Conversion entre les diffrentes units de tempraturesLaliqufactionpar compressiond'ungaz oud'unevapeur n'est plus possibleau-del d'unetempraturelimite, quelle quesoit la pression exerce surle gazou la vapeur:cette tempraturelimite a reu le nomde temprature critique.Anneeacademique 2005/20064PFE de Mr PAPA TANDAKHAN'DIAYE, Diplmed'ingnieur de conception en Gnie iectromcanlque, ESP Centrede ThisExemple: Rl3:28,8C ; R23:25,9C ; CO2 :31-c.Rl34a :100,6C; R12:112C ; R152a :113,5C3.2. La chaleurR502:82,2C ;La chaleur est une formed'nergie qui va d'un point chaud versun point froid. C'est la sensationperueparnosorganesdesens lorsquenous sommesplacsdevant uncorps incandescentparexemple.L'unit lgale de chaleur est le Joule (1) maisla kcal(kilocalorie) est galement utilise.Une kcalest la quantit de chaleur qu'ilfautfournir 1 kg d'eaupour augmenter sa tempraturede 1C.Conversion d'units1 kcal =4,185kJ =-1 Fg(Frigorie)1 BTU = 1,053 kJ, 1 thermie (Th) = 1000 kcalB.T.U=British Thermal Unit3.2.1. Chaleur sensible et chaleur latenteUn corps (ou unesubstance) peut recevoir ou fournir de la chaleur sous deuxformes diffrentes.~ Sous forme sensibleL'absorptiondechaleur sous cette forme semanifestepar une lvationdelatempratureducorps rcepteur; si le corps a, au contraire, fournide la chaleur sa temprature s'abaisse.Absorption oufourniturede chaleur ne provoquent pas demodification d'tat physique du corps,et la variation de temprature est fonction de la quantit de chaleur change et d'unecaractristique physique propre chaque corps:sa chaleur massique.~ Sous forme latenteL'absorption de chaleur parun corps souscetteforrne oula fourniturede chaleur par ce corpssecaractrise par une constance de la temprature du corps et par son changement d'tat physique.Anne acadmique2005120065PFE de Mr PAPA TANDAKHA N'DlAYE, Diplmed'ingnieur de conception en Gnie lectromcanique, ESP Centrede This. ~ ~ -3.2.2. Quantit de chaleurLa quantit de chaleur fournir ou soustraire uncorps est proportionnelle : la masse du corps, la variation de temprature qu'ila subi, sa chaleur massique.D'o la formule gnrale donnant la quantit de chaleur change:(1.1)3.3. La puissanceLapuissanceest le rapport del'nergiefournieouabsorbesur l'unit detemps. L'unitlgaleest le Watt (W).Conversion d'units1 kW=860 kcal/h3.4. Lapression1 kcal/h =-1 Fg/h = 1,163W 1 CV=736WL'unit lgale de la pression est le Pascal (Pa)quiestgal la pression uniforme exerce paruneforce de1 N(Newton)sur unesurface de 1 m2. L'unit depression couramment utilisepar lesfrigoristes est le Bar.Conversion d'units1 Bar=105Pa=1,02 kg/m-=0,986 atm=750 mmHg = 10,2 mCE= 14, 54 PSI.PSI: Pound perSquare Inch (Livre par Pouce carr)Alme acadmique 2005120066PFE de MrPAPA TANDAKHA N'DIAYE, Diplme d'Ingnieur de conception en Gnie lectromcanique, ESP Centre deThis3.5. Le changement d'tatLa matrise de deux tats de la matire que sont la phase liquide et la phase vapeur estprimordiale en froid.Le changementd'tat sedfinitcommelaphasedetransformationd'unephase versuneautrephase,La figure1.1donne les diffrents changements d'tat possibles de la matiref[. Solide JFusionSolidification ~SublimationVaporisationCondensationFigure1.1 : Les diffrents changements d'tat de la matire3.5.1. Fusion et solidificationLa fusion est le passage d'un corps de l'tat solide l'tat liquide sousl'action de la chaleur.La solidification est la transformation inverse, parrefroidissement.Lois de la fusionet de la solidification1. Sous unemmepressionlatempraturedefusion et latempraturedesolidificationd'uncorps sont identiques.f! =esC'est une caractristique physique du corps.Anneeacademique 20051200671 ._.PFE de Mr PAPA TANDAKHA N'DlAYE, Diplmed'ingnieur de conceptionen Gnielectromcanique, ESP Centrede This2. Sous une mme pression, cette tempraturereste constante tout le temps duchangementd'tat et pendant le changement d'tat,il y'a variation de volume.3.5.2. VaporisationC'est le passage d'uncorps del'tat liquide l'tat gazeux. Elle peut sefaireparvaporation oupar bullition.~ EvaporationC'est la formation de vapeur la surface libre d'un liquide. Elle est d'autant plus rapide que: la temprature est leve, la surface libreduliquide est grande, l'atmosphre est sche et renouvele, la pression est basse, la tension dela vapeur saturante duliquide est leve.~ EbullitionC'est la vaporisation rapide d'un liquide avec formation de bulles de vapeur en sonsein. Lois de l'bullition1. Sousune mme pression, un liquide commence toujours bouillir la mme temprature.2. Pendant touteladuredel'bullition, latemprature reste constante si lapression elle-mmereste constante.3. Latensiondevapeur saturantede lavapeur miseest gale lapressionsupportepar leliquide.Anneacadmique 2005120068PFE de Mr PAPA TANDAKHA N'DrAYE, Diplmed'Ingnieurde conceptionen Gnie lectromcanique, ESP Centrede This Point normal d'bullitionC'est la temprature d'bullition sousla pression atmosphrique normale.Exemple: Eau: IOOC ; Rl2:-30C ; NH3 :-33,SoC ; R22:-40,goC .Si l'onveut abaisser latemprature d'bullition, il faut abaisser lapressionsupportepar leliquide en bullition. Inversement, si l'on veut lever la temprature d'bullition, il fautaugmenter cette pression.3.5.3. CondensationC'est le passagedel'tat gazeuxl'tat liquide. Onobtient lacondensationdelavapeurpardeux moyens:1. Par compression jusqu' la pression correspondant -la tension devapeur saturante dufluide la temprature considre.2. Fur refroidissement jusqu' la tempraturecorrespondant la tension devapeur saturante dufluide considr.3.5.4. SublimationC'est lepassagede l'tat solidel'tat gazeux, sans passerparl'tat liquide. Cettepropritn'appartient qu' certains corps. Ce phnomne se produit pression constante unetemprature bien dtermine.Exemples: la neige carbonique, l'iode, le camphre, la glace.4. Les fluidesfrigorignesLe fluide frigorigne permet les changes de chaleur dans un systme frigorifique par seschangements d'tat que sont l'vaporation et la condensation.Il peut se dfinir comme unesubstance chimique dont la temprature d'vaporation la pressionatmosphriqueest infrieurelatempratureambiante, autrement dit lefluidefrigorignedoittreliquide cette ambiance. Partemprature ambiante, il faut comprendre l'ambianceoulemilieu refroidir.Anneeacademique2005120069PFE de Mr PAPA TANDAKHA N'DIAYE, Diplmed'Ingnieurde conception en Gnie lectromcanique, ESP Centrede ThisIl est important pour unfluide frigorigne d'avoir unetemprature d'vaporation peuleve pourque le changement d'tat soit ralisable. Le changement d'tat s'effectue temprature etpression constanteset c'est durantcette phase quelaquantit dechaleurabsorbeourejeteestla plus importante.Le fluide frigorigne tant un medium qui sert vacuer de la chaleur possde descaractristiques physiques, thermodynamiques et chimiques.Il doitpossder les proprits requises d'un bon fluide frigorigne que sont: ne pasdtruire la couche d'ozone avoir un faiblepotentiel d'effet de serre avoir unegrande chaleur latente de vaporisation avoir unpoint d'bullition sous la pression atmosphrique suffisamment bascompte tenudesconditions defonctionnementdsires(desorte que la temprature d'vaporation soit toujours un niveau plus lev que la temprature correspondant la pression atmosphrique) avoirunetempraturecritiqueleve(desorteque latempraturedecondensation dans lesconditions d'utilisation soitbien infrieure cette temprature critique) avoir un faible rapport de compression, c'est dire faible rapport entre les pressions derefoulement et d'aspiration avoir un faible volume massique de la vapeur sature rendant possible l'utilisationd'uncompresseur et de tuyauteries de dimensions rduites ne pas avoir d'action sur le lubrifiant (huile) employ conjointement tre nontoxique et sans effet sur la sant dupersonnel tre noninflammable et nonexplosif en mlange avecl'air, tre non corrosif, pasd'action sur les mtaux constituants le circuit, pas d'action surles joints sans odeur ou n'ayant qu'une odeur non dsagrable' sansaction sur les denres conserver tre d'un cot peu lev et d'un approvisionnement facile fuitesfaciles dtecter et localiser par mthode visuelleIl faut biencomprendre qu'aucundes fluides utiliss ne possde l'ensemblede ces qualits.Doncenfonctiondes applications, certaines decesqualitsseront privilgier au dtriment desautres.Anneacadmique 20051200610PFE de Mr PAPA TANDAKHA N'DIAYE, Diplme d'ingnieur de conception en Gnie lectromcanique, ESP Centrede This5. Organes principaux d'une machine frigorifiqueNous avons opt pour le systme solaire photovoltaque. La machine frigorifique la plusadquate pour ce systme et la machine compression, elle est compose de 4 organesprincipaux que sont: le compresseurle condenseurle dtendeur l'vaporateurLefluide frigorigne dcrit uncycleferm enquatrephasestravers lecircuit constitudesorganes principaux:la compression dufluide gazeuxla condensation dufluide gazeuxla dtente du fluideliquidela vaporisation dufluide liquide (production dufroid)itrchaudseurr ~ .JOt ~- - . .. 1 ;(,1\~ 11:,\11..conden poreteur(evadetendeurairfroIdcompresseurFigure 1.2 : Schma de base d'une machine frigorifique.Anneacadmique 2005/200611PFE de Mr PAPA TANDAKHA N'DIAYE, Diplmed'Ingnieur de conception en Gnielectromcanique,ESP Centrede ThisLe compresseuraspirelefluidefrigorignegazeux(basniveau detempratureet de pression)issudel'vaporateur, lecomprime unniveauplushaut detempratureet depressionpuislerefoule versle condenseur.Le condenseur est unchangeur dechaleur qui vapermettre l'vacuationdela chaleur contenuedans le fluide frigorigne gazeux issu du compresseur en le liqufiant. Cette condensation(liqufaction) est obtenue par le refroidissement du fluide frigorigne gazeux pressionconstante par un mdium qui peut tre de l'eau ou del'air.Cette vacuation dechaleur s l effectue en trois tapes: la dsurchauffe des vapeurs defluide frigorigne (vacuation par chaleur sensible) la condensation desvapeurs (vacuation par chaleur latente - tape principale) le sous refroidissement dufluidefrigorigne liquide (vacuation par chaleur sensible)Ledtendeurpermet derduirelapressiondufluidefrigorigneliquide(crationdepertesdecharge)issuducondenseur avant sonintroduction dans l'vaporateur dansle but depermettre savaporisation basse temprature dans l'vaporateur.Il rguleaussi laquantitde fluide frigorigne liquidearrivant l'vaporateur enfonctiondesbesoins de"froid".L'vaporateur est unchangeur dechaleur danslequel le fluidefrigorigneliquide basniveaudetempratureetdepression vaabsorber lachaleur dumilieu refroidir (air oueau) pressionconstante devenant ainsi gazeux.Cette absorption dechaleur s'effectue en deux tapes:l'vaporation dufluide frigorigne liquide (aspiration de chaleur latente)lasurchauffedes vapeurs issuesde l'vaporationdufluidefrigorigne liquide(aspirationdechaleur sensible)Cefluidefrigorigne gazeuxest nouveauabsorb par le compresseur etle cycle reprend.Anne acadmique 20051200612PFE de Mr PAPA TANDAKHA N'DrAYE, Diplmed'ingnieur de conceptionen Gnielectromcanique, ESP Centrede This6. Dgivrage des vaporateursLorsque latempraturesuperficielledelasectiond'change(tubesailettes)desvaporateursest infrieure ou gale OC, il y'a formation de givre qui va entraner une diminutionimportantes des changes thermiques d'o la ncessit des oprations de dgivrage.Il existe plusieurs techniques de dgivrage:dgivrage par circulation d'air ambiantdgivrage l'eaudgivrage la saumuredgivrage par rsistances lectriquesdgivrage pargaz chaudsAnne acadmique20051200613PFE deMr PAPA TANDAKHA N'DIAYE, Diplme d'Ingnieur de conception en Gnie lectromcanique, ESP Centre de ThisChapitre II : Rappels thoriques1. Transmission de chaleurLorsque deux corps sont enprsence, lachaleur va toujours du corps chaud aucorps froid,l'change de chaleur ne cessant quelorsque les deux corps sont la mme temprature.Lachaleurpeut setransmettred'uncorps unautrepar 3modesdetransmissiondiffrentssavoir par conduction, par rayonnement et par convection.1.1. Transmission de chaleur par conductionLa transmission dechaleur par conduction alieudans un seul etmme corpslorsque sespartiesprsentent des tempraturesdiffrentes, oud'uncorps unautresi ses deux corps ayant destempratures diffrentes sont en contact.Il y'a descorps bon conducteur de chaleur, par exemple: le cuivre, l'argent, l'aluminiumetc.,etdescorpsmauvaisconducteur dechaleurappelscalorifugesouisolants tels quelebois, lelige, le polystyrne, le polyurthanne, etc.Lacapacitdeconductiondelachaleurest supposeconstantepour chaquematriauenfroid.Elle est reprsente par un coefficient J.. , appel coefficient de conductivit thermique.1.1.1. Conduction travers un mur homogne planLaloi deFOURIERpourlaconductiontravers unmurplanhomogned'paisseur e (enrgime permanent), enadmettant indpendant de la temprature, s'nonce comme suit:deCP=-*-dx(2.1) : Coefficient de conductivit thermique du matriau W.m-I0c-Iou W.m-1X-1cp : Fluxthermique unitaire en W/m2de: Gradient de temprature travers le mur, voir figure2.1.dxAnneacadmique 20051200614PFE de Mr PAPA TANDAKHA N'DlAYE, Diplmed'ingnieur de conception en Gnie lectromcanique, ESP Centrede ThiseFigure 2.1 : Conduction travers un mur homogne planAinsi par intgration on a :(2.2)rjJ : Flux de chaleur ou puissance en We: paisseur du mur en mmA: Surface du mur enm2t::,B : Diffrence de temprature entre les deux facesdu mur enOC ou enK1.1.2. Conduction travers un mur compos planPour un mur compos, la relation s'crit comme suit:(2.3),1,1, ,1,2 , ,1,3 ,.. Coefficients de conductivit thermique desdiffrents matriauxel ,e2, e3 ". paisseurs desdiffrents matriauxt::,B =(BI-B2) Diffrence de temprature entre les deux facesextrmes du murAnneacadmique 2005/200615PFE de Mr PAPA TANDAKHA N'DlAYE, Diplmed'ingnieur de conception en Gnie lectromcanique, ESP Centrede Thises e4 e3 e2 1 eli