Download pdf - Cours Froid Industriel 2013 Chambre Froide(Partie4)

8/16/2019 Cours Froid Industriel 2013 Chambre Froide(Partie4)

1/34

Charges

thermiques etdimensionnemen

t

Université Ibn Zohr

Ecole Nationale des SciencesAppliquées

Agadir

Pr. AZZABAKH Aniss

Département de Génie des Procédés, de l’Energie & del’Environnement

!me année C"cle #ngénieur G$P

Année universitaire : 2012 - 2013


2/34

ème

ann e

C"cle #ngénieurGP

I. Introduction. II. Espaces réfrigéré

III. Transmission de chaleur

IV. Charges thermiques

V. Logiciels

Plan :

ème

ann e

C"cle #ngénieurGP

PR. A. AA!A"#$ E%&A '(A)A'IR *C+,R& : -R+I' I%',&TRIEL */0*1*/023


3/34

ème

ann e

C"cle #ngénieurGP

ème

ann e

C"cle #ngénieurGP I. Introduction :

2C+,R& : -R+I' I%',&TRIEL */0*1*/023 PR. A. AA!A"#$ E%&A '(A)A'IR

Champsd’utilisati

on du%roid

Produits périssa'les Petites machines domestiques

Réfrigération Congélation Stockage Transport

Installations industrielles !ait" agrumes" #$

Climatisation %e &confort&

Climats industriels

-(asse température Super'conductivité Cr(ogénie )étallurgie *iomédicau+

!(ophilisation aussi en autres utilisations$ Utilisations cliniques

-Applications industrielles Industrie chimique Construction fabriqué$ Usines de glace Rail patinage


4/34

ème

ann e

C"cle #ngénieurGP

ème

ann e

C"cle #ngénieurGP II. Espaces réfrigérés :


E5igences pour les espaces réfrigérés:

Isolation contre la transmission de la chaleur.

!arri6re de 7apeur contre l8humidité 9 scellage des oints.

Portes d8acc6s de dimensions adéquates$ ;AI& hermétiques.

Protection contre les sources de chaleur peintures$ re7


5/34

ème

ann e

C"cle #ngénieurGP

ème

ann e


=C+,R& : -R+I' I%',&TRIEL */0*1*/023 PR. A. AA!A"#$ E%&A '(A)A'IR

Isolation contre la transmission de chaleur:

,n >on isolant doit satisfaire certaines e5igences :

Résistance ma5imale au flu5 de chaleur ?

&ta>ilité : ne doit pas se pourrir ?

%e doit pas le ?

%e doit a>sor>er de l(humidité$ 7u qu(il peut perdre ses propriétés ?

'oit le ?

'e facile disposition.


6/34

ème

ann e

C"cle #ngénieurGP

ème

ann e


B C+,R& : -R+I' I%',&TRIEL */0*1*/023 PR. A. AA!A"#$ E%&A '(A)A'IR

!arri6re de 7apeur contre l(humidité:

La grande partie des isolants thermiques perdent leurs caractéristiques

isolantes par la présence d(humidité en son intérieur.

L(eau accumulée peut se coller sur l(isolant et faire que ce dernier perdra

une partie de ses propriétés 'éplacement de l(air3.

&i l(eau arri7e se congeler$ elle peut détruire les parois de l(espace

réfrigéré en se délattant.

Il est ha>ituel de sceller la paroi e5térieure$ laissant des oints dans la paroi intérieur pour é7acuer l(humidité$ qui se con7ertit en gi7re dans

l(é7aporateur.


7/34

ème

ann e

C"cle #ngénieurGP

ème

ann e


C+,R& : -R+I' I%',&TRIEL */0*1*/023 PR. A. AA!A"#$ E%&A '(A)A'IR

)’*+#D#-. SE C/NDENSE S# )A -EP.0A-+0ES+PE01#C#E))E ES- #N1.0#E+0E 2 CE))E DE )A

0/S.E DE 3EN-


8/34

ème

ann e

C"cle #ngénieurGP

ème

ann e


DC+,R& : -R+I' I%',&TRIEL */0*1*/023 PR. A. AA!A"#$ E%&A '(A)A'IR

Portes d(acc6s :

Elles de7raient assurer la continuité de l(isolant. Alors$ parfois$ leurs poids est e5cessi7es et nécessitent des sst6mes solides de fi5ation.

Autres cas$ comme les 7itrines e5positoires$ ne se doi7ent pas ternir

perdre leurs éclats3. Le 7erre est un mau7ais isolant$ de sorte que la solution passe par

plusieurs couches a7ec cham>re d(air$ nitrog6ne$ argon ou autres gaF

no>les.


9/34

ème

ann e

C"cle #ngénieurGP

ème

ann e


GC+,R& : -R+I' I%',&TRIEL */0*1*/023 PR. A. AA!A"#$ E%&A '(A)A'IR

Protection face au5 sources de chaleur :

Pour un sens commun pur$ les machines productrices de chaleur

ne doi7ent pas le$ é7iter l(emplacement a7ec l(e5térieur e5posé au

soleil ?

&i ce n(est pas possi>le$ pro7oquer des am>res$ peindre la surface

d(une couleur >lanche ou la re7


10/34

ème

ann e

C"cle #ngénieurGP

ème

ann e

C"cle #ngénieurGP III. Transmission de chaleur:

Pour la transmission de chaleur$ il est nécessaire une différence de

température T$ transmettant la chaleur de corps de grande température ceu5 de moins.

La thermodnamique étudie les processus de transfert d(énergie dans les

sst6mes en équili>re.

La transmission de chaleur compl6te les principes de la thermodnamique$de mani6re qu(elles puissent déterminer des aspects tels que :

Vitesse de transfert de chaleur ?

tats intermédiaires.

Les mécanismes de transmission de chaleur :

Conduction$ dans l(intérieur des corps ?

Con7ection$ entre solides et fluides ?

Radiation$ tra7ers d(un fluide$ ou le 7ide.0/C+,R& : -R+I' I%',&TRIEL */0*1*/023 PR. A. AA!A"#$ E%&A '(A)A'IR


11/34

ème

ann e

C"cle #ngénieurGP

ème

ann e


Conducti7ité thermique J K 1m.MC N ta>les3 : c(est une fonction de la

température du matériau.


Conduction 4 5 l’intérieur des corps


12/34

ème

ann e

C"cle #ngénieurGP

ème

ann e


La résistance de conduction au paroi est donnée par :

0*C+,R& : -R+I' I%',&TRIEL */0*1*/023 PR. A. AA!A"#$ E%&A '(A)A'IR

Cas tpiques de conduction thermique J

,- Pour une paroi de conductivité thermique . /

0- Pour une paroi plane recouverte d1un isolant de conductivité .2 /

3- Pour 0 parois en parall4le de surfaces 5, et 50 de matériau+ différents" avec le

m6me épaisseur 7" et deu+ conductivités thermiques . , et . 0 différentes /


13/34

ème

ann e


&oit RO la résistance thermique équi7alente des deu5 parois :


La résistance de conduction de la conduite :

8- Pour une conduite c(lindrique de conductivité thermique . /

9- Tube c(lindrique entourée par une vaine de conductivité thermique .2 /


14/34

ème

ann e

C"cle #ngénieurGP

ème

ann e


Le coefficient de transmission de chaleur solidefluide ou coefficient de

con7ection$ h K 1mQ.MC N 7arie en fonction de la géométrie du solide$ son

orientation$ la nature du fluide et le tpe de con7ection.


Convection 4 entre solides et 6uides

* ;+'E& 'E C+%VECTI+% EI&TE%T :

-orcée : Le fluide est en mou7ement$une pompe$ un 7entilateur$ 7ent$courant d(eau$ $etc.$ h éle7é3

%aturel : Le fluide est en repos$ h >as3

* TSPE& 'E -L,I'E& :

)aF : ont un fai>le h

Liquides : posentun h éle7é

E7aporations et Condensations : h plus grand

èmeème


15/34

ann e

C"cle #ngénieurGP

ann e


La transmission de chaleur pour une paroi ou une conduite entourée par

un fluide :

0=C+,R& : -R+I' I%',&TRIEL */0*1*/023 PR. A. AA!A"#$ E%&A '(A)A'IR

+n peut e5primer la chaleur transmise en fonction de la résistance de con7ection R c 3 entre

le solide et le fluide:

Entre une surface et un fluide$ pour augmenter la transmission de chaleur : Passer de con7ection naturelle con7ection forcée$

augmenter le coefficient h3

&i le fluide est un gaF$ on place des ailettes.

(atterieTpe de con7ection h 1mQ.MC3 %aturelle par air = *=

%aturelle par eau */ 0//

-orcée par air 0/ *//

-orcée par eau =/ 0////

èmeème


16/34

ann e

C"cle #ngénieurGP

ann e


Il est difficile de calculer h$ on est amené donc utiliser des formulations empiriques.

0B C+,R& : -R+I' I%',&TRIEL */0*1*/023 PR. A. AA!A"#$ E%&A '(A)A'IR

Corrélations de ARAE con7ection d(air naturelle3 :

7$ Sur%aces c"lindriques de diam!tre e8térieur D 4 9si D : ;,7 mon prend D < ;,7 m=

Position 7erticale : Position horiFontale :

$ Sur%aces plans 4 9si ) ou * : ;,7 m on prend ) ou * < ;,7 m=

Verticale$ hauteur # : #oriFontale$ largeur L :

Chaleur 7ers le >as :

Chaleur 7ers le haut :

èmeème


17/34

ann e

C"cle #ngénieurGP

ann e


La quantité de chaleur qui quitte un corps :

0 C+,R& : -R+I' I%',&TRIEL */0*1*/023 PR. A. AA!A"#$ E%&A '(A)A'IR

0a"onnement 4 transmis la chaleurincluse dans le vide

: Constante de &tefan!oltFmann U =$B.0/D 1mQ." 4

: Emissi7ité du matériau couleur3 U 0 pour un corpsnoir et / W W 0 pour un corps gris

èmeème


18/34

ann e

C"cle #ngénieurGP

ann e


L(énergie reXue peut sor>ée Y3$ en équili>re elle est égale ?

Réfléchie Z R 3 ?Transmise [3 nulle dans les corps opaques3.

0DC+,R& : -R+I' I%',&TRIEL */0*1*/023 PR. A. AA!A"#$ E%&A '(A)A'IR

Le facteur de forme - marque la position relati7e des corps :Ce facteur englo>e 0 $ * $ la

forme géométrique et la position des corps.

èmeème


19/34

ann e

C"cle #ngénieurGP

ann e


%ormalement$ il e5iste une com>inaison de la conduction$ de la con7ection et du

raonnement. ;ais$ certaines de ces modes peu7ent e toutes les résistances thermiques e5istantes série et parall6le3.

La chaleur transmise s(écrit sous une forme plus simplifiée :

La transmission de chaleur de7ienne difficile cause de la Résistance de contact $ due la

mau7aise union entre les surfaces solides.

Au cours du temps$ de la saleté s(installe sur les surfaces comme isolant thermique3.

L(o5dation et la corrosion sont é7iter par élimination des matériau5 qui leur pro7oquent.

èmeème


20/34

ann e

C"cle #ngénieurGP

ann e

C"cle #ngénieurGP IV. Charges thermiques :

*/C+,R& : -R+I' I%',&TRIEL */0*1*/023 PR. A. AA!A"#$ E%&A '(A)A'IR

Chargesthermiqu

es

Chargesintérieures 4

Chargese8térieures 4

‐ Par produit réfrigérer1 congeler ‐ Par n(importe quel équipement producteur de chaleur ‐ Par illumination‐ Par personnes‐ Autres charges

‐ A tra7ers les parois1 plafond 1 sol

‐ A tra7ers les surfaces en 7erre

‐ Par infiltration de l(air e5térieur tra7ers les portes‐ Par entrée de l(air e5térieur tra7ers les portes

èmeème


21/34

ann e

C"cle #ngénieurGP

ann e


*0C+,R& : -R+I' I%',&TRIEL */0*1*/023 PR. A. AA!A"#$ E%&A '(A)A'IR

%aturellement$ la charge due au produit dépend : Les conditions sous lesquelles il pén6tre dans l(espace réfrigéré T i 3. La chaleur spécifique en réfrigération T \ /MC3? cT\/ La chaleur latente de congélation$ T U /MC3? Lcong La chaleur spécifique en congélation T W /MC3? cTW/

Charges intérieures par leproduit 4

Tables

Produit T KMCN #. Relati7e K]N 'urée

Viande fra^che / 9 _03 D= G/ = 9 0/ ours

Volaille

fra^che/ D= G/ 0 semaine

Tomate 7erte 02 *0 D= G/ 0 9 2 semaines

Artichaut / 9 03 G/ G= 0 9 * semaines

+ignon / B= 9 / 0 9 D mois

Pomme 03 9 23 G/ 0 9 B mois

èmeème


22/34

ann e

C"cle #ngénieurGP

ann e


**C+,R& : -R+I' I%',&TRIEL */0*1*/023 PR. A. AA!A"#$ E%&A '(A)A'IR

Produit

`Cp` a7ant congélation

KO1Og.MCN

`Cp` apr6s congélation

KO1Og.MCN

Chaleur latente

de congélation KO1OgN

Volaille1+iseau5 2$=B 0$G *4*$D

&aumon 2$*B 0$G2 *02$4D

&ole 2$=B 0$B *=0$0=

bufs 2$0D 0$B *24$4/ Lait 2$G2 0$G *G$0G

-ruits en général /$G0 /$4D 202$G4 9 2BD$2=

Asperges /$GB /$=/ 202$G4

Carotte$ Chou$ Epinards$ #aricots 7erts$Champignons

/$G4 /$4G 2/0$2D

ème

ann e

ème

ann e


23/34

C"cle #ngénieurGP



%ous de7ons prendre en compte les Og du produit stocOé et ceu5d(en7eloppe :

;atériau ] poids de l(en7eloppe

)énérique 0/ 9 2/

Végétau5 caissesen >ois3

D 9 0B

bufs fraiscartons a7ec

al7éoles30= 9 */

!eurre congelé>oites3

=

Viandes fra^ches /

Produits congelésen général

/

Palettes 4 9 =

ème

ann e

ème

ann e


24/34

C"cle #ngénieurGP



%ormalement$ Ventilateurs et sst6mes de dégi7rage.

Attention au5 sst6mes de dégi7rage résistances thermiques3.

Charges intérieures par leséquipements 4

ARAE

ème

ann e

ème

ann e


25/34

C"cle #ngénieurGP


*=C+,R& : -R+I' I%',&TRIEL */0*1*/023 PR. A. AA!A"#$ E%&A '(A)A'IR

'épend du tpe de lampes ?+n consid6re que toute la puissance se con7ertie en charge sensi>le : Incandescence : + ,-luorescence con7entionnelle : + ,"09-luorescence électronique : + ,":9

Charges intérieures parillumination 4

ème

ann e

ème

ann e


26/34

C"cle #ngénieurGP


*B C+,R& : -R+I' I%',&TRIEL */0*1*/023 PR. A. AA!A"#$ E%&A '(A)A'IR

Charges intérieures par personnestravailleurs 4

ARAE

T cham>re pers 3

0/ *0/= *4/

/ */

= 2//

0/ 22/0= 2B/

*/ 2G/

Les personnes dégagent de la chaleur sensi>le3

et de l(humidité latente3 :

Acti7ité sensi>le KN Latente KN

Assis sans tra7ailler B= 2=

'e>out$ détendue = ==

Passant = /

;arche

0$B Om1h =/ 00/

2$* Om1h D/ 02/

4$D Om1h 00/ 0D/

B$4 Om1h 0=/ */

&édentaire D/ D/

;anuel D/ 04/

Léger en usine3 00/ 0D=

Lourd en usine3 0/ *==

ème

ann e

é

ème

ann e

é


27/34

C"cle #ngénieurGP


* C+,R& : -R+I' I%',&TRIEL */0*1*/023 PR. A. AA!A"#$ E%&A '(A)A'IR

Charges e8térieures par lesenveloppes 4, 1mQ.MC3 est la transmittance thermique :

RT est la résistance thermique totale mQ.MC13 :

R0 Rn : &ont les résistances thermiques des différents éléments qui composent

l(en7eloppe.

Rcone5t

et Rconint

: &ont les résistances thermiques superficielles correspondantes l(air

e5térieur et intérieur respecti7ement.

Charges thermiques e8térieures par enveloppese8posés au soleil 4 'ans ce cas$ il est nécessaire d(effectuer une correction de la température de conception.

+n doit sommer les 7aleurs sui7antes celle de T$ tenant en compte que le soleil ne peut

a7oir d(incidence au mre ;oenne Réfléchissante

Toit 04 00 =$=

Paroi Est ou +uest B$B =$= 2

Paroi &ud 2$2 2 0$B

ème

ann e

C l # é i

ème

ann e

C l # é i


28/34

C"cle #ngénieurGP


*DC+,R& : -R+I' I%',&TRIEL */0*1*/023 PR. A. AA!A"#$ E%&A '(A)A'IR

ARA E

ème

ann e

C l # é i

ème

ann e

C l # é i


29/34

C"cle #ngénieurGP


*GC+,R& : -R+I' I%',&TRIEL */0*1*/023 PR. A. AA!A"#$ E%&A '(A)A'IR

Charges thermiques e8térieures par in>ltrationsde l’air e8térieur 4

't temps de séour de la porte ou7erte$ donné par :

' f -acteur de flu5 de l(air par la porte comparé l(ou7erture pleine :

Pour flu5 sans o>struer U 0 Pour 0 entrée par minute en portes rapides

U /$D pour sauts thermiques supérieurs 00 MC U 0$0 pour sauts thermiques moins de B MC

P nom>re d(étapes pour la porte dans le temps t

t ou7erture Portes normales de 0= *= st ou7erture Portes rapides de = 0/ s

E Efficacité de fermeture de la protection rideau$ rideau d(airH3entre /$ et /$G= $ et / s(il n(e5iste pas de sst6me

ème

ann e

C l # é i

ème

ann e

C l # é i


30/34

C"cle #ngénieurGP


2/C+,R& : -R+I' I%',&TRIEL */0*1*/023 PR. A. AA!A"#$ E%&A '(A)A'IR

Charges thermiques e8térieures par in>ltrationsde l’air e8térieur 4

A aire de la porte mQ3hint enthalpie de l(air intérieur O1Og3

he5t enthalpie de l(air e5térieur O1Og3 Zint densité de l(air intérieur Og1m

2 3

Ze5t densité de l(air e5térieur Og1m2 3

g gra7ité G$D m1sQ3 # hauteur de la porte m3

A Chaleur en O entrante a7ec la porte totalement ou7erte

ème

ann e

C"cle #ngénieur

ème

ann e

C"cle #ngénieur


31/34

C"cle #ngénieurGP



ARAE

ème

ann e

C"cle #ngénieur

ème

ann e

C"cle #ngénieur


32/34

C"cle #ngénieurGP


2*C+,R& : -R+I' I%',&TRIEL */0*1*/023 PR. A. AA!A"#$ E%&A '(A)A'IR

Charges thermiques e8térieures par entréedirecte de l’air par les portes 4

- ou7erture -raction décimale du temps dans lequel la porte est ou7erte

ème

ann e

C"cle #ngénieur

ème

ann e

C"cle #ngénieur


33/34

C"cle #ngénieurGP

C"cle #ngénieurGPV. Logiciels:


Coolpac? 4CoolPacO est une collection de mod6les de simulation

pour les sst6mes de réfrigération. Les mod6les ontchacun un >ut précis$ par e5emple$ l8analse du ccle$ ledimensionnement des composants principau5$ l8analse del8énergie et l8optimisation.

Sol?ane4

Logiciel pour tracer des ccles frigorifiques etdéterminer les puissances frigo.

http://climatisation.froid.free.fr/index.php?option=com_content&view=article&id=37:solkane-logiciel-por-tracer-des-c!cles-frigori"#es-et-determiner-les-pissances-$rigo&catid=%:logiciels-de-froid-et

-climatisation&temid=7

http://www.ipu.dk/English/IPU-Manufacturing/Refrigeration-and-energy

-technology/Downloads/CoolPack.asp

ème

ann e

C"cle #ngénieur

ème

ann e

C"cle #ngénieur

i i l

http://climatisation.froid.free.fr/index.php?option=com_content&view=article&id=37:solkane-logiciel-pour-tracer-des-cycles-frigorifiques-et-determiner-les-puissances-Frigo&catid=8:logiciels-de-froid-et-climatisation&Itemid=7http://climatisation.froid.free.fr/index.php?option=com_content&view=article&id=37:solkane-logiciel-pour-tracer-des-cycles-frigorifiques-et-determiner-les-puissances-Frigo&catid=8:logiciels-de-froid-et-climatisation&Itemid=7http://climatisation.froid.free.fr/index.php?option=com_content&view=article&id=37:solkane-logiciel-pour-tracer-des-cycles-frigorifiques-et-determiner-les-puissances-Frigo&catid=8:logiciels-de-froid-et-climatisation&Itemid=7http://climatisation.froid.free.fr/index.php?option=com_content&view=article&id=37:solkane-logiciel-pour-tracer-des-cycles-frigorifiques-et-determiner-les-puissances-Frigo&catid=8:logiciels-de-froid-et-climatisation&Itemid=7http://www.ipu.dk/English/IPU-Manufacturing/Refrigeration-and-energy-technology/Downloads/CoolPack.aspxhttp://www.ipu.dk/English/IPU-Manufacturing/Refrigeration-and-energy-technology/Downloads/CoolPack.aspxhttp://www.ipu.dk/English/IPU-Manufacturing/Refrigeration-and-energy-technology/Downloads/CoolPack.aspxhttp://www.ipu.dk/English/IPU-Manufacturing/Refrigeration-and-energy-technology/Downloads/CoolPack.aspxhttp://climatisation.froid.free.fr/index.php?option=com_content&view=article&id=37:solkane-logiciel-pour-tracer-des-cycles-frigorifiques-et-determiner-les-puissances-Frigo&catid=8:logiciels-de-froid-et-climatisation&Itemid=7http://climatisation.froid.free.fr/index.php?option=com_content&view=article&id=37:solkane-logiciel-pour-tracer-des-cycles-frigorifiques-et-determiner-les-puissances-Frigo&catid=8:logiciels-de-froid-et-climatisation&Itemid=7http://climatisation.froid.free.fr/index.php?option=com_content&view=article&id=37:solkane-logiciel-pour-tracer-des-cycles-frigorifiques-et-determiner-les-puissances-Frigo&catid=8:logiciels-de-froid-et-climatisation&Itemid=7http://climatisation.froid.free.fr/index.php?option=com_content&view=article&id=37:solkane-logiciel-pour-tracer-des-cycles-frigorifiques-et-determiner-les-puissances-Frigo&catid=8:logiciels-de-froid-et-climatisation&Itemid=7


34/34

C"cle #ngénieurGP

C"cle #ngénieurGPV. Logiciels:

Ps"chtool 4 Logiciel pour calculer les caractéristiques de

l(air diagramme pschométrique3.