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1 19-21 March 2014,Tunisi VIII the International Congress on Renewable Energy a

1 19-21 March 2014,Tunisi VIII the International Congress on Renewable Energy and the Environment Résumé: L’objectif de ce travail est le dimensionnement d’un système de refroidissement d’une installation frigorifique solaire à adsorption. Après une analyse bibliographique concluante, nous avons choisi de travailler sur un aéroréfrigérant sec de type batterie à ailettes. Nous avons utilisé la méthode ∆TML comme méthode de dimensionnement de l’échangeur de chaleur et un code de calcul en MATLAB a été élaboré. Nous avons également comparé les résultats obtenus par ce code avec des travaux expérimentaux récents obtenus de la littérature. Après la validation expérimentale du code, une étude de faisabilité de l’aéroréfrigérant dans la région de Biskra en Algérie a été ainsi entamée. Mots clés : dimensionnement ; adsorption; aéroréfrigérant; batterie à ailettes. Nomenclature 1. Introduction Les systèmes de rafraîchissement solaire par sorption semblent une voie prometteuse pour l’amélioration des conditions de vie du point de vue environnemental et économique, apparaissent comme pouvant représenter une alternative prometteuse aux systèmes de refroidissement par compression de vapeur classiques, avec certains avantages : la consommation d'électricité peut être jusqu'à 20 fois inférieure à celle d'un système classique à compression, les fluides frigorigènes employés n'ont pas d'impact sur la couche d'ozone et sur l'effet de serre, un faible niveau sonore. DIMENSIONNEMENT D’UN SYSTÈME DE REFROIDISSEMENT D’UNE INSTALLATION FRIGORIFIQUE SOLAIRE À ADSORPTION 1. Université de Batna Algérie 2. Université de Biskra Algérie E-mail:ammari.tahar@gmail.com; bw_nora@yahoo.fr; belghar1@yahoo.fr; m_aksas@hotmail.com Et-Tahir Ammari1; Nora Boultif2 ; Noureddine Belghar2 ; Mounir Aksas1 Cp Chaleur massique (J/Kg.K) D Diamètre (m) Dh Diamètre hydraulique (m) Dc Diamètre du collet (m) di Diamètre interne du tube (m) de Diamètre externe du tube (m) h Coefficient d’échange de chaleur par convection (W/m².K) j Coefficient de Colburn L Longueur du tube (m) Lcarac Longueur caractéristique de l’ailette (m) m Coefficient N Nombre des rangées Nu Nombre de Nusselt Pr Nombre de Prandtl Pt Pas transversal des tubes (m) Pl Pas longitudinal des tubes (m) Re Nombre de Reynolds ℜ Résistance thermique, (W / K) Rୣ୶୲ Rayon extérieur du tube (m) Req Rayon caractéristique d’ailette circulaire Sa Ecartement entre les ailettes (m) S୧ Surface intérieure des tubes par mètre de longueur, (m²/m) Sୣ Surface extérieure des tubes par mètre de longueur, (m²/m) Sୟ୧୪ି୫ Surface d’ailettes par mètre de longueur, (m²/m) S୲୭୲ି୫ Surface d’échange total des tubes à ailettes par mètre de longueur (m²/m) T Température (°C) Vୟ୧୰ Vitesse étroite de l’air (m/s) λ Conductivité thermique (w.m-1.k-1) ηୟ୧୪ Efficacité de l’ailette η୥ Efficacité globale de la surface ailetée Ω Coefficient de Darcy Indices-Abréviations ail ailette e extérieur h hydraulique i intérieur m moyenne t tube tot total 2 19-21 March 2014,Tunisi VIII the International Congress on Renewable Energy and the Environment Plusieurs travaux dans le domaine du rafraîchissement par adsorption ont été effectués, à base de ces dernier, d’autres recherches ce font toujours pour développer et enrichir ce domaine. Une installation frigorifique c’est l’ensemble des composants avec les quels une machine de production de froid fonctionne, elle englobe les systèmes d’échange de chaleur, les différentes sources d’énergie...etc. Le principe des échangeurs thermiques est simple, ce sont des appareils destinés à transférer de la chaleur entre deux fluides à des températures différentes donc elle font appel essentiellement aux mécanismes de transfert thermiques ; leurs technologies, leurs conceptions et leurs développements influent directement sur la performance d’une installation frigorifique ou autre installation utilisant ces échangeurs. 2. Description de l'installation frigorifique et l'élément à dimensionner Les machines frigorifiques solaire à adsorption peuvent être caractérisées par trios températures : une température haute Thcorrespondante à la chaleur motrice fournie au système, une température basse Tb correspondante à celle de la production de froid et une température intermédiaire Tm au niveau de laquelle la quantité de chaleur prélevée sur l'eau glacée et la chaleur motrice doivent être évacuée. L’installation "standard" généralement se compose des éléments représentés dans la figure.1. à savoir : · Machine à adsorption (chiller). · Installation solaire (avec cuve de stockage), appelé circuit HT. · Système de distribution de froid (ventilo-convecteur lié au l'espace que nous voulons refroidie), appelé circuit BT. · Système de refroidissement (refroidisseur de retour), le plus souvent au moyen d'un aéroréfrigérant, appelé circuit MT. Fig. 1. Schéma descriptif de l'installation frigorifique solaire à adsorption. 2.1 Machine à adsorption (chiller) Le chiller est l'élément essentiel de l'installation, c’est le responsable de la production du froid, l’objectif est de fournir l'eau glacée, dans un circuit lié à des ventilo-convecteurs de l'espace que nous voulons refroidie. Le procédé de base de production de froid est la compression d'un fluide frigorigène ce qui provoque l’évaporation du liquide à des basse températures et pressions, et de condensation de la vapeur à des températures et des pressions plus élevées. Au lieu de la compression mécanique comme dans les équipements électriques des climatiseurs, les refroidisseurs utilisent l’énergie thermique pour la compression du fluide. Le principe de base de la compression thermique est l’adsorption du réfrigérant dans un matériau solide comme le gel de silice ou les zéolithes, et le réfrigérant c’est l’eau, ce qui entraîne que la tâche technique de la machine doit être exploitée à des pressions très faibles dans une enceinte de confinement étanche au vide [1]. Machine à adsorption (chiller) Cuve de stockage d’eau chaude Capteurs solaire Ventilo-convecteur Système de refroidissement (aéroréfrigérant) 3 19-21 March 2014,Tunisi VIII the International Congress on Renewable Energy and the Environment Dans cette étude, nous avons choisi une machine de climatisation solaire qui a été commercialisée depuis 2008 par l'entreprise allemande SORTECH.La machine SORTECH ACS 08 est une machine frigorifique à adsorption fonctionnant avec le couple silicagel-eau. Cette machine ayant une puissance frigorifique nominale de 8 kW [2]. 2.2 Système de refroidissement Les systèmes de refroidissement sont fondés sur les principes de la thermodynamique. Ils facilitent les échanges de chaleur entre le fluide de procédé et le réfrigérant ainsi que le rejet de la chaleur non récupérable dans l'environnement. Les systèmes de refroidissement peuvent être classés selon leur conception et le type de réfrigérant utilisé: eau ou air ou une combinaison des deux. Les échangeurs de chaleur améliorent l'échange de chaleur entre le fluide de procédé et le réfrigérant qui transporte la chaleur dans le milieu ambiant. Dans les systèmes en circuit ouvert, le réfrigérant est en contact avec le milieu ambiant mais dans les systèmes en circuit fermé, le réfrigérant ou le fluide de procédé circule dans des tubes ou des serpentins et il n'est pas en contact direct avec l'environnement [3]. Les systèmes à une passe sont généralement utilisés dans des installations de grande capacité localisées sur des sites disposant de sources d'eau de refroidissement et d'eaux de surface suffisantes. En l'absence de source d'eau sûre, on utilise des systèmes de refroidissement forcés (tours de refroidissement, également appelées aéroréfrigérants) [4]. La fonction assurée par le système de refroidissement est celle d'un échangeur. La partie essentielle est donc le système d'échange thermique inséré le plus souvent dans un circuit d'eau et un circuit d'air. La façon de mettre l'eau en contact direct ou indirect avec l'air, le mode et les systèmes d'échanges mis en œuvre permettent une première classification. Les trajectoires relatives de l'air et de l'eau (contre-courant ou courant croisé), en particulier dans les systèmes d'échange, conduisent à une deuxième classification. Une troisième classification décrit le mode de mise en mouvement de l'air appelé tirage (ventilation naturelle ou tirage forcé). La classification selon le mode d'échange est la plus importante car elle permet de connaître le fonctionnement de systèmes de refroidissement. Les autres donnent uniquement de plus amples détails sur la circulation des fluides [5]. Donc il y a deux types de bases : les systèmes de refroidissement par voie humide et Les systèmes de refroidissement par voie sèche. De nombreuses solutions mixtes existent mélangeant parties sèche et humide. 3. Aéroréfrigérant sec Après une analyse bibliographique concluante, nous avons choisi de travailler sur un aéroréfrigérant sec, qui est dite aussi dans cette application aéroréfrigérant sec direct. Dans ce système, le puits froid échange directement avec le fluide à refroidir sans utilisation d’un circuit avec fluide caloporteur intermédiaire. Le fluide à refroidir circule dans les tubes d’un échangeur à ailettes et est refroidi par l’air mis en mouvement par des ventilateurs et traversant cet échangeur, l’échange se faisant à courant croisé. Ce type de système ne fonctionne qu’en mode sec. Il ne permet donc pas d’obtenir des températures de refroidissement aussi basses qu’avec un refroidissement évaporatif. Ces systèmes s’appliquent principalement dans le domaine de la climatisation en tertiaire, pour des puissances relativement faibles, mais peuvent également être utilisés en applications industrielles de puissances inférieures à 2 MW [4].Les aéroréfrigérants peuvent être constitués d’uneseule unité pour les débits d’air faibles et moyens et de plusieurs unités accolées pour les gros débits d’air. Le regroupement de plusieurs aéroréfrigérants accolés est appelé banc. Desappareils destinés à plusieurs cas de fonctionnement ou différents services peuvent êtreinstallés sur un même banc [6]. Le principe d’un tel système de refroidissement sec est schématisé sur la figure 2. Fig. 2. Image et schéma de principe de fonctionnement du uploads/Finance/ dimensionnement-d-un-systeme-de-refroidi.pdf