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Université Mohamed Khider de Biskra Faculté des Sciences et de la Technologie D

Université Mohamed Khider de Biskra Faculté des Sciences et de la Technologie Département de Génie Mécanique Domaine : Sciences et Techniques Filière : Génie Mécanique Spécialité : Energétique Réf. : Entrez la référence du document Présenté et soutenu par : ABDELKRIM KHALDI Le : lundi 8 juillet 2019 Exploration du premier prototype de réfrigérateur solaire à adsorption charbon actif/méthanol dans la région de Biskra Jury : Dr. Salim MESSAOUDI MCB Université de Biskra Président M. Miloud ZELLOUF MAA Université de Biskra Rapporteur Dr. Chawki MAHBOUB MCB Université de Biskra Examinateur Année universitaire : 2018 - 2019 MÉMOIRE DE MASTER Dédicaces Je dédie ce modeste travail à : à ma chère mère et à mon chère père Merci pour vos prières et vos encouragements et j'espère de tout mon cœur que Dieu vous bénisse. Je remercie mes frères qui m'ont aidé par leurs encouragements et en leurs soutiens en particulier mon frère Nassim Je remercie ma famille, tous mes amis et collègues du collège et tous ceux qui ont contribué de près ou de loin. Remerciements Je remercie Dieu tout puissant pour la santé, la volonté, le courage et la patience qu’il m’a donné durant ces années d’étude. Je tiens à remercier Mr. Milloud ZALLOUF pour son encadrement, sa compréhension, ses conseils, ses observations son aide et sa disponibilité durant la réalisation de ce mémoire. Un grand merci également au Dr. Kamel AOUES, qui a grandement contribué à ses conseils et direction, et aussi de soutien dans les moments les plus difficiles et matériel et moral, ainsi que ses conseils pour donner des idées et comment rédiger correctement le mémoire. Je remercie également les jurys Dr. Salim MESSAOUDI et Dr. Chawki MAHBOUB, qui m'ont honoré de leurs présences pour juger mon travail. Un grand merci également au responsable de Hall Technologique de l’université Mohamed Khider Biskra Mr. Ismail GUETTALA et le personnel. J’adresse mes sincères remerciements à tous les enseignants, intervenants et toutes les personnes par leurs paroles, leurs écrits, leurs conseils et leurs critiques ont guidé mes réflexions et accepté de répondre à mes questions durant qui mes recherches, surtouts les membres du Hall Technologique. Je tiens à remercier en particulier Mr. Mohamed Aymen KETHIRI, Mr. Abbes OUAAR, Mr. Fateh BOUHAFS et Mr. Hossam DJAHARA pour leurs amitiés et leurs aides dans une ambiance chaleureuse et amical. I) Sommaire Dédicaces……………………………………………………………………….. Remerciements………………………………………………………………..... Sommaire……………………………………………………………………….. Nomenclature…………………………………………………………………… Liste des figues………………………………………………………………….. Liste des tables………………………………………………………………….. Introduction générale…………………………………………………………….. Chapitre 1 : Généralité et Recherche bibliographique 1.1. Introduction……………………………………………………………... 1.2. Historique……………………………………………………………..… 1.3. Principes de l’adsorption………………………………………………... 1.4. Choix du couple Adsorbant/adsorbat…………………………………… 1.4.1. Choix de l’adsorbant………………………………………………… 1.4.2. Choix de l’adsorbat………………………………………………….. 1.4.2.1. Critère technique…………………………………………………. 1.4.2.2. Critère écologique………………………………………………... 1.4.2.3. Critère économique (coût d’investissement et d’exploitation)…... 1.5. Le couple charbon actif/méthanol……………………………………… 1.6. Phénomènes d’adsorption……………………………………………… 1.7. L’adsorption chimique et physique…………………………………….. 1.7.1. L’adsorption chimique………………………………………………. 1.7.2. L’adsorption physique……………………………………………….. 1.8. Critères de choix du couple adsorbant/adsorbat………………………… I II III VI 1 6 6 8 8 9 10 10 11 11 12 13 15 15 15 15 1.8.1. Choix du solide adsorbant…………………………………………… 1.8.2. Choix du fluide frigorigène………………………………………….. 1.8.3. Choix thermodynamique…………………………………………….. 1.8.4. Choix technique et de sécurité……………………………………….. 1.8.5. Choix de sécurité…………………………………………………….. 1.9. Principe de fonctionnement et rappel de quelques notions théoriques…. 1.9.1. Description d’une machine frigorifique à adsorption…………........... 1.9.2. Cycle frigorifique à adsorption……………………………………….. 1.9.3. Définition des procédés thermochimiques d’adsorption……………… 1.9.3.1. Phase de chauffage………….…………………………………….... a. Phase de chauffage isostérique (7h-10h)………………………... b. Phase de chauffage de désorption-condensation (10h-16h)…….. 1.9.3.2. Phase de refroidissement…………………………………................ a. Phase de refroidissementisostérique …………………………… b. Phase de refroidissement d’adsorption-évaporation (production du froid)………………………………………………………………. 1.9.4. Coefficients de performance thermique d’une machine frigorifique à adsorption................................................................................................ 1.10. Avantage et inconvénients des machines à adsorption…………………… 1.10.1. Avantage………………………………………………………………. 1.10.2. Inconvénients………………………………………………………… 1.11. Conclusion………………………………………………………………. Chapitre 2 : Description du dispositif expérimental 2.1. Introduction……………………………………………………………… 2.2. Description de la machine frigorifique à adsorption solaire…………….. 15 16 16 16 17 17 17 18 18 19 19 20 20 20 21 22 23 23 23 24 27 27 2.2.1. Le capteur(l’adsorbeur)…………………………….………................ 2.2.2. L’évaporateur…………………………………………………………. 2.2.3 la chambre froide ……………………………………………………... 1.11.1. Le condenseur………………………………………………………..... 1.12. Assemblage des différents éléments de l’installation frigorifique solaire... 1.13. Les sous-éléments………………………………………………………… 1.14. Opérations de vérification et de dégazage de l’installation frigorifique….. 1.15. Conclusion………………………………………………………………… Chapitre 3 : Résultats et discussions 3.1. Introduction………………………………………………………………. 3.2. Résultats expérimentaux………………………………………………….. 3.2.1. Description de l’installation avant le début des expériences…………. 3.2.2. Début et déroulements des expériences………………………………. 3.3. Données météorologiques du site……………………………………….. 3.3.1. Variation du rayonnement solaire et de la température ambiante…… 3.3.2. Variation de la vitesse du vent………………………………………. 3.4. Les Températures des différents éléments de l’installation…………….. 3.4.1. Evolution de la température l’adsorbeur ……………………………. 3.4.2. Evolution des températures de l’évaporateur et celle de l’ambiance… 3.4.3. Evolution des températures du condenseur et celle de l’ambiance….. 3.4.4. Evolution despressions……………………………………………… Conclusion générale………………………………………………………………. Résumé………………………………….………………………………………… 28 32 32 33 33 34 35 36 39 39 39 40 40 40 41 42 42 43 44 45 48 49 II)NOMENCLATURE Pe : pression d’évaporation. Pc : pression de condensation. Ts : température de condensation. Tmax : température maximale. Tmin : température minimale. Te : température d’évaporation. Ta : température d’adsorption. Tg : température de régénération. Tc : température de condensation. n : le nombre de couche moléculaire d’adsorbat. X : la pression relative. P : la pression d’équilibre. Ps : la pression de saturation de l’adsorbat liquide. m : la masse adsorbée de l’adsorbat. mo : la masse d’adsorbat nécessaire pour former une couche mono-moléculaire. C : est une constante caractéristique du gaz. ∆Hads : la chaleur d’adsorption de la première couche. ∆Hcon : la chaleur de condensation de l’adsorbat. W : le volume occupé par la phase adsorbée. W0 : le volume maximal adsobable. β : le coefficient d’affinité. K : une constante caractéristique de la distribution des pores de l’adsorbant. Ai : le potentiel d’adsorption de Polanyi. D : une constante qui caractérise le couple adsorbant/adsorbat. fs : les fugacités de l’adsorbat de l’état saturé. ƒ : les fugacités de l’adsorbat de l’état d’équilibre. n : un paramètre ajustable, permettant d’améliorer la corrélation des données expérimentales ∆S : l’entropie. α : le coefficient d’expansion thermique de l’adsorbat liquide. COPth : le coefficient de performance. Qf : la production frigorifique ou la quantité de froid produite à l’évaporateur. Qc : la quantité de chaleur fournie à l’adsorbeur. L(T) : la chaleur latente d’évaporation. Cp(T) : la chaleur spécifique de l’adsorbat à l’état liquide. ma : la masse d’adsorbant solide contenue dans l’adsorbeur. ∆m : la masse cyclée de l’adsorbat, qui calculée comme suit. mmax : la masse adsorbée correspondante à la température d’adsorption Ta et la pression d’évaporation Pe. mmin : la masse adsorbée correspondante à la température de régénération Tg et la pression de condensation Pc. Cp : la chaleur spécifique à pression constante. Cv : la chaleur spécifique à volume constante Cp2 : la chaleur spécifique de l’adsorbant et ma Cp2 représente la capacité calorifique de l’adsorbant. mg : la masse des parties métallique de l’adsorbeur. Cpw : la chaleur spécifique des parties métallique de l’adsorbeur. mg Cpw ; la capacité calorifique des parties métallique de l’adsorbeur. m (T) : la masse adsorbée à la température T et à la pression de condensation Pc, phase (B-E). Ts1 : la température de désorption. qst : la chaleur isostérique d’adsorption, définie par équation. dm : la différentiation de la masse adsorbée. ρ : masse volumique (kg/m3). III) Liste des figues Les figures Page Figure 1.1. Phénomène d’adsorption. Figure 1.2. Schéma d’une machine frigorifique solaire à adsorption. Figure 1.3. Diagramme de Clapeyron pour une machine frigorifique à adsorption. Figure 1.4.Allure schématique des isobares d’adsorption. Figure 1.5. Schéma d’un réseau d’isostèred adsorption. Figure 1.6. Phase de chauffage isostérique. Figure 1.7. Phase de chauffage de désorption. Figure 1.8. Phase de refroidissement isostérique. Figure 1.9. Phase de refroidissement d’adsorption Figure 2.1. Machine frigorifique solaire à adsorption méthanol/charbon actif. Figure 2.2. Capteur parallélépipédique remplacé. Figure 2.3. Tubes internes. Figure 2.4. Opération de perforation des tubes internes. Figure 2.5. Tube externe de 42 mm de diamètre. Figure 2.6. Pièces (1), (2), (3) de raccordement. Figure 2.7. Les coudes femelle-femelle 90° (4) et Té égal (5). Figure 2.8. Procédé de soudage. Figure 2.9. Soudage du premier coté et remplissage de charbon actif. Figure 2.10. Les neufs tubes assemblés. Figure 2.11. Le processus de coloration. Figure 2.12. Fixation de la couverture transparente. Figure 2.13. L’évaporateur. Figure 2.14. La chambre froide. 14 17 18 19 19 19 20 21 21 27 28 29 29 29 30 30 30 30 31 31 31 32 32 Figure 2.15. Le condenseur. Figure 2.16. Emplacements des vannes. Figure 2.17. Le réservoir. Figure 2.18. Le vaccumètre. Figure 2.19. Pompe à vide. Figure 2.20.Vieux capteur déformé. Figure 2.21.l’ancien condensateur déformé. Figure 3.1. Installation Frigorifique solaire. Figure 3.2. Evolution du rayonnement solaire et de la température ambiante de jour de test. Figure 3.3. Variation de la vitesse du vent. Figure 3.4 Evolution de la température de l’adsorbeur durant la journée de test. Figure 3.5. Variations la température de l’évaporateur et celle de l’ambiance. Figure 3.6. Variations des températures du condenseur et celle de l’ambiance Figure 3.7. Variation des pressions du capteur et de l’évaporateur en fonction du temps. 33 34 34 34 34 35 35 39 41 41 42 uploads/Geographie/ khaldi-abdelkrim.pdf