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See discussions, stats, and author profiles for this publication at: https://www.researchgate.net/publication/299285551 Echangeurs de chaleur liés au système de refroidissement solaire à adsorption : Dimensionnement d’un aéroréfrigérant Research · March 2016 DOI: 10.13140/RG.2.1.2311.0802 CITATIONS 2 READS 5,420 1 author: Some of the authors of this publication are also working on these related projects: PhD studies in energy and sustainable development View project Et-tahir Ammari University of Batna 1 9 PUBLICATIONS 4 CITATIONS SEE PROFILE All content following this page was uploaded by Et-tahir Ammari on 21 March 2016. The user has requested enhancement of the downloaded file. ΔϴΒόθϟ΍Δϴρ΍ήϘϤϳΪϟ΍Δϳή΋΍ΰΠϟ΍ΔϳέϮϬϤΠϟ΍ République Algérienne Démocratique et Populaire Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique Université de Biskra Faculté des Sciences et de la Technologie Département de Génie Mécanique Filière : Génie Mécanique Option: Systèmes Energétiques Et Développement Durable Réf:………… Mémoire de Fin d'Etudes En vue de l’obtention du diplôme de: MASTER Présenté par : Proposé et dirigé par : Ettahir AMMARI Mme. Nora BOULTIF Promotion : Juin 2013 Echangeurs de chaleur liés au système de refroidissement solaire à adsorption : Dimensionnement d’un aéroréfrigérant Dédicaces I Dédicaces Je voudrais dédier ce modeste travail à : Mes chers parents pour leur soutien et leur encouragement durant toute ma carrière d’études Mes frères, Toute ma grande famille, A tous les étudiants du Génie Mécanique, Ainsi qu’à tous mes amis et tous qui me connaissent. Remerciements 1 Remerciements Je dois tout d’abord remercie le bon Dieu, pour m’avoir donné la santé, la force et la patience pour accomplir ce travail. Le moment est venu d’exprimer toute ma reconnaissance à mon Encadreur Madame N. BOULTIF Maître assistante à l’Université de Mohamed Khider, Biskra, de m’avoir fait confiance et puis pour sa disponibilité, sa patience, son suivi constant de ce travail. Je tiens très sincèrement à remercier Monsieur A. BENCHABANE, Maître de Conférences à l’Université de Mohamed Khider, Biskra, pour ses conseils précieux durant le mémoire, et pour toute l'aide qu'il m'a apportée, et de m'avoir fait l'honneur de présider le jury. Je remercie également Monsieur K. AOUES, Maître de Conférences à l’Université de Mohamed Khider, Biskra, qui m'a fait l'honneur de participer au jury. J’adresse mes plus sincères remerciements à tous ma famille et mes amis, et tous les collègues. Finalement je tiens à remercier chaleureusement tous les enseignants du département de génie mécanique, et tous qui ont participé de près ou de loin pour accomplir ce travail. Sommaire III Sommaire DEDICACE …………………………………………………………...…..................... I REMERCIEMENTS ……………………………………………...……….................. II SOMMAIRE …………………………………………………………….…….............. III LISTE DES FIGURES ……….………………………………………..…................... VI LISTE DES TABLEAUX……………………………………………......…................. VIII NOMENCLATURE ………………………………………………...........……............ IX INTRODUCTION GENERALE…………………........................………...........…… 1 CHAPITRE I : TECHNOLOGIES DU FROID SOLAIRE PAR SORPTION 1 Technologie de réfrigération solaire.......................................................................... 1.1 Réfrigération solaire par sorption.................................................................... 1.1.1 Procédé par absorption............................................................................ 1.1.1.1 Principe de fonctionnement de la machine frigorifique absorption..................................................................................................... 1.1.2 Procédés par adsorption et par chimisorption (réaction chimique)........ 2 Cycles idéaux de la machine frigorifique solaire à adsorption.................................. 2.1 Cycle à simple effet......................................................................................... 2.2 Cycle à double effet......................................................................................... 3 Les machines frigorifiques solaire à adsorption........................................................ 3.1 Machine fonctionne selon le cycle simple effet.............................................. 3.1.1 Machine avec un seul lit......................................................................... 3.1.2 Machine avec deux lits (Chiller)............................................................. 3.2 Machine fonctionne selon le cycle double effet.............................................. 3.2.1 L’adsorbeur............................................................................................. 3.2.2 Le Condenseur....................................................................................... 3.2.3 L’évaporateur.......................................................................................... 4 Bibliographie.............................................................................................................. 3 4 5 5 6 8 8 10 12 12 12 12 14 15 17 17 18 Sommaire IV CHAPITRE II : DESCRIPTION DE L'INSTALLATION FRIGORIFIQUE SOLAIRE A ADSORPTION ET L'ELEMENT A DIMENSIONNER 1 Description de l'installation frigorifique solaire à adsorption................................... 1.1 Définitions...................................................................................................... 1.1.1 COP thermique de la machine de production de froid........................... 1.1.2 COP électrique de la machine de production de froid........................... 2 Machine à adsorption (chiller)................................................................................... 3 Circuit HT (Capteurs solaire)..................................................................................... 3.1 Capteurs solaires plans.................................................................................... 3.2 Capteurs solaires sous vide.............................................................................. 3.3 Capteurs solaires CPC (Compound Parabolic Concentrator).......................... 4 Circuit BT (Ventilo-convecteurs).............................................................................. 5 Circuit MT (Système de refroidissement).................................................................. 5.1 Différents types de systèmes de refroidissement............................................. 5.1.1 Classification selon le mode d'échange.................................................. 5.1.1.1 Les systèmes de refroidissement par voie humide ou évaporatif (avec dispersion d’eau) ............................................................... 5.1.1.2 Les systèmes de refroidissement par voie sèche et humide (avec et sans dispersion d’eau).............................................................. 5.1.1.3 Les systèmes de refroidissement utilisant l’air sec...................... 5.1.2 Classification selon leur mode de tirage (circulation de l'air)................ 5.1.3 Classification selon les trajectoires de l'air et de l'eau............................ 5.2 Comparaison entre le système de refroidissement sec et humide................... 6 Aéroréfrigérant direct sec........................................................................................... 6.1 Bancs d’aéroréfrigérants.................................................................................. 6.2 Système de ventilation..................................................................................... 6.3 Échangeur à ailettes......................................................................................... 6.3 Choix de l'échangeur à ailettes........................................................................ 7 Bibliographie.............................................................................................................. CHAPITRE III : RAPPELS ET GENERALITES SUR LES ECHANGEURS DE CHALEUR 1 Généralités sur les batteries à ailettes....................................................................... 1.1 Description et utilisation des batteries à ailettes............................................. 1.2 Disposition des tubes...................................................................................... 1.3 Organisation de l’écoulement......................................................................... 1.4 Les différentes configurations d’écoulements................................................ 1.5 Généralités sur les ailettes.............................................................................. 1.5.1 Différents types d’ailettes...................................................................... 20 21 21 22 22 25 25 27 28 28 29 30 30 30 32 34 37 38 38 39 40 40 41 42 43 46 46 47 48 49 49 49 Sommaire V 1.5.1.1 Ailettes continues........................................................................... 1.5.1.2 Ailettes indépendantes................................................................... 2 Transfert de chaleur dans un échangeur à ailettes....................................................... 2.1 Corrélations donnant le coefficient d’échange de chaleur à l’intérieur des tubes................................................................................................................. 2.2 Corrélations donnant le coefficient d’échange de chaleur à l’extérieur des tubes................................................................................................................. 2.2.1 Batteries d’ailettes planes et lisses............................................................ 2.2.2 Batteries d’ailettes planes déformées....................................................... 3 Bibliographie............................................................................................................... CHAPITRE IV : DIMENSIONNEMENT DE L’ECHANGEUR 1 Choix de la méthode de dimensionnement.................................................................. 2 Caractéristiques géométriques de l’échangeur............................................................ 3 Configuration d’écoulement étudiée ........................................................................... 4 Hypothèses de calcul................................................................................................... 5 Le déroulement de calcul............................................................................................. 6 Calcul de batterie à ailettes ......................................................................................... 7 L’organigramme du programme (PDA_RSB 01)........................................................ 8 Bibliographie............................................................................................................... CHAPITRE V : RESULTATS ET DISCUSSION 1 Validation du code numérique..................................................................................... 2 Résultats, analyses et commentaires........................................................................... 2.1 Données de l’échangeur.................................................................................... 2.2 Influence de la conductivité thermique ............................................................ 2.3 Influence du débit d’air..................................................................................... 2.4 Influence de la température d’entrée d’air........................................................ 2.5 Influence de l’écartement des ailettes............................................................... 2.6 Influence de l’épaisseur de l’ailette................................................................... 2.7 Influence du nombre de rangées........................................................................ 2.8 Profils de température des deux fluides (air, eau)............................................. 2.9 Surface d'échange nécessaire pour une journée type dans la région de Biskra.. 3. Les courbes ................................................................................................................. 4 Bibliographie............................................................................................................... CONCLUSION GENERALE.............................................................................................. Annexe................................................................................................................................ 50 51 53 53 55 56 59 60 62 63 64 64 65 67 74 77 78 79 79 80 81 81 81 81 82 82 82 83 90 91 5 Listedesfigures VI Liste des figures Figure I-1 Organigramme des techniques de froid solaire........................................................... 3 Figure I-2 Système de réfrigération par sorption ........................................................................ 4 Figure I-3 Schéma de fonctionnement du cycle absorption simple effet..................................... 6 Figure I-4 Fonctionnement de système par adsorption et par sorption chimique........................ 7 Figure I-5 Trajet thermodynamique d’un cycle frigorifique théorique simple effet dans un diagramme de Clapeyron............................................................................................ 8 Figure I-6 Diagramme de Clapeyron du cycle idéal de machine frigorifique à deux adsorbeurs avec processus de récupération de masse et de chaleur.............................................. 11 Figure I-7 Processus de récupération de masse et de chaleur entre les deux adsorbeurs............ 11 Figure I-8 Fonctionnement de système de la Machine frigorifique solaire à adsorption avec cycle simple effet........................................................................................................ 12 Figure I-9 Processus de travail du refroidisseur d'adsorption en deux lits................................... 13 Figure I-10 Refroidisseur d'adsorption utilise le couple silicagel-eau........................................... 14 Figure I-11 Processus d'adsorption/désorption.............................................................................. 15 Figure I-12 Schéma de principe et image vrai de l’adsorbeur....................................................... 16 Figure I-13 Schéma de l'unité de transfert de chaleur et de masse de condenseur et d’évaporateur............................................................................................................... 17 Figure II-1 Schéma descriptif de l'installation frigorifique solaire à adsorption........................... 21 Figure II-2 Photo de la Machine Sortech ACS 08........................................................................ 23 Figure II-3 Performances données par l'entreprise Sortech pour différentes température de groupe MT.................................................................................................................. 24 Figure II-4 Capteur solaire thermique plan................................................................................... 25 Figure II-5 Principe de fonctionnement d’un capteur solaire thermique plan.............................. 26 Figure II-6 Capteur solaire thermique sous vide........................................................................... 27 Figure II-7 Coupe schématique des deux principaux types de capteurs plans à concentration..... 28 Figure II-8 Image du ventilo-convecteur....................................................................................... 29 Figure II-9 Principe de fonctionnement du système de refroidissement par tour ouverte où l'eau dispersée provient directement du circuit à refroidir.......................................... 31 Figure II-10 Principe de fonctionnement du système de refroidissement par tour aéroréfrigérante à circuit ouvert avec échangeur intermédiaire accolé....................... 31 Figure II-11 Principe de fonctionnement du système de refroidissement par tour aéroréfrigérante fermée avec échangeur tubulaire.................................................. 31 Figure II-12 Principe de fonctionnement du système de refroidissement par tour aéroréfrigérante hybride ouverte avec échangeur tubulaire........................................ 32 Figure II-13 Principe de fonctionnement du système de refroidissement par tour aéroréfrigérante hybride fermée (échangeur intérieur ou échangeur accolé).............. 33 Figure II-14 Image et schéma de principe de fonctionnement du système de refroidissement paraéroréfrigérant adiabatique............................................................................ 33 Listedesfigures VII Figure II-15 Image et schéma de principe d’un système de Pré-humidification (dits Pré refroidisseur)............................................................................................................... 34 Figure II-16 Image et schéma de principe de fonctionnement du système système de refroidissement par aéroréfrigérant sec....................................................................... 35 Figure II-17 Image et schéma de principe de fonctionnement du système de refroidissement par aéroréfrigérant en V sec.............................................................................................. 35 Figure II-18 Principe de fonctionnement du système de refroidissement par aéroréfrigéran sec, plus système de pulvérisation adiabatique.................................................................. 36 Figure II-19 Différentes configurations de baies aéroréfrigérantes................................................. 36 Figure II-20 Schéma de principe du système de refroidissement à tirage naturel........................... 37 Figure II-21 Schéma de principe du système uploads/Geographie/ mmoireammariokba-pdf.pdf