Remerciez-le!

Remerciez @Admin pour avoir partagé cet document gratuitement, de la manière la plus simple, en partageant sur les réseaux sociaux.

Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit

Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. © Techniques de l’Ingénieur, traité Génie énergétique B 2 365 − 1 Production du froid : technologie des machines industrielles par Georges VRINAT Ingénieur du Conservatoire National des Arts et Métiers et de l’Institut Français du Froid Industriel Ancien Directeur Projet et Développement de la société SAMIFI-BABCOCK ompte tenu des différences fondamentales qui existent sur les plans éco- nomique, technologique et de la production industrielle, il paraît souhaitable de traiter séparément ce qu’il est communément convenu d’appeler le froid domestique et le froid commercial et industriel, c’est pourquoi on ne traitera ici que des deux derniers aspects et non des réfrigérateurs et congélateurs ménagers, des climatiseurs réversibles ou non, des meubles de vente et des groupes embarqués (camions, semi-remorques et wagons). 1. Compresseurs ........................................................................................... B 2 365 - 4 1.1 Compresseurs à piston ............................................................................... — 4 1.2 Hélicocompresseurs ou compresseurs à vis............................................. — 13 1.3 Autres compresseurs rotatifs ..................................................................... — 18 1.4 Compresseurs centrifuges.......................................................................... — 22 1.5 Limites de fonctionnement des compresseurs......................................... — 26 2. Échangeurs de chaleur ........................................................................... — 27 2.1 Principales caractéristiques ........................................................................ — 27 2.2 Construction des échangeurs..................................................................... — 28 2.3 Évaporateurs : éléments de choix.............................................................. — 35 2.4 Condenseurs : éléments de choix .............................................................. — 41 2.5 Échangeurs annexes ................................................................................... — 44 3. Capacités sous pression ........................................................................ — 45 3.1 Bouteille séparatrice de liquide.................................................................. — 46 3.2 Dôme de séparation sur les évaporateurs multitubulaires noyés........... — 47 3.3 Bouteille anti-coup de liquide..................................................................... — 48 3.4 Refroidisseur intermédiaire ........................................................................ — 48 3.5 Bouteille accumulatrice de liquide............................................................. — 49 4. Canalisations frigoriﬁques.................................................................... — 49 4.1 Tracé et calcul .............................................................................................. — 49 4.2 Systèmes à recirculation............................................................................. — 50 4.3 Accessoires .................................................................................................. — 51 4.4 Robinetterie manuelle et automatique ...................................................... — 52 4.5 Règles générales d’installation................................................................... — 52 4.6 Systèmes d’évacuation des impuretés et des frigorigènes ..................... — 53 5. Préfabrication ........................................................................................... — 54 6. Montage et mise en service.................................................................. — 56 6.1 Études préalables ........................................................................................ — 56 6.2 Chantier ........................................................................................................ — 56 6.3 Mise en service sur le site........................................................................... — 57 6.4 Procès-verbal de réception ......................................................................... — 58 7. Législation. Normes et codes............................................................... — 58 C PRODUCTION DU FROID : TECHNOLOGIE DES MACHINES INDUSTRIELLES _________________________________________________________________________ Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. B 2 365 − 2 © Techniques de l’Ingénieur, traité Génie énergétique La déﬁnition complète d’une installation frigoriﬁque ne peut être envisagée que d’une seule manière à partir du moment où l’on a ﬁxé les points clés ci-après dont l’enchaînement logique permet de déﬁnir sa constitution physique (ﬁgure A). La ﬁgure B donne le schéma général d’une installation frigoriﬁque permettant de situer les différents éléments entrant en jeu. Type d’application et choix de la température d’évaporation : selon qu’il s’agit de refroidir de l’air, un liquide ou un solide, dénommés généralement sources froides, le niveau de température à réaliser θf détermine le niveau de la température d’évaporation θo à partir du moment où l’on choisit l’écart minimal : pincement θf – θo de 5 à 7 K. Par exemple : — refroidissement d’eau glacée à + 5 oC, d’où θo = 0 oC ; — refroidissement d’une chambre à – 25 oC, d’où θo = – 30 oC. Puissance frigoriﬁque : elle conditionne l’importance de l’installation et permet un premier classement dont les bornes sont ﬁxées à titre indicatif : faible de 10 à 50 kW ; moyenne de 50 à 500 kW ; forte au-dessus de 500 kW. Figure A – Logigramme de déﬁnition globale d’une installation frigoriﬁque o Qo _________________________________________________________________________ PRODUCTION DU FROID : TECHNOLOGIE DES MACHINES INDUSTRIELLES Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. © Techniques de l’Ingénieur, traité Génie énergétique B 2 365 − 3 Ces grandeurs ne peuvent cependant pas être dissociées de la valeur θo car le coût d’une installation, à puissance égale, est inversement proportionnel à cette valeur. Niveau de température de rejet de la chaleur et puits chaud : il est déterminé par le milieu disponible, eau ou air, et son coût. La température de condensation θk est liée directement à la valeur du puits chaud θc par l’écart de température choisi : pincement θk – θc de 10 à 15 K. Par exemple : — air à + 25 oC, d’où θk = 35 à 40 oC ; — eau de mer à + 32 oC, d’où θk = 42 à 45 oC. Choix du ﬂuide frigorigène : l’ensemble des données ci-dessus permet de sélectionner le ﬂuide le mieux adapté, s’il n’est pas imposé. Type de compresseur et nombre d’étages : compte tenu du régime ther- mique (θk , θo), de la puissance frigoriﬁque et du ﬂuide frigorigène, on décide du type de compresseur possible (piston, vis, spirale ou centrifuge), du nombre d’étages à prévoir, en tenant compte de ses limites d’utilisation ﬁxées par son constructeur. Exemples : — moyenne puissance (100 kW), θo = 0 oC et θk = + 40 oC, pour la climatisation, on choisit le HCFC-22 et un compresseur à piston à un seul étage ; — dans les mêmes conditions mais avec une forte puissance de 1 000 kW, on peut choisir entre un compresseur à vis et du HCFC-22 ou un compresseur centrifuge et du HCFC-123 (s’il s’agit d’eau glacée) ; — forte puissance (1 000 kW), θo = – 40 oC et θk = + 35 oC, pour un tunnel de congélation, on peut choisir du HCFC-22 ou du R717 avec un compresseur à vis suralimenté. Type d’évaporateur : sa technologie dépend essentiellement de l’application recherchée et de la nature de la source froide. Type de condenseur : sa technologie dépend essentiellement de la nature de la source chaude. Figure B – Schéma général d’une installation frigoriﬁque c PRODUCTION DU FROID : TECHNOLOGIE DES MACHINES INDUSTRIELLES _________________________________________________________________________ Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. B 2 365 − 4 © Techniques de l’Ingénieur, traité Génie énergétique Type de circuit de distribution : il dépend des choix précédents mais aussi de la répartition géographique des différents postes de froid dans le bâtiment ; deux solutions sont possibles : — la détente directe du fluide frigorigène dans les postes utilisateurs, par exemple pour un entrepôt frigorifique avec de nombreuses chambres ayant des affectations et des températures différentes ; — la circulation d’un frigoporteur dans les postes utilisateurs, par exemple par une distribution d’eau glacée refroidie dans un groupe frigorifique préfabriqué et testé en usine. Le lecteur pourra se reporter utilement aux rubriques Climatisation et conditionnement d’air et Froid dans ce traité. 1. Compresseurs Le lecteur se reportera utilement aux articles Ventilateurs. Compresseurs [BM 4 500] [BM 4 501] et Compresseurs volumé- triques [B 4 220] dans le traité Génie mécanique. 1.1 Compresseurs à piston Nota : pour plus de détails sur ces compresseurs volumétriques, le lecteur se reportera plus particulièrement à l’article Compresseurs volumétriques [B 4 220] dans le traité Génie mécanique. 1.1.1 Technologie générale Les principaux types de compresseurs utilisés dans les circuits frigoriﬁques apparaissent dans le tableau 1, avec leurs applications. Les compresseurs à piston, de la famille des compresseurs volumétriques alternatifs, peuvent être réalisés selon trois techno- logies différentes (ﬁgure 1) : — compresseurs ouverts (O), couplables à des moteurs séparés électriques ou thermiques, pouvant véhiculer n’importe quel frigorigène et généralement utilisés pour les moyennes et fortes puissances ; — compresseurs hermétiques accessibles (HA) (ou semi- hermétiques), directement couplés à un moteur électrique, enfermés dans un carter commun démontable, ne pouvant véhiculer que des frigorigènes halogénés et utilisés pour des moyennes puissances ; — compresseurs hermétiques non accessibles (H), semblables aux précédents mais enclos dans une enceinte étanche non démontable, ne pouvant véhiculer que des frigorigènes halogénés et utilisés pour des petites et moyennes puissances. (0) 1.1.2 Fonction compression (traitement des gaz) La ﬁgure 2a représente un écorché d’un compresseur ouvert à piston. Sous cet aspect, les compresseurs frigoriﬁques ne se différencient pas des compresseurs de gaz en général : — les compresseurs sont généralement à simple effet ; — la compression est toujours polytropique ; — les clapets à disques annulaires sont très largement utilisés dans les machines industrielles et font leur apparition dans les compresseurs hermétiques accessibles aux lieu et place des clapets à lamelles ; — le refroidissement des cylindres est le plus souvent assuré par les gaz aspirés qui en contrepartie s’échauffent à l’aspiration ; — le refroidissement des gaz lors de la compression peut s’opérer par injection de fluide frigorigène (humidification) ; — la compression en deux étages se fait avantageusement lorsque le rapport de compression dépasse 7 ou que la température finale des gaz refoulés dépasse 125 à 135 oC ; cela nécessite un système de refroidissement entre étages. Tableau 1 – Modes de construction et applications des compresseurs (1) Type de compresseur Alternatif Rotatif à piston à vis (hélico-) à spirales centrifuge Hermétique non accessible (fermé) ménager (2) (2) (2) commerc. commerc. (2) (2) uploads/Industriel/ b-2365-production-du-froid-technologie-des-machines-industrielles 1 .pdf