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République Algérienne Démocratique et Populaire وزارة التعليم العالي و البحث ال

République Algérienne Démocratique et Populaire وزارة التعليم العالي و البحث العلمي BADJI MOKHTAR ANNABA-UNIVERSITY جامعت باجي مختارعنابت UNIVERSITE BADJI MOKHTAR ANNABA FACULTE DES SCIENCES DE L’INGENIORAT DEPARTEMENT DE GENIE MECANIQUE MEMOIRE PRESENTE EN VUE DE L’OBTENTION DU DIPLOME DE MASTER INTITULE DOMAINE : SCIENCES ET TECHNOLOGIE FILIERE : MASTER SPECIALITE : ENERGETIQUE ET ENVIRONNEMENT PRESENTE PAR : BOUKREDIME SARRA DIRECTEUR DU MEMOIRE : Pr. BOUMARAF LATRA DEVANT LE JURY PRESIDENT: Pr. MZAD.H UBM-ANNABA EXAMINATEURS : Dr.HAOUAM.A UBM- ANNABA Dr.DJEMILI.A UBM- ANNABA Année : 2016/2017 Evaluation Des Performances D’une Machine Frigorifique Hybride A absorption / éjection 1 INTRODUCTION GENERALE La production de froid est une technique complexe, nécessitant beaucoup de savoir-faire et d’expérience et de conscience professionnelle de la part des installateurs et des maintenanciers. Le froid industriel est un poste énergivore qui représente : 15% de la consommation électrique mondiale, + de20% en secteur agro-alimentaire, + de 50% en supermarché, + de 65% de la consommation électrique en entreprises spécialisées en produits frais. Le froid est devenu une forme d'énergie importante dans notre société. Utilisé dans un grand nombre de secteurs et sous de nombreuses formes conservation de denrées périssables, climatisation, refroidissement de procèdes industriels etc. La production du froid peut être faite par deux principaux systèmes : ceux qui consomment, pour fonctionner, de l’énergie mécanique ou son équivalent, les systèmes mécano-frigorifiques, et ceux qui consomment essentiellement de l’énergie thermique, les systèmes thermo-frigorifiques. 1/ Systèmes mécano-frigorifiques Parmi eux, deux familles se détachent : • les systèmes à compression de vapeurs liquéfiables, • les systèmes utilisant des cycles à gaz. 2/ Systèmes thermo-frigorifiques On distingue, parmi ces systèmes frigorifiques consommant de l’énergie thermique : • les systèmes à absorption, • les systèmes à adsorption et thermochimiques, • les systèmes à éjection. Nous nous intéressons dans ce travail à l’étude des machines frigorifiques à absorption utilisant le couple frigorigène NH3/H2O. Bien que l’importance de ces machines soit beaucoup plus réduite que celle des systèmes à compression, ce sont, actuellement, les seuls systèmes thermo-frigorifiques qui connaissent un certain développement. Ici la circulation du 2 frigorigène n’est pas due à un compresseur mécanique mais à la circulation, par pompe, d’un liquide absorbant dont la teneur, en frigorigène absorbé, dépend de la température et de la pression. Le travail mécanique nécessaire est très réduit le système en contrepartie, consomme de la chaleur. Le père de ces systèmes est le français Ferdinand Carré (1824-1900) qui breveta en 1859 la première machine à absorption continue utilisant le couple frigorigène : ammoniac – absorbant : eau. Ces machines furent presque immédiatement opérationnelles. Leur étude thermodynamique ne débuta qu’en 1913 avec l’allemand Edmund Altenkirch et se poursuivit durant la première moitié du 20ème siècle. Il faut aussi citer les travaux de l’italien Guido Maïuri sur ces machines et ceux des suédois von Platen et Munters sur le cycle à absorption-diffusion pour les réfrigérateurs à absorption sans pompe (1920). Les années 40 ont vu apparaître, aux Etats-Unis, la machine à absorption eau-bromure de lithium, où l’eau est le frigorigène ; cette adaptation du cycle de Carré est depuis largement utilisée en climatisation. Dans ce contexte, nous proposons une contribution à l’étude et l’analyse d’une machine frigorifique à absorption. Pour ce faire, nous avons subdivisé notre travail en 3 chapitres et une conclusion générale, à cet effet, le mémoire est organisé comme suit : Après un historique de la technique de production de froid, Ce chapitre présente un aperçu des principes de production du froid à l’aide des différentes machines frigorifiques. Enfin, cette étude clôturée par une analyse détaillée des fluides frigorigènes utilisés dans le domaine de la réfrigération. Le chapitre II est consacré à une étude détaillée de la machine frigorifique à absorption liquide. Pour cela les principes et les outils nécessaires à la description de son cycle de fonctionnement ont été présenté. Par la suite, on a effectué une analyse thermodynamique d’une machine à absorption à simple effet avec un échangeur de solution, utilisant le couple (NH3/H2O) comme fluide de fonctionnement d’une puissance 10 kw. Le chapitre III présente le principe de fonctionnement d’une machine à absorption/éjection avec une étude de l’éjecteur. 3 Dans cette partie, en insérant un éjecteur à la machine qu’on déjà introduite au chapitre II et on effectue une analyse thermodynamique d’une machine à absorption à simple effet avec un échangeur de solution et un éjecteur, utilisant le couple (NH3/H2O). Finalement le travail est clôturé par une conclusion générale. 4 CHAPITRE I TEHCHNIQUES DE PRODUCTION DE FROID I.1. Introduction « La chaleur ne peut passer spontanément d'un corps froid vers un corps Chaud ». C'est l'énoncé de Clausius du second principe de la thermodynamique. Si l'on veut effectuer le transfert de chaleur, dans le sens antinaturel, d'un milieu froid vers un milieu chaud, il faut, nécessairement, d'une part, imaginer et mettre en œuvre un système thermique particulier, et, d'autre part, fournir, de l'énergie au système. Le système thermodynamique particulier mis en œuvre est susceptible de transférer effectivement de la chaleur d'un milieu à température inférieure où la chaleur est prélevée (source froide) vers un milieu à température supérieure où la chaleur est rejetée (puits chaud). Lorsque le but recherché est l'extraction de chaleur à un corps, ou à un milieu, pour le refroidir ou le maintenir à une température inférieure à celle ambiante, c'est-à-dire lorsqu'il s'agit de produire du froid, le système thermodynamique qui effectue cette opération prend naturellement le nom de machine frigorifique. L'effet utile est la chaleur extraite (ou le froid produit) à la source froide [1]. Pour alimenter le système thermodynamique, on utilise :  Soit une énergie mécanique ou équivalente, le système comporte alors au minimum une source froide et un puits chaud ; il est dit au moins ditherme ;  Soit une énergie thermique, le système comporte alors au moins une source thermique supplémentaire, la source de chaleur motrice Il. Le système en question est alors au moins tritherme. Ce chapitre présente une revue bibliographique concernant surtout des moyens de production de froid, passant des voies les plus simples et naturelles à la conception et réalisation de machines frigorifiques très performantes. 5 I.2. Historique du froid Produire du froid est un procédé relativement récent à l'échelle historique. Durant l'antiquité, Grecs et Romains conservaient le froid hivernal sous forme de neige ou de glace stockée dans des abris souterrains isolés à l'aide de paille ou de foin, ce qui permettait de rafraîchir les boissons et la nourriture même pendant l'été. C'est durant cette même période de l'histoire que l'on découvrit que l'on pouvait obtenir des températures plus basses en mélangeant de la glace pilée et du sel marin. Plus récemment, au XIXème siècle, la production de froid se développa très rapidement avec l'avancement des connaissances en électricité.  1805 : La première machine frigorifique à compression d'éther est imaginée par l'Américain Evans ;  1835 : Un autre Américain, Perkins, réalise à Londres le premier circuit frigorifique avec de l'éther comme fluide frigorigène. Cette machine, qui fabrique de la glace, n'a pas retenu l'attention des industriels. L'industrie du froid ne prend son essor que plusieurs dizaines d'années plus tard, notamment avec l'emploi des moteurs électriques ;  1844 : Création de la machine frigorifique à air ;  1859 : Apparition de la première machine frigorifique à absorption ;  1913 : Le premier réfrigérateur domestique fait son apparition ;  1919 : La marque Frigidaire fait son apparition ;  1928 : Découverte des molécules de CFC 12 par Midgley&Henne de la division Frigidaire de General Motors ;  1931 : La fabrication industrielle commence avec Electrolux ;  1950 - Démocratisation des réfrigérateurs ;  1964 : Les réfrigérateurs à 2 portes font leurs apparitions ;  Années 70 : Les appareils s'accessoirisent : lumière, différents compartiments ;  Années 80 : Apparitions des premiers réfrigérateurs combinés et des appareils bimoteurs ;  Années 90 : De nouveaux gaz plus propres sont utilisés ;  Années 2000 : Le véritable défi devient l'environnement. 6 I.3. Différentes techniques de production de froid L’énergétique comporte deux grandes rubriques :  La production d’une force motrice ou « travail ».  La production de froid ou la revalorisation de la chaleur. C’est cette deuxième rubrique que nous allons développer. Les applications industrielles de la production de froid sont multiples. Nous pouvons citer par exemple l’industrie du conditionnement de l’air, le froid commercial, le froid industriel, la climatisation automobile, les procèdes industriels et les transports frigorifiques. Toutes ces applications vont à l’encontre du second principe de la thermodynamique (augmentation du désordre). Une question se pose à nous : par quels moyens physiques pouvons-nous y arriver ? La production de froid est équivalente à une absorption de chaleur, car refroidir un corps ne consiste pas à lui donner une quantité de froid (c'est-à-dire, du point de vue physique le froid n’existe pas), mais à lui enlever une quantité de chaleur. La production de froid est le résultat de l’un des procédés suivants [2]. I. 3.1. Procédés thermodynamiques et thermoélectriques Le tableau I.1, présente uploads/Industriel/ boukredime-sarra.pdf