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PFE 2009 A .HADJ MABROUK INTRODUCTION GENERALE Depuis la deuxième moitié du vin

PFE 2009 A .HADJ MABROUK INTRODUCTION GENERALE Depuis la deuxième moitié du vingtième siècle, les demandes en énergie n’ont cessé d’augmenter, si bien qu’on assiste depuis une décennie à la flambée des prix de carburant. Ces augmentations sont le plus souvent engendrées par des crises internationales : guerre de golfe, crise nucléaire d’Iran, etc. En Tunisie la consommation ne cesse d’augmenter et la production est en baisse permanente. Elle devient donc un pays importateur de pétrole. Vu la conjoncture, plusieurs solutions sont envisagées pour réduire les dépenses. Il peut s’agir de la récupération de l’énergie de certaines machines, de l’utilisation de nouveaux systèmes plus performants et de l’utilisation des énergies nouvelles et renouvelables. Le présent projet a pour objectif d’étudier et dimensionner des systèmes de récupération des pertes énergétiques au niveau du four de traitement thermique de la société COLMAR, en vue d’assurer la climatisation des locaux de cette société. Dans un premier temps, nous avons localisé et évalué les différentes pertes d’énergie dans le four afin de déterminer son rendement. Par suite, on a étudié la faisabilité de l’utilisation de ces pertes pour la climatisation des locaux de la société COLMAR en envisageant une pompe à absorption d’ammoniac. A cet effet, on a envisagé d’intégrer au niveau de la cheminée du four un échangeur économiseur permettant de fournir les besoins énergétiques du bouilleur de la machine frigorifique à absorption. ENIS Page 1 PFE 2009 A .HADJ MABROUK Chapitre 1 : ETUDE BIBLIOGRAPFIQUE ENIS Page 2 PFE 2009 A .HADJ MABROUK Notre projet porte sur l’étude de deux dispositifs : le four intégrant un économiseur au niveau de sa cheminée et la machine frigorifique. Dans ce qui suit, nous apportons des connaissances bibliographiques relatives à ces deux dispositifs. 1- Les fours industriels : 1-1-Classification des fours : Four continu et four discontinu : Le critère de la classification est la manutention et la circulation des produits. Dans un four continu les produits entrent à une extrémité et sortent de l’autre. C’est le cas : -Des fours de chauffage des semi produits (four à longeront et four poussant). -Des fours de l’industrie chimique et du raffinage. Dans un four discontinu les produits à réchauffer sont immobiles dans le four. C’est le cas : -Des fours à sole mobile de forge. -Des fours à sole fixe et de traitement thermique. -Des fours à cloche mobile et élévateurs. Chauffage direct et chauffage indirect : Le critère de la classification est le contact entre les gaz issu de la combustion et les produits.  Four à chauffage direct : Il y a contact entre les gaz issu de la combustion et les produits. Cela entraîne qu’une partie de transfert de chaleur se produit par convection.  Four à chauffage indirect : L’interaction entre le gaz de combustion et les produits n’existe plus. ENIS Page 3 PFE 2009 A .HADJ MABROUK Une résistance supplémentaire s’introduit au transfert par conduction au travers des parois. Classification selon le combustible : Le critère est l’énergie utilisée, car le type de l’énergie a une grande influence sur la conception, l’utilisation et l’exploitation des fours. Selon ce critère, on distingue : -Les fours électriques : il s’agit des fours à résistances, à induction et à arc. -Les fours à gaz : ils utilisent le gaz naturel, mais aussi le gaz de cokerie et le gaz de haut fourneau. -Les fours à combustibles solides : ils utilisent les charbons, les cokes de pétrole et aussi les déchets divers. 1-2-Principaux types de fours : Les deux grandes familles des fours sont : - les fours discontinus, - fours continus. Fours discontinus : - Fours dormants : Ils sont constitués d’une chambre de chauffage parallélépipédique, équipé de brûleurs latéraux et de portes en façade qui permettent l’accès facile à toute la sole. Les fumées sont évacuées par l’arrière ou par la sole en traversant les récupérateurs. ENIS Page 4 PFE 2009 A .HADJ MABROUK Figure 1-1 : Four dormant à deux récupérateurs - Four à sole mobile : Ce type de fours est utilisé pour le chauffage de très gros lingots pour forger des pièces spéciales. Leur sole est montée sur un chariot peut sortir complètement du four. Figure 1-2 : four à sole mobile - Four à pits : Ce four est constitué de chambres sous forme de puits, avec un couvercle de fermeture. Il est utilisé pour la solidification de produits fraîchement coulés. Fours continus : On distingue deux types de fours. - Les fours poussant : Ce sont les premiers fours utilisés pour le chauffage des aciers. Des glissières sont disposées dans le plan horizontal traversant le four dans le sens de la longueur et supportant une nappe des produits. La nappe glisse vers le défournement par une pousseuse. ENIS Page 5 PFE 2009 A .HADJ MABROUK Figure 1-3 : four poussant - Four à longerons tubulaires : Ce type de four de chauffage est le plus répondu actuellement. Dans ce four, les produits sont supportés et transférés par deux systèmes de longerons : l’un fixe et l’autre animé d’un mouvement rectangulaire. Les produits sont disposés sur les longerons fixes et transférés par les longerons mobiles. Figure1-4 : Bilan thermique du four 2- Les Machines frigorifiques : 2-1-Machine frigorifique à compression : 2-1-1-Principe : Les machines à compressions sont les machines les plus répandues. Elles utilisent l’absorption de chaleur qui accompagne la vaporisation d’un fluide frigorigène. On récupère les vapeurs de fluide en le liquéfiant par compression suivie d’une condensation. Le liquide ainsi obtenu est ensuite détendu pour être vaporisé à nouveau, et le cycle recommence. ENIS Page 6 PFE 2009 A .HADJ MABROUK Figure 1-5 : Machine à compression 2-1-2- Fonctionnement : La vaporisation se produit dans l’évaporateur (figure) à une température T1 correspond à la température de tension de vapeur saturée à la pression P1 du fluide. La vapeur est ensuite dirigée vers le compresseur. La compression augmente à la fois la pression et la température de la vapeur. Il suffit de refroidir cette vapeur au niveau du condenseur pour ramener le fluide à la température T2 à laquelle se produit la liquéfaction totale. Cette condensation peut être suivie d’un sous refroidissement. 2-2-Machine frigorifique à absorption : 2-2-1- Introduction : Les machines frigorifiques à absorption liquide fonctionnent grâce à la faculté de certain liquide d’absorber (réaction exothermique) et de désorber (réaction endothermique) une vapeur. Elles utilisent généralement le fait que la solubilité de cette vapeur dans le liquide dépend de la température et de la pression. ENIS Page 7 PFE 2009 A .HADJ MABROUK Ainsi, ces machines utilisent comme fluide de travail un mélange binaire dont l’un des composant est beaucoup plus volatil que l’autre et constitue le fluide frigorigène. Deux couples sont principalement utilisés : - Eau + bromure de lithium (H2O, LiBr.) l’eau étant le fluide frigorigène. - Ammoniac +eau (NH3, H2O) l’ammoniac étant le fluide frigorigène. Cette machine est constituée généralement des composantes suivantes :  Bouilleur  Condenseur  Détendeur  Evaporateur  Absorbeur 2-2-2-Principe de fonctionnement : Le principe de fonctionnement est résumé sur le schéma de la figure suivante : Figure 1-6 : Machine frigorifique à absorption ENIS Page 8 PFE 2009 A .HADJ MABROUK Bouilleur : Une solution diluée (riche en frigorigène y reçoit la quantité de la chaleur Qbou, à une température Th et la pression Ph en provoquant la désorption d’une quantité de frigorigène dissous dans la solution. On obtient alors une quantité du vapeur riche en frigorigène à la tête de la colonne et une solution appauvrie en frigorigène en bas de la colonne. Cet organe effectue donc une séparation [1]. Condenseur : Le vapeur de fluide frigorigène alimente le condenseur à une température To. Ce vapeur se refroidit à la température ambiante et repasse à l’état liquide. Cette transformation nécessite un rejet de la chaleur de condensation à la même pression. Evaporateur : Le liquide sortant du condenseur subit un laminage à travers un détendeur, la pression passe donc à la valeur Pb ensuite il passe à l’évaporateur à la température de la source froide Tb. Cette opération fait l’extraction d’une quantité de la chaleur Qevap. Absorbeur : A la sortie de l’évaporateur, la vapeur est lavée par la solution pauvre, provenant du bouilleur, au niveau d’une colonne d’absorption. Il s’agit d’un enrichissement de la solution. Comme le montre la figure I-6, la zone bouilleur/condenseur constitue la zone de haute pression, tandis que la zone évaporateur/absorbeur constitue la zone de basse pression. 3- Présentation du problème et objectifs : Le four de traitement thermique dans l’atelier de la société COLMAR est une source de pertes importantes d’énergie. Dans ce travail on se propose de calculer ces pertes et présenter une solution pour les récupérer en vue d’assurer la climatisation des locaux de cette société. ENIS Page 9 PFE 2009 A .HADJ MABROUK Nous avons choisi de transférer l’énergie que l’on peut récupérer à l’aide d’une eau pressurisée (10 bars) fonctionnant en boucle fermée entre le bouilleur et le four (figure 1-7). Figure 1-7 : Transfert de chaleur uploads/Industriel/ cahpitre-1-2003.pdf