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Chapitre 1 : Généralité sur la production du froid 1.Introduction Compte tenu d

Chapitre 1 : Généralité sur la production du froid 1.Introduction Compte tenu de l’importance des puissances en jeu, la production du froid est généralement assurée par des centrales à plusieurs compresseurs. Le coût des évaporateurs représentant une part importante du prix de ces installations, il est recherché une performance optimale de ces échangeurs. L’alimentation en « noyé » est donc la plus fréquente ; la technologie du régime noyé nécessite dans la plupart des cas l’utilisation de pompes à fluide frigorigène. Du fait des débits importants en fluide frigorigène, les organes d’alimentation sont souvent spécifiques à ces installations. En congélation ou en conservation de denrées surgelées, la compression biétagée est généralement nécessaire. Les consommations d’énergie électrique étant très importantes, il est recherché une haute pression minimale. Les tours de refroidissement ouvertes (à chaleur latente) sont de ce fait très utilisées, les condenseurs évaporatifs se rencontrent également. Notons cependant que les problèmes de légionellose imposent une maintenance très stricte de ces matériels. Dans le but d’optimiser le fonctionnement, les réglages et les choix technologiques doivent être les meilleurs possibles. Les quantités de fluide frigorigène étant importantes, on doit porter une attention toute particulière au contrôle de l’étanchéité des installations. Il convient donc, à la conception de ces machines, de rechercher la technologie conduisant à une quantité de fluide frigorigène minimale. Les installations récentes sont régulées à partir de régulateurs ou d’automates numériques. Ces régulations permettent d’optimiser au maximum le fonctionnement de ces machines : la gestion optimale de la consommation d’énergieest l’une des possibilités offertes (délestages, fonctionnement prioritaire aux heures creuses…). Les fluides frigorigènes utilisés en froid industriel sont spécifiques : ils sont caractérisés principalement par une production frigorifique au mètre cube aspiré importante, permettant de limiter les cylindrées des compresseurs, donc leur coût. En outre, la recherche d’un confinement maximal du fluide frigorigène entraîne la réalisation quasi systématique d’une étude de faisabilité de ces installations avec fluide frigoporteur. Les vannes sont généralement à servocommande. Les applications pratiques du froid industriel concernant les denrées périssables sont nombreuses : abattoirs, conserveries, entrepôts frigorifiques, laiteries, chocolateries, séchoirs à saucissons, brasseries, sociétés productrices de crème glacée, fromageries, etc. Les autres applications sont également nombreuses et variées : patinoires, installations de dessalage de l’eau de mer, chimie, pétrochimie, séchoirs à céréales et autres, process de concentration, etc. En résumé, fiabilité maximale et consommation d’énergie électrique minimale sont sans doute les critères essentiels que retiennent les concepteurs de ces machines. 2.Le froid Le froid C'est la sensation que fait éprouver l'absence, la perte ou la diminution de la chaleur. Le froid est à la chaleur ce que l'obscurité est à la lumière. Le froid est un terme négatif. Il indique simplement l'absence ou la diminution de la chaleur. Un corps est qualifié de « froid » s'il est en contact thermique avec un autre corps de température plus élevée et duquel il est susceptible de recevoir de la chaleur. Le transfert de la chaleur naturelle ce fait toujours du niveau de température Ta haut vers le niveau de température bas Tb. La production du froid qui consiste à absorber la chaleur contenue dans un milieu peut être obtenue suivant plusieurs modes. Parmi les différentes modes de production du froid, il faut retenir :  La sublimation d’un solide (cas du CO2)  La détente d’un gaz comprimé  La fusion d’un corps solide  Le refroidissement thermoélectrique  La dissolution de certains sels  La désaimantation adiabatique  La vaporisation d’un liquide en circuit fermé 2.1. Type de froids A l’échelle industrielle ça existe 2 types de froids : 2.1.1. Froid positif Le froid positif ou la refregeration consiste a refroidure et consserver une denrée a une temperature proche de 0ºC de telle facons que leau contenue dans cette denrée reste à son état liquide (T consigne ≥ 0). 2.1.2. Froid négative En froid négative il existe la congélation et surgélation La congélation : Le traitement par le froid (congélation) consiste à refroidir, à congeler et à conserver une denrée a une température très inférieure à celle de l’eau instituve en son sein. Une grande partie de cette eau est transformée en glace sous des cristaux plus ou moins gros. Les températures usuelles de conservation par congélation sont comprises entre -10º et -30ºC. La surgélation Ce traitement est proche de la congélation, il s’agit en fait d’une congélation ultra rapide répondant a de nombreux critères spécifiques :  Fabrication  Emballage  Entreposage  Distribution La température des denrées surgelées doit être maintenue en permanence inférieure ou égale à -18ºC. Les températures de conservation denrées doivent être comprises entre -18ºC au maximum et et un minimum non limite, mais qui est pratiquement est aux environs de -25ºC/-30ºC pour des raisons technico-économiques. 3.Circuit frigorifique et le principe de fonctionnement Le cycle frigorifique compression, condensation, détente, évaporation est un principe thermodynamique utilisant les propriétés physiques d’un fluide pour assurer un transfert de chaleur ou d'énergie . Le circuit frigorifique comporte quatre éléments essentiels, le compresseur, le condenseur, le détendeur ,l'évaporateur. Le circuit frigorifique permet ainsi de capter ou retirer l'énergie contenue dans une source appelée "source froide" pour la transférer ou la rejeter vers une "source chaude". l - Pression BP entrée du compresseur (État du fluide : Vapeur BP) 2 - Pression HP sortie du compresseur (État du fluide :Vapeur HP) 3 - Entrée du condenseur (État du fluide : Vapeur HP) Zone de désurchauffe de 3 - 4 (État du fluide : Vapeur HP) Zone de condensation de 4 - 5 (État du fluide : Passage de l'état vapeur à l'état liquide HP) 6 - Sortie de condenseur (État du fluide : Liquide HP) 7 - Entrée détendeur (État du fluide : Liquide HP) 8 - Sortie détendeur (État du fluide : Liquide BP) Zone d'évaporation de 8 - 9 (État du fluide : Passage de l'état liquide à l'état vapeur BP) 9 - Sortie évaporateur (État du fluide : Vapeur BP) 1.Compression: Le compresseur aspire le fluide à basse pression et à basse température, l'énergie mécanique de la compression va permettre une élévation de la pression et de la température.La différence de pression va permettre au fluide de circuler dans le circuit frigorifique.Ici le fluide est à l'état gazeux. 2.Condensation: Les gaz chauds haute pression et haute température venant du compresseur se dirigent vers le condenseur , le condenseur est un échangeur qui va permettre au fluide de se condenser par échange avec un fluide extérieur (l'eau, l'air..) à température et pression constante, c'est la phase de condensation, la vapeur se transforme progressivement en liquide. 3.Détente: Le liquide sous refroidi est vaporisé partiellement par abaissement brusque de la pression au passage de l 'orifice calibrée du détendeur.Il assure la modulation du débit du fluide dans l'évaporateur. 4.Évaporation: L'évaporateur est lui aussi un échangeur de chaleur, le fluide liquide provenant du détendeur va entrer en ébullition ou évaporation dans l'évaporateur en absorbant de la chaleur au fluide extérieur, (l'eau, l'air..) c'est la phase d'évaporation ( changement d'état liquide /vapeur). Le fluide est ensuite aspiré par le compresseur pour un nouveau cycle. 3.1. Le fluide frigorigène : Un fluide frigorigène est un fluide ou un mélange de fluides présentant des particularités physiques permettant d'exploiter un cycle de compression/détente pour transférer de la chaleur. Ils possèdent en particulier une température d'évaporation faible sous pression atmosphérique. Les fluides frigorigènes sont utilisés pour refroidir des dispositifs réfrigérants (réfrigérateur, congélateur, climatiseur...). Dans ces appareils, le fluide frigorigène sert également à transporter l'huile du compresseur. Les fluides frigorigènes peuvent être classés en quatre grandes familles :  les fluides inorganiques purs : eau, ammoniac, CO2... ;  les hydrocarbures : butane, isobutane, propane, propylène ;  les hydrocarbures halogénés : chlorofluorocarbures (CFC), hydrofluorocarbures (HFC) et hydrochlorofluorocarbures (HCFC) et les perfluorocarbures (PFC) ;  autres fluides, utilisés de façon assez rare : éthers oxydes, alcools, composés trihalogénés, fluorés et chromés. Les CFC, largement utilisés au cours du XXe siècle, ont été interdits par le protocole de Montréal en 1987 en raison de leur impact destructeur sur la couche d'ozone. Les HCFC ont eux aussi été interdits en 2015. Ces fluides ont été remplacés par les HFC, qui ne contiennent pas de chlore toxique pour la couche d'ozone, mais contribuent à l'effet de serre. Ils seront donc eux aussi bannis progressivement grâce à un accord signé en 2016. Les principaux fluides frigorigènes Les CFC, largement utilisés au cours du XXe siècle, ont été interdits par le protocole de Montréal en 1987 en raison de leur impact destructeur sur la couche d'ozone. Les HCFC ont eux aussi été interdits en 2015. Ces fluides ont été remplacés par les HFC, qui ne contiennent pas de chlore toxique pour la couche d'ozone, mais contribuent à l'effet de serre. Ils seront donc eux aussi bannis progressivement grâce à un accord signé en 2016. 4.Differents composent d’une installation frigorifique et leurs rôles Un système de réfrigération comprend au moins quatre composants clés : le compresseur, le condenseur, le détendeur et évaporateur. Cependant, ce système n’est pas aussi simple que uploads/Industriel/ chapitre-1.pdf