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FROID INDUSTRIEL 1 1- Introduction à la production du froid 2 Introduction Le

FROID INDUSTRIEL 1 1- Introduction à la production du froid 2 Introduction Le froid trouve de nombreuses applications dans des domaines très variés: • Industrie agroalimentaire • Médecine • confort thermique • Industrie chimique • Pétrochimie (les aéroréfrigérants) 3 Rappel: États physique de la matière Un corps physique peut prendre 3 états : Solide, liquide ou gazeux. Chaque passage d'un état à l'autre s'appelle changement d'état. 4 Rappel: États physique de la matière Exemple de l'eau Vapeur surchauffée vapeur saturée Liquide saturé 5 Mode de production du froid La production du froid qui consiste à absorber la chaleur contenue dans un milieu peut être obtenue suivant plusieurs modes: Milieu à refroidir Évacuation de la chaleur Milieu extérieur Fluide frigorigène 6 Mode de production du froid(suite) • Par sublimation: le cas le plus courant est celui de CO2 • Par détente d’un gaz comprimé • Par fusion d’un corps solide • Par dissolution d’un sel: la dissolution d’un sel dans l’eau provoque un abaissement de température de la solution • Par vaporisation d’un liquide: permet de produire du froid par l’absorption de la chaleur à travers un échangeur (évaporateur) 7 Mode de production du froid(suite) Remarque 1 La production du froid par vaporisation d’un fluide reste la méthode la plus utilisée. La maîtrise des deux états de la matière qui sont la phase liquide et la phase vapeur est primordiale en froid Remarque 2 La production du froid pour les besoins: domestiques; commerciaux; industriels, nécessite l’utilisation d’un dispositif capable d’extraire de la chaleur dans le milieu à refroidir pour la rejeter dans le milieu extérieur. Ce dispositif qui obéit nécessairement au deuxième principe de la thermo est appelée machine frigorifique 8 Terminologie La bouteille intérieure s'appelle évaporateur. La bouteille extérieure s'appelle condenseur. La vanne de réglage de débit sur la conduite de liquide s'appelle détendeur. Avec le compresseur, ils forment les 4 éléments principaux et nécessaires d'un circuit frigorifique à compression. 9 Principales application du Froid Industriel suivant les températures Réfrigération classique Gamme de T(°C) Applications Conditionnement d’air +16 à 26 Confort humain Réfrigération des denrées 0 à +10 Conservation à court/moyen terme Congélation des denrées -35 à 0 Conservation à long terme Lyophilisation Lyophilisation -80 à -30 Dessiccation à basse T Cryogénie: production basse T Synthese_N2_Liquide Gamme T(K) Applications Liquéfaction du gaz naturel 93 à 113 Transport en phase liquide Liquéfaction d’air 70 à 80 Distillation Liquéfaction H2 14 à 30 Recherche nucléaire Liquéfaction de He 1 à 5 supraconductivité Méthodes magnétiques 10-3 à 10-2 Recherche fondamentaleChambre froide 10 2- Les fluides frigorigènes 11 Fluides frigorigènes (FF) C’est lui qui transporte l’énergie dans le circuit frigorifique par ses changements d’état qui sont l’évaporation et la condensation. Il peut être défini comme une substance chimique dont la température d’évaporation à la pression atmosphérique est inférieure à la température ambiante (qui règne dans le milieu à refroidir) FF doit être liquide à l’entrée de la source froide (de l’évaporateur) FF S. chaude S.froide énergie 12 Classification des FF FF FF Inorganiques FF organiques Corps purs Mélanges de corps purs Hydrocarbures Les FF obéissent à une classification qui permet une désignation précise de chaque FF. Les FF sont divisés en deux grandes familles: •Les composés organiques •Les composés inorganiques 13 Les FF de types inorganiques Les FF de cette famille sont ceux de la série 700. Le FF le plus utilisé dans cette famille est l’ammoniac NH3 (chambres froides industrielles) désigné par: R717 réfrigérant Le 7 des centaines désigne la série 700 Masse molaire du FF Autres exemples: L’eau: R718 CO2: R744 14 Les FF de types organiques Les composés organiques sont des dérivées: • méthane CH4 • l’éthane C2H6. Ils se divisent en 3 sous familles: • Les corps purs • Les mélanges de corps purs • Les hydrocarbures 15 FF: Les corps purs Ces corps purs se regroupent en 3 sous familles: • Les CFC (chlorofluorocarbone) : R12 • Les HCFC(hydrochlorofluorocarbone):R22 • Les HFC (hydrofluorocarbone): R134a (pas de chlore) 16 Nomenclature des corps purs La désignation des corps purs est basée sur la règle: Rxyz Rxyz Réfrigérant Chiffre des unités désigne nombre d’atomes du fluor y=nH+1 x=nC-1 17 FF: Les corps purs exemples Désignation Chiffre des unité Chiffre des dizaines Chiffre des centaines Atome de chlore Formule chimique R12 2 2 fluore 1 0 hydrog 0 1 carbon 2 chlore C Cl2 F2 CFC R22 2 2 fluore 2 1 hydrog 0 1 carbon 1 chlore CHClF2 HCFC R134a 4 4 fluore 3 2 hydrog 1 2 carbon 0 chlore CH2FCF3 HFC 18 Bouteilles de R134 : 13,6 Kg 19 FF: R22 20 Les mélanges Deux sous groupes: •Les mélanges azéotropiques •Les mélanges zéotropiques 21 Les mélanges Les mélanges azéotropiques: qui se comportent comme des corps purs sont ceux de la série 500 On les désigne par R5xx Réfrigérant Série 500 Ordre d’enregistrement chronologique 22 Pas de glissement Absence de glissement de température pour une composition bien précise du mélange. Les numérotations sont chronologiques dans l’ordre d’acceptation du fluide frigorigène par l’ASHRAE. 23 Exemples de mélanges azéotropiques Exemple1 R502: • R22 : 48,8 % • R115: 51,2 % Exemple2 R507: • R125: 50% • R143a: 50% 24 Les mélanges • Les mélanges zéotropiques: qui ne se comportent pas comme des corps purs sont ceux de la série 400 On les désigne par: R4xx Réfrigérant Série 400 Ordre d’enregistrement chronologique 25 Exemples de mélanges zéotropiques Exemple1 R404A c’est un mélange ternaire: • R143a : 52% • R125: 44% • R134a: 4% Exemple2 R407C: • R32: 23% • R125: 25% • R134a: 52% Exemple3 R410A c’est un mélange binaire • R32: 50% • R125: 50% 26 Bouteille de R404A 10.9 Kg 27 Bouteille de FF avec tube plongeur Position de la bouteille pour soutirer du liquide Position de la bouteille pour soutirer de la vapeur V L V L 28 Bouteille de FF sans tube plongeur Position de la bouteille pour soutirer du liquide Position de la bouteille pour soutirer de la vapeur V L V L 29 Bouteille de FF avec deux robinets Pour soutirer de la vapeur agir sur le robinet vapeur (bleu) Pour soutirer du liquide agir sur le robinet liquide (rouge) V L liquide vapeur FF: R22 30 Les hydrocarbures Les FF de type hydrocarbures proviennent essentiellement du raffinage du pétrole. Les plus utilisés sont: • le R600 : butane • Le R600a: isobutane • Le R290: propane • R610 (éthyle éther) • R631 (éthyle amine) • R611 (méthyle formate) • R630 (méthyle amine) Se sont hautement inflammables 31 FF écologiques Les réfrigérants les plus acceptables écologiquement: • R134a qui remplace le R12 • R404A et R507 qui ont remplacé R22 et R502 32 L’Agence de protection de l’environnement américaine (EPA) a décidé d’interdire l’utilisation du fluide frigorigène R134a, présent dans les systèmes de climatisation automobile. Ce gaz fluoré (HFC) dont le potentiel de réchauffement planétaire est très élevé est déjà interdit dans tous les nouveaux modèles de véhicules vendus en Europe depuis 2018 33 Couleurs des FF sur récipients Fluide frigorigène couleur R407C Marron R409A Rouge R22 Vert moyen R408A Violet R134a Bleu clair R404A Orange 34 Les nouveaux FF Domaine FF utilisait Nouveaux FF utilisés CF positive, Réfrigérateurs ménagers Climatisation des véhicules utilisait le R12 Réfrig: R134a et R404a En clim :R134a et R413a Une CF négative utilisait le R502 R408A, R404A la climatisation pompes à chaleur réfrigération Il est produit jusqu’au janvier 2010 le R22 En clim par le R407C, R410a, R134a En réfrigération par R134a, R404A et R410A Les produits de rinçage des installations frigorifiques après montage ou pollution du circuit par claquage ou grippage du compresseur on utilisait le R11 R123 35 Les types d’huile frigorifique Dans l'industrie frigorifique, il existe plusieurs familles d'huiles: • Des huiles minérales (provenant de la distillation du pétrole brut) pour CFC et HCFC • Des huiles synthétiques (sont des huiles chimiques) de type: alkylbenzène pour CFC et HCFC Polyglycol pour la climatisation automobile Ester pour les HFC • Des huiles semi-synthétiques (mélange d’huile minérale et d’huile synthétique) pour CFC et HCFC 36 Les types d’huile frigorifique 37 Fluide frigorigène et l’huile de lubrification Il est important de respecter la préconisation d’huile faite par le constructeur et d’éviter le mélange de deux huiles de type différent:  R123 : huile minérale  R409A: huile minérale ou alkylbenzène  R134a: huile polyolester  R404A: huile polyolester  R407C: huile polyolester  R410A: huile polyolester  R408A: huile alkylbenzène ou minérale  R422A: huile alkylbenzène ou minérale ou polyolester  R401A: huile alkylbenzène  R401B: huile alkylbenzène  R413A: huile alkylbenzène ou minérale ou polyolester  R507: huile polyolester Exemple d’huile de type: Ester 38 Fluide frigorigène et l’huile de lubrification Le constructeur indique le type d’huile adapté à son compresseur Lubrifiant: Mineral oil 150P 39 Fluides frigorigènes (FF) Température d’ébullition Il est important pour un fluide frigorigène (réfrigérant) d’avoir une température d’évaporation peu élevée pour que le changement d’état L/V soit réalisable. C’est durant la phase du changement d’état que la quantité d’énergie absorbée ou rejetée est maximale 40 Température uploads/Industriel/ 1-introduction-et-ff.pdf