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Etude bibliographique d’un compresseur pour le machine frigorifique UNIVERSITE

Etude bibliographique d’un compresseur pour le machine frigorifique UNIVERSITE D’ANTANANARIVO ECOLE SUPERIEURE POLYTECHNIQUE Mention: Génie Mécanique et Industriel Parcours: Génie Industriel « Mémoire de fin d’études en vue de l’obtention du grade Licence en Génie Mécanique et Industriel » Présenté par : ANDRISOA Eddy Mariel RAFANOMEZANTSOA Rodin RAKOTONIAINA Avotra Nandrianina Directeur du mémoire : Monsieur RANARIJAONA Jean Désiré, Enseignant chercheur à l’ESPA Soutenu le : 7 Juillet 2016 Etude bibliographique d’un compresseur pour le mac UNIVERSITE D’ANTANANARIVO ECOLE SUPERIEURE POLYTECHNIQUE Mention: Génie Mécanique et Industriel Parcours: Génie Industriel « Mémoire de fin d’études en vue de l’obtention du grade Licence en Génie Mécanique et Industriel » Présenté par : ANDRISOA Eddy Mariel RAFANOMEZANTSOA Rodin RAKOTONIAINA Avotra Nandrianina Directeur du mémoire : Monsieur RANARIJAONA Jean Désiré, Enseignant chercheur à l’ESPA Président du jury : Monsieur RAKOTOMANANA Charles Rodin, Chef de département du Génie Mécanique et Industriel Examiné par : Monsieur ANDRIAMANALINA William, Enseignant à l’ESPA Monsieur RAVELOJAONA Johnson, Enseignant à l’ESPA GMI REMERCIEMENTS Tout d’abord, nous aimerions remercier le Seigneur tout puissant de nous avoir donné la force et le courage de mener à bien la réalisation de ce mémoire. En témoignage de notre gratitude, nous adressons nos vifs remerciements à l’endroit de :  Monsieur ANDRIANAHARISON Yvon, directeur de l’Ecole Supérieure Polytechnique d’Antananarivo ;  Monsieur RAKOTOMANANA Charles Rodin, Chef de la mention Génie Mécanique et Industriel, qui nous a accordé leur soutien malgré leurs nombreuses obligations et d’avoir bien voulu présider les jury de ce mémoire.  Jamais ce travail sera terminé sans les aides précieuses de Mr RANARIJAONA Jean Désiré; enseignant chercheur à l’ESPA qui a encadré notre travail et m’ont fait partager son savoir. Merci pour sa disponibilité, sa patience et ses conseils.  A tous les membres des jury pour leurs disponibilités et humilités d’avoir accepté de participer à cette soutenance, notamment : Monsieur ANDRIAMANALINA William, Enseignant à l’ESPA Monsieur RAVELOJAONA Johnson, Enseignant à l’ESPA  Tous les enseignants de l’Ecole Supérieure Polytechnique d’Antananarivo, qui nous ont formés durant notre formation.  A notre famille pour leur soutien moral et financier tout au long de nos formations. Nous tenons de même à remercier toutes les personnes physiques ou morales, qui ont contribué de loin ou de près à la rédaction de ce mémoire. 2014-2015 i GMI TABLE DES MATIERES REMERCIEMENTS....................................................................................................................i LISTE DES ABREVIATIONS..................................................................................................ii LISTE DES FIGURES..............................................................................................................iii LISTE DES TABLEAUX.........................................................................................................iv INTRODUCTION......................................................................................................................1 Chapitre I : Notion du froid........................................................................................................2 I.1 : Enoncé des principes de la thermodynamique.................................................................2 I.1.1 : Premier principe de la thermodynamique.................................................................2 I.1.2 : Second principe de la thermodynamique..................................................................2 I.2 : Cycle frigorifique.............................................................................................................3 I.2.1 : Cycle frigorifique de base.........................................................................................3 I.2.2 : Cycle de Rankine......................................................................................................5 Chapitre II : Description d’une machine frigorifique.................................................................6 II.1 : Rôles des éléments constitutifs d’une machine frigorifique...........................................6 II.1.1 : Organes principaux..................................................................................................6 a) Compresseur.........................................................................................................6 b) Condenseur...........................................................................................................6 c) Détendeur..............................................................................................................7 d) Evaporateur...........................................................................................................8 II.1.2 Appareillages annexes................................................................................................8 a) Réservoir de liquide..............................................................................................8 b) Séparateur de liquide.............................................................................................9 c) Les ventilateurs.....................................................................................................9 d) Filtres..................................................................................................................10 e) Déshydrateur.......................................................................................................10 f) Voyants de liquide..............................................................................................11 g) Eliminateur de vibration.....................................................................................12 h) Silencieux de refoulement...................................................................................12 i) Tuyauterie...............................................................................................................13 j) Les thermostats.......................................................................................................13 II.2 : Position des éléments constitutifs d’une machine frigorifique.....................................14 Chapitre III : Fluides frigorigènes.............................................................................................16 GMI III.1 : Les différents fluides frigorigènes..............................................................................16 a) Les hydrocarbures halogènes.....................................................................................16 b) Les fluides naturels.....................................................................................................16 Chapitre IV : MECANISME D’UN COMPRESSEUR FRIGORIFIQUE...............................19 IV-1 : Définition....................................................................................................................19 IV-2 : Catégorie d’un compresseur.......................................................................................20 IV-2-1 : Le compresseur volumétrique ou alternatif à piston............................................20 a) Les compresseurs alternatifs (à piston ou à membrane)...................................20 b) Les compresseurs rotatifs....................................................................................21 c) Les compresseurs à vis........................................................................................21 IV-2-2 : Le compresseur centrifuge ou turbocompresseur................................................23 a) Les compresseurs hermétiques...........................................................................23 b) Les compresseurs semi-hermétiques...................................................................24 c) Les compresseurs ouverts...................................................................................25 IV-3 : Rôle du compresseur..................................................................................................25 IV-3-1 : Rôle du compresseur volumétrique.....................................................................26 IV-3-2 : Rôle du compresseur centrifuge ou turbocompresseur........................................26 IV-3-3 : Mode d’emploi d’un compresseur.......................................................................27 a) Le compresseur volumétrique.............................................................................27 b) Le compresseur centrifuge..................................................................................28 IV-4 : Recommandation pour les compresseurs...................................................................29 IV-5 : compresseur à piston à un étage.................................................................................30 IV-5-1 : Description...........................................................................................................30 IV-5-2........................................................................................................: Fonctionnement 31 IV-5-3 : Cycles de compression........................................................................................32 a) Le cycle théorique...............................................................................................32 b) Cycle idéal..........................................................................................................33 c) Le cycle réel........................................................................................................34 IV-7 : Entretien du compresseur frigorifique........................................................................34 Chapitre V : Le compresseur à air comprimé...........................................................................38 V-1 : Définition.....................................................................................................................38 V-2 : Comparaison................................................................................................................38 V-3 : Caractéristique.............................................................................................................38 GMI V-4 : Fonctionnement de compresseur d’air comprimé........................................................39 V-5 : Accessoires..................................................................................................................41 V-5-1 : Réservoir...............................................................................................................41 V-5-2 : Filtration................................................................................................................41 V-5-3 : Soupape de sécurité...............................................................................................43 V-5-4 : Clapet anti-retour et le manomètre........................................................................44 V-5-5 : Moteur...................................................................................................................44 V-5-6 : Rampe de changement..........................................................................................45 V-6 : Caractéristiques............................................................................................................45 V-7: Critère de choix de compresseur d’air..........................................................................45 V-8 : Entretien du compresseur.............................................................................................46 V-9: Consignes de gonflage (à afficher près de la rampe)....................................................46 Chapitre VI : Réparation du compresseur.................................................................................47 Chapitre VII : Destruction de la couche d’ozone......................................................................52 Chapitre VIII : Réchauffement planétaire.................................................................................54 Chapitre IX : Caractéristiques des impacts environnementaux................................................55 IX-1 : PAES..........................................................................................................................55 IX-2 : Le PAO.......................................................................................................................55 IX-3 : Le PRG.......................................................................................................................56 IX-4 : L’IRTE........................................................................................................................56 ANNEXE 1..................................................................................................................................I ANNEXE 2...............................................................................................................................II ANNEXE 3...............................................................................................................................III ANNEXES 4.............................................................................................................................IV BIBLIOGRAPHIES...................................................................................................................V WEBOGRAPHIES...................................................................................................................VI GMI i LISTE DES ABREVIATIONS BP Basse Pression CCNUCC Convection Cadre des Nations Unies sur les Changements Climatiques CFC Chlorofluorocarbures FF Fluides Frigorigènes GES Gaz à Effet de Serre GIEC Groupe d’experts Intergouvernemental sur l’Evolution du Climat HP Haute Pression IRTE Impact de Réchauffement Totale Equivalent IR Infrarouge PAES Potentiel d’Action Global sur l’Effet de Serre PAO Potentiel d’Action sur la couche d’Ozone PRG Plan de Gestion de Réfrigérants ou en abrégé PS Pression de Service R Réfrigérant SAO Substances Appauvrissant la couche d’Ozone UV Ultra-violets GMI i LISTE DES FIGURES Figure 1 : Principe de fonctionnement des réfrigérateurs...........................................................3 Figure 2 : Simplifié du cycle frigorifique...................................................................................3 Figure 3 : Diagramme enthalpique du cycle frigorifique............................................................4 Figure 4 : Cycle de Rankine inversé...........................................................................................5 Figure 5 : Compresseur...............................................................................................................6 Figure 6 : Condenseur.................................................................................................................7 Figure 7 : Détendeur thermostatique...........................................................................................7 Figure 8 : Evaporateur................................................................................................................8 Figure 9 : Réservoir de liquide....................................................................................................8 Figure 10 : Séparateur d’huile.....................................................................................................9 Figure 11 : Ventilateur..............................................................................................................10 Figure 12 : Filtre.......................................................................................................................10 Figure 13 : Déshydrateur..........................................................................................................11 Figure 14 : Voyants de liquide..................................................................................................11 Figure 15 : Eliminateur de vibration.........................................................................................12 Figure 16 : Silencieux de refoulement......................................................................................12 Figure 17 : Tuyauterie...............................................................................................................13 Figure 18 : Le thermostat..........................................................................................................13 Figure 19 : Circuit frigorifique.................................................................................................14 Figure 20 : Schéma de fonctionnement du compresseur..........................................................19 Figure 21 : Principe de fonctionnement du compresseur..........................................................19 Figure 22 : Schéma du compresseur alternatif..........................................................................20 Figure 23 : Schéma du compresseur rotatif..............................................................................21 Figure 25 : Schéma du compresseur à vis.................................................................................22 Figure 26 : Compresseur hermétique........................................................................................24 Figure 27 : Compresseur semi hermétique...............................................................................24 Figure 28 : Compresseur ouvert................................................................................................25 Figure 29 : Compresseur volumétrique.....................................................................................26 Figure 30 : Compresseur volumétrique système à piston.........................................................26 Figure 31 : Compresseur centrifuge..........................................................................................27 Figure 32 : Fonctionnement du compresseur à piston à un étage.............................................31 Figure33 : Cycle de compression..............................................................................................33 Figure34 : Culasse ou boite à clapet.........................................................................................33 Figure 35 : Circuit d’un compresseur à air comprimé..............................................................39 Figure 36 : Fonctionnement d’air comprimé............................................................................40 Figure 37 : Montée en pression d’air comprimé.......................................................................40 Figure 38 : Pré-filtre d’aspiration.............................................................................................41 Figure 39 : Séparateur d’eau et d’huile.....................................................................................42 Figure 40: Cartouche filtrante...................................................................................................43 Figure 41 : Soupape de sécurité................................................................................................44 GMI i LISTE DES TABLEAUX Tableau 1 : Caractéristiques des compresseurs volumétriques.................................................23 Tableau 2 : Mode d’emploi d’un compresseur volumétrique...................................................28 Tableau 3 : Mode d’emploi d’un turbocompresseur.................................................................29 Tableau 4 : Caractéristiques d’un compresseur à air................................................................45 Tableau 5 : Différentes pannes d’un compresseur....................................................................51 Tableau 6 : Valeurs de PAES100 de quelques fluides frigorigènes...........................................55 Tableau 7 : Valeurs de PAO de quelques fluides frigorigènes.................................................56 GMI 2014- 1 INTRODUCTION Le compresseur dans une installation frigorifique est l’organe le plus compliqué et le plus délicat. Ses organes sont sans cesse en mouvement et ont pour rôle, d’augmenter la pression et de faire circuler le fluide, dans une installation frigorifique. L'air comprimé représente aujourd'hui 10% de l'énergie globale utilisée dans le monde industriel. Les circuits d'air comprimé permettent d'alimenter des outils et des automatismes, avec certains avantages : transport facile dans les conduites ; faible coût des composants ; pas de pollution et plus sécurisant que l’emploi de l’électricité. Cependant, le problème c’est que certains utilisateurs ne connait pas comment fonctionne leur compresseur afin de détecter les pannes en cas de défaillance de la machine et d’assurer leur maintenance. Ce qui nous conduit à l’étude du présent mémoire intitulé : « étude bibliographique d’un compresseur » Le but est de faire connaitre aux utilisateurs le fonctionnent du compresseur afin de bien maitriser leur utilisations et d’assurer leur maintenance. Ce travail comporte trois parties, pour cela nous allons voir en premier lieu la généralité qui consiste sur la notion du froid, description d’une machine frigorifique et les fluides frigorigènes. En second partie le fonctionnement d’un compresseur en incluant sur le compresseur frigorifique et le compresseur à air comprimé. Finalement l’impact environnemental, qui consacre à la destruction de la couche d’ozone, réchauffement planétaire et les caractéristiques de l’impact environnementaux. PARTIE I : GENERALITES GENERALITE GMI 2014- 2 Chapitre I : Notion du froid La notion du froid est basée sur l’étude thermodynamique. I.1 : Enoncé des principes de la thermodynamique I.1.1 : Premier principe de la thermodynamique La première loi de la thermodynamique consiste à conserver l’énergie. Elle stipule qu’il y a conservation d’énergie dans une transformation fermée, et ceci que la transformation soit réversible ou non. Enoncé du premier principe [1] Le premier principe postule que la variation de uploads/Industriel/ adrisoaeddym-espa-lic-2016 3 .pdf