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Bachelor 2017 Dr. Ing. Sayon SIDIBE Dr. Ing. Kokouvi Edem N’TSOUKPOE Plusieurs

Bachelor 2017 Dr. Ing. Sayon SIDIBE Dr. Ing. Kokouvi Edem N’TSOUKPOE Plusieurs images de ce cours proviennent du site: internet www.energieplus-lesite.be 2 INTRODUCTION 01. INTRODUCTION 3 1.1 – COURS DE TECHNIQUES FRIGORIFIQUES: DÉFINITION 06.04.17 INTRODUCTION | LOW TEMP. TES | HIGH TEMP. TES | CONCLUSION 01. INTRODUCTION 4 1.1 – Acquis de l’apprentissage attendus 06.04.17 INTRODUCTION | LOW TEMP. TES | HIGH TEMP. TES | CONCLUSION Ce cours de production de froid aborde le principe des machines frigorifiques à compression ou à absorption. L'analyse qui en résulte se base sur l'étude des cycles thermodynamiques dans différents diagrammes. Cette présentation n'aborde donc pas le point de vue technologique des différentes machines. A la fin de ce cours, l’étudiant doit être capable de : • Comprendre le principe de fonctionnement des machines frigorifiques (mono et bi-étagée) à compression mécanique de vapeur et à absorption • Déterminer les paramètres d’un cycle de réfrigération • Assurer le dimensionnement d'une installation frigorifique mono et bi étagée • Mesurer et analyser les performances d’une installation frigorifique • Evaluer l’impact du fluide frigorigène sur la performance de la machine frigorifique et sur l’environnement 01. INTRODUCTION 5 06.04.17 INTRODUCTION | LOW TEMP. TES | HIGH TEMP. TES | CONCLUSION CM: 13 h TP: 6 h; TD: 12 h Projet: 9 h Examen: 3 h Pré-requis Volume horaire Connaissance de base de la thermodynamique Connaissance du transfert de chaleur Support de cours Techniques frigorifiques, Jean Francis SEMPORE, v. octobre 2006 1.1 – COURS DE TECHNIQUES FRIGORIFIQUES: DIVERS 6 Nature de l’évaluation Commentaire Durée Coef. Contrôle continu 1 évaluation formative pendant les cours 2 h 20% Travaux pratiques 2 évaluations sous forme de travaux pratiques 6 h 20% Examen final 1 évaluation certificative à la fin des cours (hors quota horaire) 3 h 60% Evaluation 01. INTRODUCTION 01. INTRODUCTION 7 06.04.17 INTRODUCTION | LOW TEMP. TES | HIGH TEMP. TES | CONCLUSION I. NOTIONS DE BASE Température, pression, chaleur, enthalpie, puissance, changement d’état. II. LE FLUIDE FRIGORIGENE ET AUTRES LIQUIDES FRIGORIFIQUES Fluides frigorigènes, huiles frigorifiques, fluides caloporteurs. III. CIRCUIT DE FLUIDE FRIGORIGENE Diagrammes frigorifiques, Evaporateur, Compresseur, Condenseur, Détendeur, Surchauffe et sous-refroidissement, Tracé du cycle frigorifique IV. CALCUL D’UNE INSTALLATION FRIGORIFIQUE Régime de fonctionnement, Le cycle frigorifique de référence, Calcul des caractéristiques (thermiques, mécaniques, géométriques, qualitatives) 1.1 – COURS DE TECHNIQUES FRIGORIFIQUES: CONTENU (1/2) 01. INTRODUCTION 8 06.04.17 INTRODUCTION | LOW TEMP. TES | HIGH TEMP. TES | CONCLUSION V. FONCTION ET TECHNOLOGIE DES ELEMENTS PRINCIPAUX DU CIRCUIT DE FLUIDE FRIGORIGENE Les évaporateurs, Les condenseurs, Les compresseurs, Les détendeurs, Les tuyauteries frigorifiques (généralités, dimensionnement), Bouteille anti-coup de liquide, séparateur de liquide, pompes, ventilateurs, filtres déshydrateurs, voyants, éliminateurs de vibration, électrovannes, robinets. VI. LES ORGANES DE PROTECTION ET DE SECURITE Thermostats, pressostats, soupape de sûreté VII. ENTREPOSAGE FRIGORIFIQUE 1.1 – COURS DE TECHNIQUES FRIGORIFIQUES: CONTENU (2/2) 01. INTRODUCTION 9 1.2 – RAPPELS SUR LES UNITÉS 06.04.17 INTRODUCTION | LOW TEMP. TES | HIGH TEMP. TES | CONCLUSION Température thermodynamique: T [K] = t [°C] + 273,15 Attention, lorsqu’il y a une différence de température, la valeur est la même en Kelvin qu’en degré Celsius !!! Exemple: 1 kg d’eau portée de 5 °C à 95 °C a reçu comme énergie: Q = 1 kg x (95 °C – 5 °C) x 4,2 kJ·kg-1·°C-1 = 378 kJ = 0,105 kWh Q = 1 kg x (95 + 275,13 (– 5 + 273,15)) K x 4,2 kJ·kg-1·K-1 = 378 kJ = 0,105 kWh En l’occurrence, 4,2 kJ·kg-1·°C-1 = 4,2 kJ·kg-1·K-1 Pour les unités dérivées des noms propres de scientifiques, le symbole de l’unité est majuscule. Ex: Joule [J], Kelvin [K], Watt [W], Ampère [A], Volt [V], etc. mJ = millijoule, MJ = mégajoule, kVA = kilovolt-ampère, KVA = Kelvin-Volt- Ampère : respectez les minuscules et les majuscules! Il existe un espace insécable entre le chiffre et le symbole de l’unité. 01. INTRODUCTION 10 1.2 – RAPPELS SUR LES UNITÉS 06.04.17 INTRODUCTION | LOW TEMP. TES | HIGH TEMP. TES | CONCLUSION Analyse dimensionnelle « Ne jamais faire de calcul avant d'en connaître le résultat. » (John A. Wheeler) Assurez-vous que vos équations sont « homogènes »; l’analyse dimensionnelle permet de détecter les erreurs. Les 7 dimensions de base sont: M: la masse [kg] L: la longueur [m] T: le temps [s] I: l'intensité électrique [A] J: l'intensité lumineuse [cd] N: la quantité de matière [mol] ϴ: la température thermodynamique [K] De ces unités fondamentales, on obtient les unités dérivées, par exemple: Énergie: [E] = ML2T-2 soit J = kg·m2·s-2 Puissance: [Q] = ML2T-3 soit J = kg·m2·s-3 Pression: [p] = ML-1T-2 soit Pa = kg·m-1·s-2 Masse volumique: [ρ] = ML-3 soit J = kg·m-3 01. INTRODUCTION 11 1.2 – RAPPELS SUR LES UNITÉS 06.04.17 INTRODUCTION | LOW TEMP. TES | HIGH TEMP. TES | CONCLUSION La température La température est une grandeur physique caractérisant l'agitation moyenne des molécules dans un corps physique; elle caractérise le niveau auquel la chaleur se trouve dans un corps permettant ainsi de dire qu’un corps est plus ou moins chaud qu’un autre. L’unité du système international est le : °C [°F] = [°C] + 32: degré Fahrenheit, utilisé surtout par les Américains [K] = [°C] + 273,15: c’est la température thermodynamique Conversion: L’échelle Celsius: 0°C: Fusion de la glace; 100 °C: Ébullition de l’eau L’échelle Fahrenheit: 0° Fahrenheit : mélange glace +sel; 100° F: Température du corps humain L’échelle thermodynamique (absolue ou Kelvin): 0 K: 0 absolue 01. INTRODUCTION 12 1.2 – RAPPELS SUR LES UNITÉS 06.04.17 INTRODUCTION | LOW TEMP. TES | HIGH TEMP. TES | CONCLUSION La pression L’unité légale de la pression est le Pascal (Pa) qui est égal à la pression uniforme exercée par une force de 1 N (Newton) sur une surface de 1 m2. L’unité de pression couramment utilisée par les frigoristes est le bar et il faut distinguer : - les appareils de mesure des pressions (appelés manomètres) sur les systèmes frigorifiques qui sont gradués généralement en pression relative (par rapport à la pression atmosphérique) - les appareils de mesures du vide (appelés vacuomètres) sur les systèmes frigorifiques qui sont gradués en pression absolue (par rapport au vide absolu). 1 bar = 105 Pa = 1,02 kg·m2 = 14,54 psi 1 atm = 1,01325 Pa = 760 mm Hg = 10,33 mCE (mètre de colonnes d’eau) psi : pound per square inch (livre par pouce carré) Conversion: 01. INTRODUCTION 13 1.2 – RAPPELS SUR LES UNITÉS 06.04.17 INTRODUCTION | LOW TEMP. TES | HIGH TEMP. TES | CONCLUSION La chaleur La chaleur est une forme d’énergie (énergie de mouvement des molécules) qui va d’un point chaud (température plus élevée) vers un point froid (température moins élevée). C’est la sensation perçue par nos organes de sens lorsque nous sommes placés devant un corps incandescent par exemple (chaleur sensible). Chaleur massique: c’est la quantité de chaleur nécessaire à l’élévation (ou à l’abaissement) de 1°C de la température d’un corps Chaleur latente: la chaleur latente de congélation ou chaleur latente de fusion suivant qu’on passe de la phase liquide vers la phase solide ou vice versa ; pour l’eau cette chaleur latente est de 334,8 kJ/kg (80 kcal/kg) à la pression atmosphérique, la température de congélation étant de 0°C à cette pression 01. INTRODUCTION 14 1.2 – RAPPELS SUR LES UNITÉS 06.04.17 INTRODUCTION | LOW TEMP. TES | HIGH TEMP. TES | CONCLUSION La chaleur La chaleur latente de vaporisation ou de condensation suivant qu’on passe de la phase liquide à la phase vapeur ou vice versa ; pour l’eau cette chaleur latente est de 2254,7 kJ/kg (539 kcal/kg) à la pression atmosphérique, la température d’évaporation étant de 100°C à cette pression. Le changement d’état, notamment l’évaporation et la condensation sont partout présentes dans la production du froid car les chaleurs en jeu lors de ces phénomènes sont très élevées. 1 kcal = 4,185 kJ = -1 fg (frigorie) = 10-3 th (thermie) 1 Btu = 1,055 kJ (Btu: British thermal unit: il en existe plusieurs, de 1,054 à 1,060 kJ!) Conversion: 01. INTRODUCTION 15 1.2 – RAPPELS SUR LES UNITÉS 06.04.17 INTRODUCTION | LOW TEMP. TES | HIGH TEMP. TES | CONCLUSION L’enthalpie L’enthalpie indique combien de chaleur renferme une substance (par rapport à une température définie). Pour des raisons pratiques, la valeur “zéro“ de l’enthalpie est la plupart du temps adaptée à l’échelle de températures Celsius. Elle se rapporte en général pour la vapeur d’eau à la température de 0 °C (273,15 K). L’enthalpie spécifique h se rapporte à 1 kg d’une substance définie. 1 Btu·lb-1 = 2,326 kJ/kg = Conversion: 01. INTRODUCTION 16 1.2 – RAPPELS SUR LES UNITÉS 06.04.17 INTRODUCTION | LOW TEMP. TES | HIGH TEMP. TES | CONCLUSION La puissance La puissance est le rapport de l’énergie fournie ou absorbée sur l’unité de temps. L’unité légale est le Watt (W). 1 kW = 860 kcal·h-1 1 kcal·h-1 = -1 fg·h-1 = 1.163 W 1 ch (cheval) = 736 W (attention au système) Conversion: I. NOTIONS PRELIMINAIRES Changement d’état: Etat Solide Etat liquide Etat vapeur Fusion Solidification Vaporisation uploads/Industriel/ cours-de-production-de-froid-pdf.pdf