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Document mis à présenter par : ELGOUTNI Asma SEGUAI Toufik BETTARCHA Manel Nesr

Document mis à présenter par : ELGOUTNI Asma SEGUAI Toufik BETTARCHA Manel Nesrine PLAN I. Introduction II. Généralités sur le froid III. Technique de production de froid IV. Fonctionnement d’une machine frigorifique a. Le circuit frigorifique simplifié b. Les éléments de base du circuit frigorifique c. Comprehension du circuit frigorifique d. Premier principe appliqué sur les éléments de base de la machine V. les types des éléments de base du circuit frigorifique a- Différents types de compresseur b- Différents types d’évaporation c-Différents types de condenseur d- Différents types de détendeur VI. Fluides frigorigènes a. Définition et rôle b. Caractéristiques fondamentales d’un fluide frigorigène c. Restriction d'utilisation depuis le Protocole de Montréal I. Introduction: Pour acquérir une température ambiante inférieure à celle extérieure; il est nécessaire de prévoir une installation frigorifique dont la puissance soit correctement déterminée et les composantes parfaitement sélectionnées, vue sa nécessité dans le domaine du froid industriel. C’est dans ce but, que nous avons entrepris au sein du département Génie Mécanique Energétique de La Faculté Science Technique, ce mini- projet qui consiste à décrire une machine frigorifique. En 1902, un ingénieur américain mit au point un système pour refroidir un local fermé. Son invention parviendra quelques années plus tard en France pour un usage industriel, avec l'apparition des premières chambres froides. Le froid est devenu une forme d'énergie importante dans notre société. Utilisé dans un grand nombre de secteurs et sous de nombreuses formes (conservation de denrées périssables, climatisation, refroidissement de procèdes industriels etc.). Les systèmes frigorifiques à compression nécessitent en effet pour leur fonctionnement l'utilisation de fluides frigorigènes. Ce système utilisé largement pour les pompes à chaleur de petites et grandes puissances, les climatiseurs et les groupes de réfrigérations classiques. Le cycle à compression mécanique de vapeur comprend généralement trois éléments essentiels : les échangeurs aux sources chaude et froide (condenseurs et évaporateurs), le compresseur et le détendeur. II. GENERALITES SUR LE FROID Le froid est la sensation contraire du chaud, associée aux températures basses, il abaisse la température des denrées et de ce fait ralentit les évolutions physiologiques, biochimiques et microscopiques. Le froid ne stérilise pas, contrairement à la chaleur: Le stock microscopique n’est jamais totalement détruit, quel que soit le niveau de température atteint. On peut créer le froid artificiellement en effectuant le vide dans une chambre ou par des systèmes réfrigérants tels que les réfrigérateurs ou les congélateurs qui sont deux types fondamentaux de traitement par le froid des denrées alimentaire. -Le froid positif: la réfrigération. -le froid négatif: la congélation La réfrigération : Le traitement par le froid « réfrigération » consiste à refroidir, puis à conserver une denrée a température positive (à 0°C) de telle façon que l’eau contenue dans cette denrée, ne puisse être transformée en glasses. La congélation: Le traitement par la froide « congélation » consiste à refroidir, a congeler et à conserver une denrée a une température très inférieur à celle de l’eau constitutive en son sein. Une grande partie de cette eau est transformée en glace sous de cristaux plus ou moins gros. Les températures usuelles de conservation par congélation sont comprises entre -10°C et -35°C. Qc Condenseur 3 2 HP Compresseur BP 4 1 Evapor ate ur . III. Technique de production de froid Il existe différentes façons d'obtenir du froid. Le principe réside toujours en un transfert de chaleur (calories), à partir du système à refroidir vers l'environnement. La technologie la plus employée dans la grande majorité des réfrigérateurs électroménagers et dans de nombreuses applications industrielles est La Réfrigération à compression de vapeur. IV. Fonctionnement d’une machine frigorifique La première chose à comprendre est qu’on fait de froid en prenant de la chaleur (ce qui a pour effet de refroidir). a. Le circuit frigorifique simplifié : . Détendeur Wc Qg Vapeur Liquide Liquide- Vapeu b. Les éléments de base du circuit frigorifique : Il y a quatre éléments essentiels : Le compresseur qui sert à comprimer du fluide frigorigène gazeux à basse pression BP en fluide frigorigène gazeux à haute pression HP. L’évaporateur Qui sert à échanger de la chaleur entre l’air chaud et le fluide s’évaporant. Le condenseur Qui sert à échanger de la chaleur entre l’air frais et le fluide se condensant. Le détendeur Qui sert à détendre le fluide frigorigène HP liquide en fluide frigorigène BP prêt à s’évaporer. c. Comprehension du circuit frigorifique : Les quatre éléments de base du circuit frigorifique sont reliés entre eux par les tuyauteries frigorigènes: -De refoulement: entre le compresseur et le condenseur (en2). -De liquide: entre le condenseur et le détendeur(en 3). -D’aspiration: entre l’évaporateur et le compresseur(en 1). Dans lesquelles circule en circuit fermé étanche, le fluide frigorigène qui est successivement à l’état: -De vapeurs froides détendues à basse pression dans la conduite d’aspiration (point 1). -De vapeurs comprimées surchauffées à haute pression HP dans la conduite de refoulement (point 2). -De liquide frigorigène pur (à haute pression et température sensiblement ambiante) Dans la conduite de liquide (point 3). Description du cycle du fluide frigorigène : cycle de Hirn Dans le compresseur, le fluide frigorigène arrive à l'entrée du compresseur à l'état gazeux, à basse pression et basse température; La compression permet d'élever sa pression et sa température. En théorie, la compression est adiabatique (ou isentropique) ; mais elle ne l’est pas en pratique. Un compresseur réel présente des pertes importantes. • D'une part ce sont les pertes volumétriques, dues : - à la dilatation du gaz d'aspiration à son entrée dans le compresseur dont les parois sont plus chaudes (enroulement du moteur, pistons, cylindre, etc.) - aux fuites entre le piston et le cylindre, - aux fuites dans les soupapes à l'espace mort du cylindre ; le surplus de gaz qui se dilate lors de l'aspiration empêche le remplissage complet avec du fluide frigorigène nouvellement aspiré. • D'autre part, ce sont les pertes mécaniques dues aux frictions entre les pièces mobiles. Dans le condenseur, le gaz chaud cède sa chaleur à l’eau du circuit extérieur, Les vapeurs de fluide frigorigène se refroidissent (désurchauffe), puis le fluide se condense. Le fluide liquide se refroidit de quelques degrés (sous-refroidissement) avant de quitter le condenseur. Dans le détendeur, le fluide subit une détente isenthalpique. Le fluide frigorigène se vaporise partiellement, ce qui abaisse sa température. Dans l’évaporateur, le fluide frigorigène s'évapore totalement en absorbant la chaleur provenant du circuit d’eau qui se refroidit. Dans un deuxième temps, le gaz formé est encore légèrement réchauffé par le fluide extérieur ; c'est ce qu'on appelle la phase de surchauffe. Diagramme enthalpique du cycle frigorifique : diagramme de Mollier Sous la courbe « en cloche » se situe le mélange liquide-vapeur. A gauche de la cloche, le fluide est à l'état liquide (il se "sous-refroidi"). A droite, le fluide est à l'état vapeur (il "surchauffe"). Généralement nous nous plaçons dans le régime permanent et nous négligeons les variations d’énergies cinétiques et potentiel on aura donc : L’application du premier principe pour les différentes composantes: Composante Hypothèses sur la transformation conséquences Premier principe Compresseur Adiabatique réversible  Q  0 se  ss   W  mhs  he    ms  me Condenseur Isobare  W  0   Q  mhs  he    ms  me Détendeur Adiabatique Parois rigides  Q  0  W  0 hs  he   ms  me évaporateur Isobare  W  0   Q  mhs  he    ms  me V. Les types des éléments de base du circuit frigorifique a- Différents types de compresseur: Il ya 4 types de compresseurs : -compresseur a piston -compresseur à spirale -compresseur a vis -compresseur Centrifuge  Compresseur à piston: Ils équipent principalement les réfrigérateurs ménagers mais on peut aussi les rencontrer pour le froid commercial (faible et moyenne puissance) et pour les groupes de production d'eau glacée utilisée pour les centrales de traitements d'air. On peut les trouver dans les installations de froid industriel anciennes. Symbole:  Compresseur à spirale (Scroll): Aussi appelé compresseur scroll ; ceux-ci équipent souvent les climatisations du fait de leur discrétion sonore. On les reconnaît à leur forme allongée. Leur champ d'application est plutôt pour la climatisation (split-system, multi-split,...). Ils peuvent aussi constituer une "centrale" pour assurer le fonctionnement de centrale de traitements d'air via un fluide caloporteur (plus généralement de l'eau pure ou glycose).  Compresseur à vis (Screw): Le compresseur à vis ou hélico-compresseur appartient à la classe des machines volumétriques de type rotatif. Depuis 1976, on assiste à un développement important mondial des compresseurs à vis dans tous les domaines du froid. Depuis quelques années, il est apparu une nouvelle génération de compresseurs à vis de petite et moyenne puissance recouvrant le domaine des compresseurs à pistons de moyenne puissance vus leurs efficacités et leur progrès dans l’amélioration du rendement. Les compresseurs à vis se répartissent en deux sous-groupes: les Birotors et les Mono rotors Symbole:  Compresseur centrifuge: Le compresseur centrifuge ou turbocompresseur est une turbomachine de type uploads/Industriel/ machine-frigorifique-pdf.pdf