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UNIVERSITE D’ANTANANARIVO ECOLE SUPERIEURE POLYTECHNIQUE MENTION GENIE ELECTRIQ

UNIVERSITE D’ANTANANARIVO ECOLE SUPERIEURE POLYTECHNIQUE MENTION GENIE ELECTRIQUE MENTION GENIE MEGANIQUE INDUSTRIEL PARCOURS : CONNAISSANCES SCIENTIFIQUES DE BASE EN GENIE INDUSTRIEL Mémoire de fin d’études en vue d’obtention du diplôme de licence es-sciences et techniques en Génie Mécanique et Industriel ETUDE ET CONCEPTION D’UNE MACHINE DE FABRIQUE DE GLACE EN BARRE A ANKAZOMIRIOTRA Présenté par : RALAIARISON Zo Hasina Salomon Directeur de mémoire : Docteur RANAIVOSON ANDRIAMBALA Hariniaina Promotion 2014 UNIVERSITE D’ANTANANARIVO ECOLE SUPERIEURE POLYTECHNIQUE MENTION GENIE ELECTRIQUE MENTION GENIE MEGANIQUE INDUSTRIEL PARCOURS : CONNAISSANCES SCIENTIFIQUES DE BASE EN GENIE INDUSTRIEL Mémoire de fin d’études en vue d’obtention du diplôme de licence es-sciences et techniques en Génie Mécanique et Industriel ETUDE ET CONCEPTION D’UNE MACHINE DE FABRIQUE DE GLACE EN BARRE A ANKAZOMIRIOTRA Présenté par : RALAIARISON Zo Hasina Salomon Directeur de mémoire : Docteur RANAIVOSON ANDRIAMBALA Hariniaina, Maître de conférences à l’ESPA Président du jury : Docteur RAKOTONIAINA Solofo Hery, Maître de conférences à l’ESPA Membres du jury : - Docteur RATSIMBAZAFY Lantoharisoa, Maîtres de conférences à l’ESPA - Monsieur RANDRIAMORA Edmond, Enseignant chercheur à l’ESPA - Monsieur RAKOTONINDRIANA Tahiry Fanantenana, Enseignant chercheur à l’ESPA Soutenu le Lundi 11 Mai 2015 à l’ESPA Promotion 2014 ETUDE ET CONCEPTION D’UNE MACHINE DE FABRIQUE DE GLACE EN BARRE A ANKAZOMIRIOTRA i REMERCIEMENTS En premier lieu, nous tenons à remercier le Seigneur tout Puissant de nous avoir donné force, santé et vie qui nous ont permis d’être ici en ce moment, grâce à qui, on a pu mener à terme ce travail de mémoire. Ensuite, nos vifs remerciements s’adressent aux personnes suivantes sans qui ce travail n’aurait pas pu être accompli : Monsieur ANDRIANAHARISON Yvon, Directeur de l’Ecole Supérieure Polytechnique d’Antananarivo, qui a toujours contribué à ses expériences professionnelles pour la réussite de notre formation. Madame RAKOTOMANANA Dina Arisoa, Chef de mention Génie mécanique et industriel. Monsieur RAMAROZATOVO Vonjy, Chef de mention Génie électrique, Monsieur RAKOTONIAINA Solofo Hery, Enseignant chercheur à l’ESPA et président du jury qui a eu la bienveillance de présider les membres du jury de la soutenance de ce mémoire. Monsieur RANAIVOSON ANDRIAMBALA Hariniaina, Maître de conférences à l’ESPA, notre encadreur pédagogique, sous la direction duquel ces travaux ont été effectués grâce à son aide, sa pédagogie et ses précieux conseils ainsi qu’à la confiance qu’il nous a accordée durant la préparation de ce mémoire. Madame RATSIMBAZAFY Lantoharisoa, Maître de conférences à l’ESPA, Monsieur RANDRIAMORA Edmond, Enseignant chercheur à l’ESPA, Monsieur RAKOTONINDRIANA Tahiry Fanantenana, Enseignant chercheur à l’ESPA, qui ont bien voulu examiner ce travail, malgré leurs multiples occupations. Tous les enseignants de l’ESPA qui ont contribué à notre formation dans cette école ; Chers parents, sœurs, frères, qui nous ont soutenus moralement, matériellement et financièrement tout au long de nos études. Merci pour vos soutiens et encouragements. Et enfin, nous remercions également famille, amis et toutes les personnes qui ont contribué de près ou de loin, d’une manière ou d’une autre, à l’élaboration de cet ouvrage. ETUDE ET CONCEPTION D’UNE MACHINE DE FABRIQUE DE GLACE EN BARRE A ANKAZOMIRIOTRA i SOMMAIRE INTRODUCTION PARTIE 1 : GENERALITE ZONE D’IMPLANTATION CHAPITRE I. GENERALITES SUR LA BARRE DE GLACE CHAPITRE II. PARTIE 2 : NOTION SUR LE FROID ET LES CALCULS FONDAMENTAUX PRINCIPE GENERAL DE FONCTIONNEMENT CHAPITRE III. BILAN THERMIQUE CHAPITRE IV. PARTIE 3 : CHOIX DES COMPOSANTS ET IMPACTS ENVIRONNEMENTAUX CHOIX DES COMPOSANTS CHAPITRE V. IMPACTS ENVIRONNEMENTAUX CHAPITRE VI. CONCLUSION ETUDE ET CONCEPTION D’UNE MACHINE DE FABRIQUE DE GLACE EN BARRE A ANKAZOMIRIOTRA ii LISTE DES ABREVIATIONS CR : Commune rurale TNN : Température minimale normale [°C] TXN : Température maximale normale [°C] TMN : Température moyenne normale [°C] TNA : Température minimale absolue [°C] TXA : Température minimale absolue [°C] SRI : Système de riziculture intensive h : Heure T : Température [°C] S : Surface [m] : Constante de Stefan-Boltzman : Flux thermique [W/m2] e : Epaisseur [m] λ : Conductivité thermique [W/m.k] L : Longueur de la fabrique de glace [m] l : Largeur de la fabrique de glace [m] H : Hauteur de la fabrique de glace [m] V : Volume de la fabrique de glace [m] tcong: Temps de congélation [h] K : Coefficient de transmission thermique [W/m2.K] : Résistance thermique superficielle interne [m2.K/W] : Résistance thermique superficielle externe [m2.K/W] Qtr : Charge thermique à travers les murs [W] Text : Température extérieure [°C] Tamb: Température ambiante [°C] Qde: Charge thermique due à la quantité d’eau entrant [W] me : Masse d’eau introduite [kg] C1 : Capacité thermique massique de l’eau avant congélation [J/kg.K] C2 : Capacité thermique massique de l’eau après congélation [J/kg.K] Le : Chaleur latente de congélation de l’eau [J/kg.K] Tintro : Température d’introduction de l’eau [°C] ETUDE ET CONCEPTION D’UNE MACHINE DE FABRIQUE DE GLACE EN BARRE A ANKAZOMIRIOTRA iii Tcong : Température de congélation de l’eau [°C] Tcons: Température de conservation ou Température d’entreposage de l’eau [°C] Tsaum: Température de la saumure Qagi : Charge thermique due à l’agitateur [W] Pagi : Puissance de l’agitateur [W] Tinst.agi: Temps d’installation de l’agitateur [s] QT : Charge thermique totale [W] Pint : Puissance frigorofique intermédiaire [W] τinst: Temps d’installation de la machine [h] Q0.int : Puissance frigorifique intermédiaire [W] Qprev: Puissance frigorifique prévisionnelle de l’évaporateur [W] Qdég : Charge due au dégivrage [W] Pdég: Puissance de la résistance de dégivrage [W] τdég : Temps d’installation du dégivrage [h] Q0 eff: Puissance effective de l’évaporateur [W] HR : Humidité relative [%] Tvap: Température de vaporisation [°C] Tcond : Température de condensation [°C] Tair ext : Température de l’air extérieur [°C] v : vitesse du fluide frigorigène [m/s] W : vitesse d’écoulement [m/s] di : Diamètre intérieure du tuyau [m] hi : Enthalpie [kJ/kg] Masse volumique du fluide frigorigène dans l’aspiration [kg/m3] Masse volumique du fluide frigorigène dans le refoulement [kg/m3] Masse volumique du fluide frigorigène dans le tuyau du liquide [kg/m3] n : Nombre ODP : Ozone Depletion Potential PAO : Potentiel d’Action sur la couche d’Ozone PAES : Plan d’Action sur l’Effet de Serre GWP : Global Warning Potential ETUDE ET CONCEPTION D’UNE MACHINE DE FABRIQUE DE GLACE EN BARRE A ANKAZOMIRIOTRA iv LISTE DES FIGURES Figure 1 : Carte de localisation du district de Mandoto (Source :Monographie du District de Mandoto).......................................................................................................................3 Figure 2 : Zone de délimitation administrative du district (Source : Monographie du district de Mandoto)...........................................................................................................4 Figure 3 : Le commerce de la glace à New York (Source : Le magazine Harper’s Weekly, du 30 Août 1884)...............................................................................................10 Figure 4 : Machine à glace en barre.................................................................................14 Figure 5 : Le changement d’état : Passage d’une phase à l’autre ....................................18 Figure 6 : Condenseur à air..............................................................................................19 Figure 7 : Détendeur ........................................................................................................19 Figure 8 : Schéma fluidique de l’installation...................................................................20 Figure 9 : Transfert thermique par rayonnement .............................................................21 Figure 10 : Transfert thermique par conduction à travers un mur composite..................21 Figure 11 : Schéma fluidique de régulation pump-down unique.....................................23 Figure 12 : Diagramme enthalpique.................................................................................32 Figure 13 : Présentation du serpentin...............................................................................34 Figure 14 : Schéma fluidique montrant les éléments constitutifs....................................35 Figure 15 : Séparateur d’huile..........................................................................................36 Figure 16 : Réservoir de liquide.......................................................................................36 Figure 17 : Voyant liquide...............................................................................................37 Figure 18 : Electrovanne..................................................................................................37 Figure 19 : Filtre déshydrateur.........................................................................................38 Figure 20 : Thermostat – type KP/KPC de DANFOSS...................................................38 Figure 21 : Pressostat- type KP/KPU de DANFOSS.......................................................39 Figure 22 : Phénomène de la destruction de la couche d’ozone ..................................46 Figure 23 : Effet de la destruction de couche d’ozone...................................................46 ETUDE ET CONCEPTION D’UNE MACHINE DE FABRIQUE DE GLACE EN BARRE A ANKAZOMIRIOTRA v LISTE DES TABLEAUX Tableau 1 : Evolution de la population par Fokontany de 2012 à 2014.................................. 5 Tableau 2 : Répartition de la population par activité............................................................... 6 Tableau 3 : Normales de température d’Ankazomiriotra (Année : 1961-1990) ...................... 6 Tableau 4 : Les cultures dominantes à Ankazomiriotra........................................................... 8 Tableau 5 : Dimensions intérieures de la fabrique de glace .................................................. 24 Tableau 6 : Caractéristique des composants des parois......................................................... 24 Tableau 7 : Caractéristique des composants du sol................................................................ 25 Tableau 8 : Le coefficient de transmission thermique K dans les parois............................... 26 Tableau 9 : Charge thermique par transmission à travers chaque parois............................... 27 Tableau 10 : Charge thermique due à la masse d’eau entrante.............................................. 28 Tableau 11:Chargethermiqueduesàl’agitateur ....................................................................... 28 Tableau 12 : Conditions de fonctionnement du compresseur................................................ 31 Tableau 13 : Les paramètres de sortie.................................................................................... 32 Tableau 14 : Charge due à la résistance de dégivrage ........................................................... 33 Tableau 15 : Surface A du serpentin...................................................................................... 35 Tableau 16 : Vitessed’écoulementdelatuyauteried’aspiration................................................ 41 Tableau 17 : Vitessed’écoulementdelatuyauteriederefoulement............................................ 42 Tableau 18 : Vitesse d’écoulement de la tuyauterie De liquide............................................. 43 Tableau 19 : Caractéristique du fluide frigorigène R404A.................................................... 45 Tableau 20 : Valeur de PAO de quelques fluides frigorigènes.............................................. 47 Tableau 21 : Valeur de GWP100 de quelques fluides frigorigènes..................................... 48 ETUDE ET CONCEPTION D’UNE MACHINE DE FABRIQUE DE GLACE EN BARRE A ANKAZOMIRIOTRA 1 INTRODUCTION A travers les siècles, la glace prend une place de plus en plus importante dans la vie de l’homme. Les besoins en glace ont continué à s’accroître en tant que technique de conservation des aliments et moyen de conservation dans les transports des produits uploads/Industriel/ ralaiarisonzohs-espa-lic-15.pdf