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1 I. GÉNÉRALITÉS SUR LE FROID ET SES APPLICATIONS II. RAPPEL THERMODYNAMIQUE II

1 I. GÉNÉRALITÉS SUR LE FROID ET SES APPLICATIONS II. RAPPEL THERMODYNAMIQUE III. MODES DE PRODUCTION DU FROID IV. ETUDE DE LA MACHINE À COMPRESSION V. LES FLUIDES FRIGORIGENES VI. TECHNOLOGIE DES MACHINES À COMPRESSION VII. CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT DES INSTALLATION FRIGORIFIQUES Structure du cours IV. ETUDE DE LA MACHINE À COMPRESSION IAV HASSAN II - DGPA – 2020-2021 2 Ont pour but soit d’augmenter les performances soit de simplifier et sécuriser l’utilisation. Etude de la machine à Compression Amélioration apportée au cycle standard - Travail en régime sec à l’évaporateur - Sous refroidissement du liquide condensé - Compression étagée avec refroidissement des vapeurs 3 Etude de la machine à Compression Amélioration apportée au cycle standard Travail en du régime sec en introduisant un ballon sécheur Régime humide: le fluide sortant de l'évaporateur est aspiré à l'état de vapeur saturante humide de titre x < 1. La présence des gouttelettes dans le compresseur est préjudiciable à la bonne tenue de ce matériel. Le liquide en provenance du détendeur peut contenir aussi de la vapeur (non condensé au niveau du condenseur). 4 Etude de la machine à Compression Amélioration apportée au cycle réel. Travail en du régime sec en introduisant un ballon sécheur Régime sec: la vapeur à un titre égal à 1 et elle est souvent surchauffée. Evap. Comp. Cond. Dét. Coté basse pression Coté haute pression 5 Etude de la machine à Compression Amélioration apportée au cycle réel. Travail en du régime sec en introduisant un ballon sécheur 6 Etude de la machine à Compression Amélioration apportée au cycle réel. Travail en du régime sec: Résultat Réduit le débit envoyé dans l’évaporateur sans altérer la puissance frigorifique (vapeur non condensée). Le nouveau débit est donné par: mf2 = mf1 (1 - x1 ) mf1 mf2 7 Etude de la machine à Compression Amélioration apportée au cycle réel. Travail en du régime sec: Avantages Evap. Comp. Cond. Dét. Coté basse pression Coté haute pression N’envoie dans l’évaporateur que le fluide frigorigène liquide ce qui: -Facilite le fonctionnement des pompes de circulation et; -Améliore le coefficient de transfert de Chaleur. 8 Quantité de chaleur absorbée par l’évaporateurEnergie fourni par le compresseur Quantité de chaleur évacuée par le condenseur Etude de la machine à Compression Amélioration apportée au cycle réel. Sous refroidissement du liquide condensé: Avantage 9 Etude de la machine à Compression Amélioration apportée au cycle réel. Sous refroidissement du liquide condensé Le sous-refroidissement du liquide peut avoir lieu dans: - Le condenseur lui-même: Comment? - Ou bien dans un sous-refroidisseur après condensation. 10 Etude de la machine à Compression Amélioration apportée au cycle réel. Compression étagée avec refroidissement des vapeurs: Lorsque une température du milieu à refroidir demandé est très basse, on a besoin d’une pression d’évaporation Po très faible* et d’un débit relativement élevé du fluide frigorigène. La température du médium de condensation (air) reste normale ou même un peu élevée*. Le rapport de compression = P2/ P1 est élevée. 11 Etude de la machine à Compression Amélioration apportée au cycle réel. Compression étagée avec refroidissement des vapeurs Evap. Comp. Cond. Dét. Coté basse pression Coté haute pression Température très basse Po très faible P1 élevée Taux de compression élevé T2 supérieur à T du fluide refroidisseur 12 Etude de la machine à Compression Amélioration apportée au cycle réel. Compression étagée avec refroidissement des vapeurs Quant le taux de compression est élevé on remarque: - Une baisse du rendement volumétrique ŋv / Besoin des cylindres énormes. - Une baisse de la production frigorifique de l’installation. - Elévation dangereuse de Tc, la température en fin de compression (critique)!! 13 Etude de la machine à Compression 14 Etude de la machine à Compression Amélioration apportée au cycle réel. Compression étagée avec refroidissement des vapeurs - Une baisse de la production frigorifique de l’installation. - Elévation dangereuse de Tc, la température en fin de compression (phénomène non isentropique). 15 Etude de la machine à Compression Amélioration apportée au cycle réel. Compression étagée avec refroidissement des vapeurs TC peut être calculée à partir de l’expression (loi de Laplace): (TC/ To) = (Pc/ Po) (k-1) /k Avec k = Cp/Cv (Cette relation n’est valable que pour les gaz parfaits et une transformation isentropique) 16 Etude de la machine à Compression Amélioration apportée au cycle réel. Compression étagée avec refroidissement des vapeurs Exemple: Quel est la température de la vapeur comprimé du R134a si: La pression à l’aspiration: 1 bar Pression au refoulement : 10 bar Le rapport de capacité thermique: k= 1,3 Surchauffe de 15°C Diagramme/tables Vs Calcul) Tc≈ 66°C 17 Etude de la machine à Compression Amélioration apportée au cycle réel. Solution palliative Comprimer le fluide en deux ou plusieurs phases de compression qui sont alors parcourues en série par le fluide qui est refroidi entre chaque phase de compression. Compression étagée avec refroidissement des vapeurs: 18 Etude de la machine à Compression Amélioration apportée au cycle réel. Le refroidissement des vapeurs comprimées par étage basse pression est obtenu par injection de fluide frigorigène liquide en provenance du condenseur Où: Dans une bouteille intermédiaire placées entre les deux étages de compression. Compression étagée avec refroidissement des vapeurs: 19 Etude de la machine à Compression 20 Etude de la machine à Compression 21 Etude de la machine à Compression Amélioration apportée au cycle réel. Compression étagée avec refroidissement des vapeurs: Machine bi- étagée 22 Détendeur à bulbe Condenseur Sécheur Compresseur 2 Compresseur 1 Bouteille de mélange (refroidissement des vapeurs) Evaporateur Détendeur Etude de la machine à Compression Amélioration apportée au cycle réel. Machine bi- étagée 23 Etude de la machine à Compression Amélioration apportée au cycle réel. Compression étagée avec refroidissement des vapeurs: Calculs : machine à un étage Vs Machine à 2 étages Tunnel de congélation au R507 à une température d'évaporation de - 36 et une température de condensation de 36 °C. Tc (is): 66°C/ Tc réelle: 114°C Tc l'huile risque d'être trop fluide ; dans ce cas, la lubrification est nulle et le compresseur sera détérioré. 24 Etude de la machine à Compression Amélioration apportée au cycle réel. Compression étagée avec refroidissement des vapeurs: Calculs : machine à un étage Vs Machine à 2 étages (Tc, ηv, Vb, Wm, COP) Taux de compression τ = 10,27 On prend : ηm = 0,9 puissance frigorifique (Qo) de 20 kW Rendement volumétrique ηv = 0,49 25 Etude de la machine à Compression Amélioration apportée au cycle réel. Compression étagée avec refroidissement des vapeurs: Calculs : machine à un étage Vs Machine à 2 étages ma m ma Wm 26 Etude de la machine à Compression Amélioration apportée au cycle réel. Compression étagée avec refroidissement des vapeurs: Calculs : machine à un étage Vs Machine à 2 étages COP= 20/19,6 = 1,02 Tc très élevée 114°C 27 Etude de la machine à Compression Amélioration apportée au cycle réel. Compression étagée avec refroidissement des vapeurs: Calculs : machine à un étage Vs Machine à 2 étages Un compresseur BP aspire à la pression Pa de 1,65 bar et refoule à la pression intermédiaire Pi. L’autre aspire à la Pi et refoulent à la pression de refoulement Pr de 16,95 bar. 28 Etude de la machine à Compression Amélioration apportée au cycle réel. Compression étagée avec refroidissement des vapeurs: Calculs : machine à un étage Vs Machine à 2 étages La réalisation de ce type de circuit commence par le partage de la compression sur deux compresseurs, de telle sorte que leurs taux de compression soient identiques . Ainsi, on aura : et la pression intermédiaire aura une valeur de : 29 Etude de la machine à Compression Amélioration apportée au cycle réel. Compression étagée avec refroidissement des vapeurs: Calculs : machine à un étage Vs Machine à 2 étages Les nouvelles conditions de fonctionnement sont : - Refroidissement intermédiaire à 5°C - T du liquide injecté avant détente: 20°C - Sous refroidissement dans la bouteille à 0°C - Hypothèse: ηi = 1 τ1 = τ2 = 3,2 ηv1 = ηv2 = 0,84 Tc = 54 °C 30 Etude de la machine à Compression Amélioration apportée au cycle réel. Compression étagée avec refroidissement des vapeurs: Calculs : machine à un étage Vs Machine à 2 étages mabp = mabp . V’ = 31 Etude de la machine à Compression Amélioration apportée au cycle réel. Compression étagée avec refroidissement des vapeurs: Calculs : machine à un étage Vs Machine à 2 étages mbp mhp mhp-mbp Machine bi- étagée 32 Etude de la machine à Compression Amélioration apportée au cycle réel. Compression étagée avec refroidissement des vapeurs: Calculs : machine à un étage Vs Machine à 2 étages Calcul de mhp: Bilan Matière/ énergétique mbp.h2 + (mhp - mbp).h5 = mhp.h3 mhp = h2 - h5 / h3 - h5 mhp = 398-228/360-228= 0,2057 kg/s 33 Aspiré Etude de la machine à Compression Amélioration apportée au cycle réel. Compression étagée avec refroidissement des vapeurs: Calculs : machine à un étage Vs Machine à 2 étages Vahp = mhp . v'3 = 0,2 x 0,0388 = 28,7 m3/h Vbhp uploads/Industriel/ support-3-froid-industriel-iv-vi-vii.pdf