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Charges thermiques et dimensionnemen t Université Ibn Zohr Ecole Nationale des

Charges thermiques et dimensionnemen t Université Ibn Zohr Ecole Nationale des Sciences Appliquées Agadir Pr. AZZABAKH Aniss Département de Génie des Procédés, de l’Energie & de l’Environnement 2ème année Cycle Ingénieur G.P Année universitaire : 2012 - 2013 2ème année Cycle Ingénieur GP 2ème année Cycle Ingénieur GP I. Introduction. II. Espaces réfrigéré III.Transmission de chaleur IV. Charges thermiques V. Logiciels Plan : 2ème année Cycle Ingénieur GP 2ème année Cycle Ingénieur GP PR. A. AZZABAKH, ENSA D’AGADIR 2 COURS : FROID INDUSTRIEL (2012/2013) 2ème année Cycle Ingénieur GP 2ème année Cycle Ingénieur GP 2ème année Cycle Ingénieur GP 2ème année Cycle Ingénieur GP I. Introduction : 3 COURS : FROID INDUSTRIEL (2012/2013) PR. A. AZZABAKH, ENSA D’AGADIR Champs d’utilisati on du froid - Produits périssables  Petites machines domestiques  Réfrigération  Congélation  Stockage  Transport  Installations industrielles (Lait, agrumes, …) - Climatisation  De "confort"  Climats industriels -Basse température  Super-conductivité  Cryogénie  Métallurgie  Biomédicaux  Lyophilisation (aussi en autres utilisations)  Utilisations cliniques -Applications industrielles  Industrie chimique  Construction (fabriqué)  Usines de glace  Rail patinage 2ème année Cycle Ingénieur GP 2ème année Cycle Ingénieur GP 2ème année Cycle Ingénieur GP 2ème année Cycle Ingénieur GP II. Espaces réfrigérés : 4 COURS : FROID INDUSTRIEL (2012/2013) PR. A. AZZABAKH, ENSA D’AGADIR Exigences pour les espaces réfrigérés: Isolation contre la transmission de la chaleur. Barrière de vapeur contre l'humidité – scellage des joints. Portes d'accès de dimensions adéquates, MAIS hermétiques. Protection contre les sources de chaleur (peintures, revêtements ...) 2ème année Cycle Ingénieur GP 2ème année Cycle Ingénieur GP 2ème année Cycle Ingénieur GP 2ème année Cycle Ingénieur GP II. Espaces réfrigérés : 5 COURS : FROID INDUSTRIEL (2012/2013) PR. A. AZZABAKH, ENSA D’AGADIR Isolation contre la transmission de chaleur: Un bon isolant doit satisfaire certaines exigences : Résistance maximale au flux de chaleur ; Stabilité : ne doit pas se pourrir ; Ne doit pas être inflammable ; Ne doit absorber de l’humidité, vu qu’il peut perdre ses propriétés ; Doit être protégé contre les rongeurs et les insectes ; Doit être maniable (facile en manœuvre) et facile à installer ; Doit tenir un prix raisonnable ; De facile disposition. 2ème année Cycle Ingénieur GP 2ème année Cycle Ingénieur GP 2ème année Cycle Ingénieur GP 2ème année Cycle Ingénieur GP II. Espaces réfrigérés : 6 COURS : FROID INDUSTRIEL (2012/2013) PR. A. AZZABAKH, ENSA D’AGADIR Barrière de vapeur contre l’humidité: La grande partie des isolants thermiques perdent leurs caractéristiques isolantes par la présence d’humidité en son intérieur. L’eau accumulée peut se coller sur l’isolant et faire que ce dernier perdra une partie de ses propriétés (Déplacement de l’air). Si l’eau arrive à se congeler, elle peut détruire les parois de l’espace réfrigéré en se délattant. Il est habituel de sceller la paroi extérieure, laissant des joints dans la paroi intérieur pour évacuer l’humidité, qui se convertit en givre dans l’évaporateur. 2ème année Cycle Ingénieur GP 2ème année Cycle Ingénieur GP 2ème année Cycle Ingénieur GP 2ème année Cycle Ingénieur GP II. Espaces réfrigérés : 7 COURS : FROID INDUSTRIEL (2012/2013) PR. A. AZZABAKH, ENSA D’AGADIR L ’HUMIDITÉ SE CONDENSE SI LA TEMPÉRATURE SUPERFICIELLE EST INFÉRIEURE À CELLE DE LA ROSÉE DE VENT 2ème année Cycle Ingénieur GP 2ème année Cycle Ingénieur GP 2ème année Cycle Ingénieur GP 2ème année Cycle Ingénieur GP II. Espaces réfrigérés : 8 COURS : FROID INDUSTRIEL (2012/2013) PR. A. AZZABAKH, ENSA D’AGADIR Portes d’accès : Elles devraient assurer la continuité de l’isolant. Alors, parfois, leurs poids est excessives et nécessitent des systèmes solides de fixation. Autres cas, comme les vitrines expositoires, ne se doivent pas ternir (perdre leurs éclats). Le verre est un mauvais isolant, de sorte que la solution passe par plusieurs couches avec chambre d’air, nitrogène, argon ou autres gaz nobles. 2ème année Cycle Ingénieur GP 2ème année Cycle Ingénieur GP 2ème année Cycle Ingénieur GP 2ème année Cycle Ingénieur GP II. Espaces réfrigérés : 9 COURS : FROID INDUSTRIEL (2012/2013) PR. A. AZZABAKH, ENSA D’AGADIR Protection face aux sources de chaleur : Pour un sens commun pur, les machines productrices de chaleur ne doivent pas être placées à proximité des espaces réfrigérés (chaudières, etc…) ; S’il est possible, éviter l’emplacement avec l’extérieur exposé au soleil ; Si ce n’est pas possible, provoquer des ambres, peindre la surface d’une couleur blanche ou la revêtir en aluminium. 2ème année Cycle Ingénieur GP 2ème année Cycle Ingénieur GP 2ème année Cycle Ingénieur GP 2ème année Cycle Ingénieur GP III. Transmission de chaleur:  Pour la transmission de chaleur, il est nécessaire une différence de température T, transmettant la chaleur de corps de grande température à ceux de moins.  La thermodynamique étudie les processus de transfert d’énergie dans les systèmes en équilibre.  La transmission de chaleur complète les principes de la thermodynamique, de manière qu’elles puissent déterminer des aspects tels que : Vitesse de transfert de chaleur ; États intermédiaires.  Les mécanismes de transmission de chaleur : Conduction, dans l’intérieur des corps ; Convection, entre solides et fluides ; Radiation, à travers d’un fluide, ou le vide. 10 COURS : FROID INDUSTRIEL (2012/2013) PR. A. AZZABAKH, ENSA D’AGADIR 2ème année Cycle Ingénieur GP 2ème année Cycle Ingénieur GP 2ème année Cycle Ingénieur GP 2ème année Cycle Ingénieur GP III. Transmission de chaleur: Conductivité thermique λ [W/m.°C] (tables) : c’est une fonction de la température du matériau. 11 COURS : FROID INDUSTRIEL (2012/2013) PR. A. AZZABAKH, ENSA D’AGADIR Conduction : à l’intérieur des corps 2ème année Cycle Ingénieur GP 2ème année Cycle Ingénieur GP 2ème année Cycle Ingénieur GP 2ème année Cycle Ingénieur GP III. Transmission de chaleur: La résistance de conduction au paroi est donnée par : 12 COURS : FROID INDUSTRIEL (2012/2013) PR. A. AZZABAKH, ENSA D’AGADIR Cas typiques de conduction thermique λ 1. Pour une paroi de conductivité thermique λ : 2. Pour une paroi plane recouverte d’un isolant de conductivité λ' : 3. Pour 2 parois en parallèle de surfaces A1 et A2 de matériaux différents, avec le même épaisseur δ, et deux conductivités thermiques λ1 et λ2 différentes : 2ème année Cycle Ingénieur GP 2ème année Cycle Ingénieur GP III. Transmission de chaleur: Soit Rk la résistance thermique équivalente des deux parois : 13 COURS : FROID INDUSTRIEL (2012/2013) PR. A. AZZABAKH, ENSA D’AGADIR La résistance de conduction de la conduite : 4. Pour une conduite cylindrique de conductivité thermique λ : 5. Tube cylindrique entourée par une vaine de conductivité thermique λ' : 2ème année Cycle Ingénieur GP 2ème année Cycle Ingénieur GP 2ème année Cycle Ingénieur GP 2ème année Cycle Ingénieur GP III. Transmission de chaleur: Le coefficient de transmission de chaleur solide-fluide ou coefficient de convection, h [W/m².°C] varie en fonction de la géométrie du solide, son orientation, la nature du fluide et le type de convection. 14 COURS : FROID INDUSTRIEL (2012/2013) PR. A. AZZABAKH, ENSA D’AGADIR Convection : entre solides et fluides 2 MODES DE CONVECTION EXISTENT : Forcée : Le fluide est en mouvement, une pompe, un ventilateur, vent, courant d’eau, ,etc., (h élevé) Naturel : Le fluide est en repos, (h bas) 2 TYPES DE FLUIDES : Gaz : ont un faible h Liquides : posent un h élevé Evaporations et Condensations : h plus grand 2ème année Cycle Ingénieur GP 2ème année Cycle Ingénieur GP 2ème année Cycle Ingénieur GP 2ème année Cycle Ingénieur GP III. Transmission de chaleur: La transmission de chaleur pour une paroi ou une conduite entourée par un fluide : 15 COURS : FROID INDUSTRIEL (2012/2013) PR. A. AZZABAKH, ENSA D’AGADIR On peut exprimer la chaleur transmise en fonction de la résistance de convection (Rc) entre le solide et le fluide: Entre une surface et un fluide, pour augmenter la transmission de chaleur : Passer de convection naturelle à convection forcée, (augmenter le coefficient h) Si le fluide est un gaz, on place des ailettes. Batterie Type de convection h (W/m².°C) Naturelle par air 5 à 25 Naturelle par eau 20 à 100 Forcée par air 10 à 200 Forcée par eau 50 à 10000 2ème année Cycle Ingénieur GP 2ème année Cycle Ingénieur GP 2ème année Cycle Ingénieur GP 2ème année Cycle Ingénieur GP III. Transmission de chaleur: Il est difficile de calculer h, on est amené donc à utiliser des formulations empiriques. 16 COURS : FROID INDUSTRIEL (2012/2013) PR. A. AZZABAKH, ENSA D’AGADIR Corrélations de ASHRAE (convection d’air naturelle) : 1. Surfaces cylindriques de diamètre extérieur D : (si D < 0,1 m on prend D = 0,1 m) Position verticale : Position horizontale : 2. Surfaces plans : (si L ou H < 0,1 m on prend L ou H = 0,1 m) Verticale, hauteur H : Horizontale, largeur L : Chaleur vers le bas : Chaleur vers le haut : 2ème année Cycle Ingénieur GP 2ème année Cycle Ingénieur GP 2ème année Cycle Ingénieur GP 2ème année Cycle Ingénieur GP III. Transmission de chaleur: La quantité de chaleur qui quitte un corps : uploads/Ingenierie_Lourd/ cours-froid-industriel-2013-chambre-froide-partie4.pdf