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Cours: Froid industriel -Introduction- Université Ibn Zohr Ecole Nationale des

Cours: Froid industriel -Introduction- 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. Importance du froid. III. Procédés de production de froid. III.1. Refroidissement direct et indirect III.2. Les différents procédés III.2.1. Réfrigération par compression III.2.2. Réfrigération par absorption III.2.3. Réfrigération par adsorption IV. Les fluides frigorigènes IV.1. Définition IV.2. Réglementation IV.3. Classification et nomenclature IV.3.1. Corps purs halogènes IV.3.2. Les mélanges zéotropes IV.3.3. Les mélanges azéotropes IV.3.4. Les hydrocarbures IV.3.5. Les composés inorganiques IV.4. Critères de sélection IV.5. Données IV.5.1. Les HFC et les HCFC IV.5.2. Mélanges des HFC IV.5.3. Les hydrocarbures IV.5.4. Fluides inorganiques V. Conclusion 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 : La technique frigorifique est une partie constituante de la thermodynamique qui traite le comportement des corps solides, liquides et gazeux. On fait intervenir un fluide, réfrigérant, qui subit une série de transformations thermodynamiques. Chaque réfrigérant tient un comportement défini et différent. Les cycles évitent le remplacement continu du réfrigérant. 3 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 I. Introduction : Thermodynamiquement parlant, la notion de “froid’’ n’existe pas :  le “froid“ n’est généré que lorsque la chaleur est transportée d’un endroit vers un autre aillant une température plus élevée  Pour transporter de la chaleur à partir d’une source de chaleur à basse température à une autre à haute température il est nécessaire l’apport de l’énergie. 4 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 I. Introduction :  Enoncé de Clausius du second principe de la thermodynamique « La chaleur ne peut passer spontanément d'un corps froid vers un corps chaud » Le transfert de chaleur effectué, dans le sens antinaturel (d'un milieu froid vers un milieu chaud) nécessite, d'une part, d’imaginer et mettre en œuvre un système thermique particulier, et, d'autre part, de fournir, de l'énergie au système. Lorsqu’on désire l'extraction de chaleur à un corps, ou à un milieu, pour le refroidir ou le maintenir à une température inférieure à celle ambiante (produire du froid), le système thermodynamique réalisant cette opération prend le nom de machine frigorifique. L'effet utile est la chaleur extraite (ou le froid produit) à la source froide. 5 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 I. Introduction : Pour alimenter le système thermodynamique, on utilise alors:  Soit une énergie mécanique, ou équivalente; le système comporte alors au minimum une source froide et un puits chaud; il est dit, au moins, ditherme;  Soit une énergie thermique, le système comporte alors au moins une source thermique supplémentaire, la « source de chaleur motrice ». Le système en question est alors, au moins, tritherme. 6 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 I. Introduction : Compression Absorption Travail Chaleur QC QF TC TF QC QF TC TF Pas de froid, la chaleur est évacuée 7 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 I. Introduction : Pour transférer de la chaleur d’un milieu à basse température vers un autre à température plus élevée, il faut mettre en œuvre :  Un phénomène endothermique (qui absorbe de la chaleur du milieu froid), s'effectuant à la température TF de la source froide pour extraire de la chaleur au milieu extérieur froid ;  Un processus thermodynamique, pour élever le niveau thermique de cette chaleur de TF à Tc;  Un phénomène exothermique (pour rejeter la chaleur au milieu chaud), s'effectuant à la température Tc du puits chaud pour rejeter la chaleur vers le milieu extérieur chaud. 8 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 I. Introduction : Le milieu, qui dans le système frigorifique est le siège de ces phénomènes, est dénommé fluide frigorigène ou réfrigérant. Dans le système, le fluide frigorigène peut subir une transformation qui le laisse dans un état final différent de l'état initial (transformation ouverte) ou bien une série de transformations qui le ramène périodiquement dans le même état. Il a alors parcouru un cycle frigorifique. Le changement d'état liquide-vapeur est le phénomène majeur sur lequel on s 'appuie pour produire du froid. On peut le mettre en œuvre dans des systèmes soit ouverts, soit fermés. 9 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 I. Introduction : Système ouvert: Système fermé: Après utilisation de l'effet thermique recherché, le fluide actif n'est pas récupéré mais rejeté dans le milieu extérieur. Pour qu'il en soit ainsi, il faut évidemment que le frigorigène rejeté soit sans action sur l'environnement (azote, eau, etc.) et, en outre, peu coûteux. Le fluide frigorigène évolue dans un système clos qui doit être aussi parfaitement étanche vis-à-vis de l'extérieur que possible (confinement du fluide frigorigène). Ce circuit comporte nécessairement: - un évaporateur placé dans le milieu à refroidir. - un condenseur refroidi par un fluide extérieur, air ou eau. L'énergie mécanique W est fournie à ce système pour permettre l'évolution cyclique du réfrigérant. 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 I. Introduction : Dans l'évaporateur et le condenseur d'un circuit frigorifique, les phases liquide et vapeur du fluide frigorigène coexistent. La variance du système, donnée par la loi de Gibbs, donne : v = c + 2 - φ avec c, le nombre de constituants du système et φ, le nombre de phases séparées. nous avons pour ce système: c = 1 et φ = 2  v =1. Pour le fluide frigorigène, corps pur sous ces deux phases, la pression et la température sont liées . Nous ne pouvons agir à notre gré que sur l'un de ces paramètres, l'autre étant alors fixé par la relation de pression de vapeur. 11 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 I. Introduction : Exemple : Le réfrigérateur domestique comprend un évaporateur (échangeur de chaleur) dans lequel est injecté de la vapeur humide (mélange liq+vap du fluide frigorigène à basse température). La température d’ébullition (température d’évaporation) du fluide frigorigène dans l’évaporateur est d’environ -15 °C pour une température à l’intérieur du réfrigérateur de +5 °C. La chaleur prévenante de l’intérieur du réfrigérateur est absorbée par l’évaporateur nettement plus froid, ce qui entraîne l’évaporation de la partie liquide du fluide frigorigène. La partie intérieure du réfrigérateur est refroidie. 12 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 II. Importance du froid : Le froid trouve de nombreuses applications dans des domaines très variées (industries agro-alimentaires, médecine, confort thermique, pétroléochimie…) et c’est surtout dans le domaine alimentaire que le froid occupe une place prépondérante car il permet de limiter les gaspillages (pertes après récolte…) et de prolonger la durée de conservation des produits ce qui permet un élargissement des échanges.  l’importance du froid se voit dans la chaine de production, de transformation et de commercialisation : La majorité des produits alimentaires consommés passent, avant leur commercialisation, par une étape de réfrigération, voire une surgélation. 13 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 II. Importance du froid : En général, les aliments sont périssables, c’est pourquoi ils nécessitent certains conditions de traitement, de conservation et manipulation. La principale cause de détérioration est l’attaque par différents types de micro- organismes (bactéries, levures et moisissures). Ceci tient d’implications économiques évidentes, tant pour les fabricants (détérioration de matières premières et produits élaborés avant de uploads/Ingenierie_Lourd/ cours-froid-industriel-4-gp-2013-introduction-partie1.pdf