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REPUBLIQUE DU SENEGAL UNIVERSITE CHEIKH ANTA DIOP DE DAKAR Ecole Supérieure Pol

REPUBLIQUE DU SENEGAL UNIVERSITE CHEIKH ANTA DIOP DE DAKAR Ecole Supérieure Polytechnique Centre de THIES DEPARTEMENT GENIE MECANIQUE PROJET DE FIN D'ETUDES EN VUE DE L'OBTENTION DU DIPLOME D'INGENIEUR DE CONCEPTION EN GENIE ELECTROMECANIQUE Titre: ADAPTATION ET AMÉLIORATION DES SYSTÈMES FRIGORIFIQUES AU SÉNÉGAL: APPLICATION SUR UN CONTENEUR FRIGORIFIQUE DE 20 PIEDS Auteur: M. Mamadou Lamine BADIANE Directeur interne: M. YoussoufMANDIANG Directeur externe :M. Soulèyemane DÈME Année : 2002-2003 Mamadou Lamine Badiane Je dédie ce modeste traoaiîà ... QYElDIC}f.(JES Projet de tin d'études • :Ma défunte mère : Vous serez a6sente àjamaismais toujours présente dans noscœurs ,. • :Mon père :Queffé grâce devous avoircomme père! Papa, vous nous avez inculqué fé sens de l'honneur, de fa dignité mais surtout du com6at afin de vivre selim fa sagesse et fa piét é; • :Ma tante :Magatte fJ'flLL : Trouvez icil'expression de mavive reconnaissance; • :Ma sœurDior et monfrère Thierno : Sije vous doit 6eaucoup c'est parce que vous } .f' m avez tout donne... • :Ma sœurNcfèye Seyni :Vous avez été fé bâtisseurde cette œuvre; c'est à vousque revient tout ce mérite. Vous m'avez enseigné I'.effort; fa patience} fa persévérance} mais surtout fa joie de connaùre ; • :Mesfrères et sœurs: que ce travailvous serve cfexemple ; • fl mesneveuxet nièces ,. • fl mes amis ; • fl tous Ies mem6res du dahira 'Iayssirulflssir ,. • Spécialement à tous mes camarades depromotion pourf am6iance sereine qui nousa animé au cours de notreformation ,. Soyez tous fionorés... Ecole Supérieure PolytecImique Génie Electromécanique Mamadou Lamine Badiane SOMMAIRE Projet de fin d'études Ce présent rapport est le fruit du travail accompli dans le cadre du projet de fin d'études intitulé: AMELIORATION ET ADAPTATION DE SYSTEMES FRIGORIFIQUES au SENEGAL ~ Application sur un conteneur frigorifique de 20 pieds. L'objectif de ce travail était: • de faire d'abord une étude de cas d'amélioration de systèmes frigorifiques; • ensuite faire le diagnostic global d'un conteneur frigorifique fonctionnant sous une température positive et enfin proposer des améliorations pour le faire fonctionner à des températures négatives. Fournir du froid à un corps, à un milieu, c'est lui extraire de la chaleur ce qui se traduit par un abaissement de sa température et aussi, bien souvent, par des changements d'états: condensation, solidification, etc. Les machines frigorifiques permettent, moyennant un apport énergétique, d'extraire de la chaleur aux milieux à refroidir. Elles rejettent cette chaleur, accompagnée de l'équivalent thermique de l'énergie reçue, à température plus élevée, dans le milieu ambiant. La puissance de l'installation frigorifique résulte directement du calcul des charges thermiques. Elles ne doivent être ni sous-estimées sous peine de ne pouvoir atteindre la température de consigne prévue, ni sur-estimées car la puissance prévue serait alors trop élevée. Il est donc nécessaire de d éterminer les charges au plus juste. Pour un système à compression considéré, nous avons abaissé la température d'évaporation par laminage supplémentaire du fluide frigorigène avant son entrée dans l'évaporateur. Ensuite nous avons cherché l'influence de cette diminution de température d'évaporation sur certaines caractéristiques de la machine. Ainsi, nous avons constaté que la puissance frigorifique et le coefficient de performance diminuent fortement quand la température d'évaporation s'abaisse. Le choix adéquat d'un nouveau compresseur permet de palier au problème de baisse de puissance avec un risque d'aspiration de vapeur humid<l)risque pouvant être évité par la mise en place d'un échangeur liquide-vapeur. Contrairement à ce que l'on pourrait croire, l'augmentation de température du conteneur frigorifique n'est pas due aux conditions climatiques sévères, mais à une réalisation, par des agents non qualifiés, d'installations frigorifiques à partir d'éléments disparates. Pour que le conteneur fonctionne parfaitement il est nécessaire de choisir un compresseur et un détendeur adaptés à l' l'évaporateur. J Mots-clés :froid - conteneur frigorifique - chambre froide - matériels frigorifiques. II Ecole Supérieure Polytechnique Génie Electromécanique Mamadou Lamine Badiane REMERCIEMENTS Projet de fin d'études Après avoir rendu grâce à ALLAH (SWT) et au Prophète Mouhamet (SAW), je tiens à adresser mes sincères remerciements à : ~ Monsieur Youssouf MANDIANG, Chef du département génie électro- mécanique et mon directeur de projet; qu'il trouve ici l'expression de ma vive reconnaissance pour les conseils éclairés qu'il a bien voulu m'apporter tout au long de ce travail. ~ Monsieur Soulèymane DEME du Pôle de Développement Industriel, mon directeur externe ; Je lui témoigne ma profonde gratitude pour son ouverture remarquable et sa franche collaboration, mais surtout pour sa constante assistance malgré son emploi du temps très chargé. ~ A l'Ensemble du corps professoral de L'Ecole Supérieure Polytechnique pour la qualité de l'enseignement qu'ils dispensent. ~ A tous ceux qui ont, de prés ou de loin, contribué au bon déroulement de ce travail III Ecole Supérieure Polytechnique Génie Elcctromécanique Mamadou Lamine Badiane LISTE DES FIGURES Projet de fin d'études 1.1 Système à compression (très répandu) 8 1.2 Système à éjection (très rare) 8 1.3 Système à absorption (moyennement rencontré) 9 1.4 Schéma du circuit fondamental à compression monoétagéé 11 1.5.a schéma du circuit avec les points caractéristiques 12 1.5.b cycle frigorifique dans le diagramme enthalpique 13 1.5.c cycle frigorifique dans le diagramme entropique 13 3.1 Coupe schématique d'un échangeur multitubulaire 38 3.2 Disposition des tubes 40 3.3 Formes des ailettes 41 3.4 Ensemble de définition d'un module .42 3.5 Tubes pour échangeurs coaxiaux .43 4.1 Cycle frigorifique monoétagé r éel. 45 4.2 Cycles de machine frigorifique monoétagée fonctionnant entre une même température de condensation et, respectivement, trois températures d'évaporation .48 4.3 Cycles de machine frigorifique monoétagée fonctionnant entre une même température de d'évaporation et, respectivement, trois températures condensation 51 4.4 Echangeur liquide vapeur. 56 IV Ecole Supérieure Polytechnique Génie Electromécanique Mamadou Lamine Badiane Projet de fin d'études cop c C Cra D de E:: ELV fi H HA h les K L m N n TJt TJm n-« 0 PMH PMB qF qresp p S S' et a ." 't'p 1 Va --' LISTE DES SYBOLES ET ABRÉVIATIONS coefficient de performance frigorifique course(m) capacité thermique massique moyenner kJ/ kg.K) coefficient de minoration dû à la présence d'un rideau d'air. diamètre (m) densité d'entreposage ( kgf m3) volume de l'espace mort (m3 ) échangeur liquide-vapeur flux journalier de marchandises en tonne par jour (t/ d) hermétique hermétique accessible enthalpie massique (kJ/ kg) Industries Chimiques du Sénégal coefficient de transmission thermique (W/m2.K) chaleur latente de congélation de denrée ( kJ/ kg) débit-masse (kg/s) vitesse de rotation (tr/ min) taux de renouvellement d'air journalier rendement indiqué rendement mécanique rendement effectif compresseur ouvert point mort haut point mort bas production frigorifique massique exprimé (kJ/ kg) chaleur de respiration de la denrée (kJ/kg.d) masse volumique (kg/ m3) entropie massique (kJ/kg. OC) s', clapets d'aspiration et de refoulement temps d'ouverture des portes exprimé (min/h) volume balayé par le piston [më] v Ecole Supérieure Polytechnique Génie Electromécanique Amélioration et Adaptation des Systèmes Frigorifiques au Sénégal :Application sur un conteneur frigorifique. PFE TABLE DES MATIERES page DEDICACES 1 REMERCIEMENTS 11 LISTE DES FIGURES 111 LISTE DES SYMBOLES IV SOMMAIRE V INTRODUCTION 1 1 1 ••• 1 1 1 1 1 •••• 11 •• 1 ••• 1 •• 11.1 •••• 1 •• 1 •• 1 Chapitre 1: PRINCIPE DE PRODUCTION DU FROID ET ANALYSE DE FONCTIONNEMENT DES INSTALLATIONS FRIGORIFIQUES 2 1.1 Généralités 2 1.1.1 Coefficient de performance 2 1.1.2 Machine consommant de l'énergie mécanique. Système au moins ditherme 3 1.1.3 Machine consommant de l'énergie thermique. Système au moins trithenne .4 1.1.4 Utilisation de la vaporisation et de la condensation d'un frigorigène 6 1.1.5 Machine utilisant la vaporisation d'un frigorigène 7 o Machine frigorifique à compression 7 o Machine frigorifique à éjection 8 o Machine frigorifique à absorption 8 o Machine frigorifique à adsorption 9 1.2. Cycles frigorifiques à compression mécanique 10 1.2.1 Classification des cycles frigorifiques à compression mécanique 10 1.2.2 Cycle fondamental à compression monoétagée d'un frigorigène pur 11 1.2.3 Rendements du compresseur. 14 1.2.3.1 Fonctionnement du compresseur parfait, sans espace mort 14 1.2.3.2 Fonctionnement du compresseur réel, avec espace mort 15 1.2.3.3 Rendements 17 Chapitre 2: BILAN FRIGORIFIQUE D'UNE CHAMBRE FROIDE 19 2. 1 Généralités 19 2.2 Calcul des charges thermiques externes 20 2.2.1 Charges thermiques par transmission à travers les parois (Qtr) 20 2.2.2 Charge thermique par renouvellement d'air (Qre) 21 VI Mamadou Lamine BADIANE Ecole Supérieure Polytechnique Amélioration et Açjaptation des Systèmes Frigùrifiques au Sénégal :Application sur un conteneur frigorifique. PFE 2.2 .3 Charge thermique par ouverture des portes (Qop) 21 2.3 Calcul des charges thermiques internes 23 2.3.1 Charges thermiques internes indépendantes des denrées entreposées 23 2.3.1.1 Charge thermique due à l'éclairage (Qec) 23 2.3.1.2 Charge thermique due aux personnes (Qpe) :24 2.3.1.3 Charge thermique due aux matériel roulant (Qmr) 24 2.3.1.4 Charge thermique due à des machines diverses(Qmd) 25 2.3.2 Charges thermiques internes dépendantes des denrées entreposées 25 2.3.2.1 Charge thermique due aux denrées entrantes(Qde) 25 2.3.2.2 Charge thermique due à la respiration des denrées (Qresp) 26 2.3.2.3 Puissance frigorifique intermédiaire de l'évaporateur (QO,int) 26 2.3.'2.4 Charge thermique due aux moteurs des ventilateurs des évaporateurs (Qvent) 27 2.3.2.5 Charge thermique due aux résistances de dégivrage (Qdég) 28 2.3.2.6 Contrôle de la puissance frigorifique effective QO,e !! de l'évaporateur. 28 uploads/Ingenierie_Lourd/ pfe-gm.pdf