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Date de publication : 10 avril 2014 Mots-clés ODP | GWP | Confinement | Distrib

Date de publication : 10 avril 2014 Mots-clés ODP | GWP | Confinement | Distribution et accumulation du froid Keywords ODP | GWP | containment | distribution and accumulation of cold Pour toute question : Service Relation clientèle Techniques de l’Ingénieur Immeuble Pleyad 1 39, boulevard Ornano 93288 Saint-Denis Cedex Par mail : infos.clients@teching.com Par téléphone : 00 33 (0)1 53 35 20 20 Réf. : BE9733 V1 Théorie des machines frigorifiques - Machine à compression mécanique. Fluides Cet article est issu de : Énergies | Froid industriel par Maxime DUMINIL, Jean-Pierre DOMBLIDES Résumé Cet article est consacré aux fluides utilisés dans les machines à compression mécanique. La désignation alphanumérique des frigorigènes permet d'identifier les différentes familles de fluides. Le choix d'un frigorigène dépend des critères thermodynamiques, de la sécurité et de critères techniques et économiques. Une synthèse de toutes ces contraintes est proposée pour les fluides actuellement utilisés dans leurs domaines d'application. La distribution, l'accumulation et le stockage du froid sont traités en fin d'article. Abstract Document téléchargé le : 12/02/2021 Pour le compte : 7200083552 - universite de liege // alexandre FLAS // 193.190.208.37 © Techniques de l'Ingénieur | tous droits réservés Copyright © – Techniques de l’Ingénieur – Tous droits réservés BE 9 733 – 1 Théorie des machines frigorifiques Machine à compression mécanique. Fluides par Maxime DUMINIL Ancien professeur de l’Institut français du froid industriel et du génie climatique, au CNAM Ancien professeur à l’École centrale de Paris Expert honoraire près la Cour d’Appel de Paris et Jean-Pierre DOMBLIDES Maître de conférences au Conservatoire National des Arts et Métiers et à l’IFFI institut français du froid industriel et du génie climatique Président de la commission formation de l’association française du froid (AFF) our absorber la chaleur d’un milieu à refroidir (machines frigorifiques) ou chauffer un milieu avec de la chaleur gratuite dont on a élevé la tempéra- ture (pompes à chaleur), les divers systèmes thermodynamiques mettent en œuvre des frigorigènes, substances qui subissent des variations de température et de pression ou des transitions de phases au cours des transfor- mations thermodynamiques (ou thermochimiques dans certains cas) des systèmes qui les exploitent. Ces frigorigènes sont : – soit des solides qui subissent, selon leur type, des variations mécaniques, électroniques ou magnétiques s’accompagnant de phénomènes thermiques. Indéplaçables aisément dans les systèmes, les chaleurs qu’ils absorbent ou 1. Familles de produits............................................................................. BE 9 733 - 2 1.1 Composés inorganiques purs.................................................................. — 2 1.2 Composés organiques.............................................................................. — 2 1.3 Mélanges ................................................................................................... — 8 2. Choix d’un frigorigène......................................................................... — 12 2.1 Critères thermodynamiques .................................................................... — 12 2.2 Critères de sécurité................................................................................... — 15 2.3 Action sur l’environnement ..................................................................... — 16 2.4 Critères techniques................................................................................... — 17 2.5 Critères économiques............................................................................... — 19 2.6 Frigorigènes actuellement utilisés .......................................................... — 19 3. Confinement des frigorigènes........................................................... — 20 3.1 Dangers divers du relâchement des frigorigènes dans l’air ................. — 21 3.2 De quoi dépend la pérennité du confinement ?..................................... — 21 3.3 Causes du relâchement des frigorigènes ............................................... — 21 3.4 Quel niveau de confinement ? Comment le contrôler........................... — 21 4. Gestion du froid produit – Distribution – Accumulation ........... — 22 4.1 Comment distribuer le froid ?.................................................................. — 22 4.2 Fluides frigoporteurs ................................................................................ — 24 4.3 Comparaison des refroidissements direct et indirect............................ — 26 4.4 Accumulation du froid.............................................................................. — 26 Pour en savoir plus ......................................................................................... Doc. BE 9 733 P Parution : avril 2014 - Ce document a ete delivre pour le compte de 7200083552 - universite de liege // alexandre FLAS // 193.190.208.37 Ce document a ete delivre pour le compte de 7200083552 - universite de liege // alexandre FLAS // 193.190.208.37 Ce document a ete delivre pour le compte de 7200083552 - universite de liege // alexandre FLAS // 193.190.208.37 tiwekacontentpdf_be9733 v1 BE 9 733 − 2 Copyright © – Techniques de l’Ingénieur – Tous droits réservés THÉORIE DES MACHINES FRIGORIFIQUES ________________________________________________________________________________________________ qu’ils dégagent nécessitent l’usage de fluides calo ou frigoporteurs. Les sys- tèmes qui les mettent en œuvre sont encore très peu répandus ; – soit des fluides, c’est le cas le plus fréquent et les systèmes qui les exploi- tent sont largement répandus. Ces frigorigènes sont facilement déplaçables dans les systèmes, ce qui est un grand avantage. Ils peuvent subir des trans- formations thermodynamiques, parfois importantes, sans changer d’état physique. Il en est ainsi, par exemple, des frigorigènes (ou « cryogènes ») – uti- lisés dans les cycles frigorifiques ou cryogéniques pour la production des très basses températures – qui restent gazeux en permanence. Les systèmes à compression qui nous occupent ici utilisent tous des frigorigènes qui changent d’état physique au cours des cycles, bénéficiant ainsi des importantes enthal- pies de transformation liquide ↔ vapeur. 1. Familles de produits Puisque l’on désire, avec ces fluides, produire du froid à des tempé- ratures généralement basses par vaporisation du liquide, les points triples de ces fluides doivent être à des températures plus basses encore. Leurs pressions de vapeurs doivent donc être assez élevées ou, si l’on préfère, leurs températures d’ébullition doivent être bas- ses, ce qui implique le choix de molécules simples. On peut ainsi utiliser : – des éléments simples ; – des composés purs (inorganiques ou organiques) ; – des mélanges azéotropes, dont le comportement est compa- rable à celui des corps purs, ou zéotropes, dont le comportement est plus complexe. Les éléments les plus simples (hydrogène, hélium, azote, oxygène, etc.) permettent d’atteindre les basses températures utili- sées dans les techniques cryogéniques. Ces cryogènes ne sont généralement pas mis en œuvre dans les cycles à compression tels qu’on vient de les décrire. 1.1 Composés inorganiques purs Chez les frigorigènes, les composés inorganiques purs sont peu représentés, trois d’entre eux se détachent : – l’eau (H2O) ou R-718 ne permet évidemment pas d’atteindre directement des températures inférieures à 0 oC. On l’emploie pour la production de froid par absorption dans le domaine de la climatisation et pour les pompes à chaleur très hautes tempéra- tures (θC = 150 oC et plus) ; – l’ammoniac (NH3) ou R-717 est un frigorigène d’importance majeure. Utilisé dès le XIXe siècle et les débuts de l’industrie du froid, il s’impose toujours pour les machines à compression de fortes puissances. Il est, par contre, peu adapté aux machines de petites puissances. On l’utilise également dans les systèmes à absorption. Malheureusement, les règlements de sécurité sont très contraignants vis-à-vis de ce fluide ; – le dioxyde de carbone (CO2) ou R-744. Il a d’abord, dans le passé, joué lui aussi un rôle important dans la production du froid mais ses inconvénients (point critique bas, hautes pressions, point triple insuffisamment bas) et la concurrence des CFC l’ont, très longtemps, mis en sommeil. Les problèmes environnementaux l’ont fait, il y a peu, ressurgir dans le monde du froid où son emploi se développe dans divers domaines. 1.2 Composés organiques Les composés organiques, tout au moins ceux aux molécules les plus simples, constituent les ensembles de frigorigènes pour les systèmes à compression les plus riches et les plus diversifiés. Les familles de ces composés sont assez nombreuses. Au fil du temps, selon les évolutions techniques, économiques, sécuritaires et surtout environnementales, certaines de ces familles, présentées ci-après, se sont développées, d’autres sont apparues tandis que d’autres ont régressées voire ont disparues. ■Hydrocarbures (HC) – Hydrocarbures à chaîne droite. – Isomères des hydrocarbures à chaîne droite – Hydrocarbures à chaîne ramifiée. – Hydrocarbures cycliques. Frigorigènes naturels ou frigorigènes anthropiques On rencontre les deux types de fluides dans la grande variété de nos frigorigènes. Sont « naturels » les fluides dont les molé- cules se rencontrent dans notre monde, qu’ils soient là de tout temps, comme l’eau, ou qu’ils résultent des émanations de la planète, des transformations biochimiques fossiles ou de l’acti- vité des êtres vivants. On y trouve donc l’eau, les hydrocarbures de toutes natures, l’ammoniac, le dioxyde de carbone, etc. Sont « anthropiques » les fluides dont les molécules sont élaborées par l’homme, qu’elles le soient totalement, par synthèse, ou qu’elles le soient par modification de molécules naturelles en vue d’y introduire, pour des raisons techniques, des atomes qui en font des ensembles parfaitement étrangers à la production naturelle. On vise ainsi à rendre les frigo- rigènes moins dangereux (toxicité, inflammabilité...), à les rendre moins actifs chimiquement ou à améliorer leurs pro- priétés physiques ou thermodynamiques. Ces variantes alimentent de nombreuses polémiques entre les partisans de l’emploi ou du rejet des uns et des autres types de fluides. D’autres composés inorganiques, comme le dioxyde de soufre (SO2), ont aussi joué, dans le passé, un grand rôle dans la technique frigorifique ; ils ne sont plus utilisés aujourd’hui en raison de leurs inconvénients et il est douteux qu’on fasse de nouveau appel à eux. Parution : avril 2014 - Ce document a ete delivre pour le compte de 7200083552 - universite de liege // alexandre FLAS // 193.190.208.37 Ce document a ete delivre pour le compte de 7200083552 - universite de liege // alexandre FLAS // 193.190.208.37 Ce document a ete delivre pour le compte de 7200083552 - universite de liege // alexandre uploads/Litterature/ theorie-des-machines-frigorifiques-ti.pdf