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REPUBLIQUE ALGERIENNE MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE

REPUBLIQUE ALGERIENNE MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE UNIVERSITE FACULTE DE TECHNOLOGIE Département de Génie Electrique En Réalisé par : Mr : SALEM Abderrezak Mr : BALLA Sid Ali ETUDE ET DIMENSIONNEMENT POUR UN GROUPE D’EAU ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE UNIVERSITE A.MIRA DE BEJAIA FACULTE DE TECHNOLOGIE Département de Génie Electrique Projet de fin de cycle En vue de l’obtention du diplôme Master en électrotechnique Option : ELECTROMECANIQUE THEME Encadré par Mme : ABDELLI Radia Mr : ASLOUN Nadir Promotion 2013 ETUDE ET DIMENSIONNEMENT D’UN COMPRESSEUR POUR UN GROUPE D’EAU GLACÉE POUR PROCES CEVITAL DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR Encadré par : ABDELLI Radia ASLOUN Nadir UN COMPRESSEUR PROCESS Remerciements Au terme de ce travail, nous tenons à exprimer nos remerciements les plus sincères, tout d’abord au « BON DIEU » pour la patience et la santé qu’il nous a offertes tout au long de nos études. Nous tenons à exprimer nos profondes gratitudes à notre promotrice Madame R. ABDELLI pour avoir acceptée de diriger ce travail. Nous lui témoignons toute notre reconnaissance pour ses conseils, ses orientations et sa patience. Nous offrons notre gratitude à Mr : N.ASLOUNE, pour son suivi constant de ce travail, pour sa disponibilité, son aide, et d’avoir mis toute la documentation nécessaire, à notre disposition. Mr F.TAZERART pour son aide, et ses conseils avisés, et sa disponibilité. Ainsi que tout le personnel de Bureau méthode de CEVITAL (raffinerie d’Huile), à leur tête Monsieur O. HAMAS pour nous avoir acceptés et aidés au sein de l’entreprise. Nos vifs remerciements au membre de jurys de bien vouloir accepter d’évaluer notre travail. DÉDICACES A mes très chers parents qui ont toujours été là pour moi, et qui m'ont donné un magnifique modèle de labeur et de persévérance. J'espère qu'ils trouveront dans ce travail toute ma reconnaissance et tout mon amour. Qu'il me soit permis d'adresser une dédicace spéciale à mes chèr(e)s frères et sœurs ; zahir, salim, boubekeur, et salima , malika, djamila, nadia. A mes amis qui m’ont soutenu pendant cettemagnifique expérience dont je cite : B.nabil,A.nadir,F.nabil,jijlé.hamza, Lamine,locif,omar,hakim, Farid,nadia,mouhamed,abderrezak,poyol,farhat,nadjem, wehab,badis,B.hamz à l’équipe méthode cevital et surtout à mon ange BM Ainsique tous ceux qui ont contribué de près ou de loin àla réalisation de ce travail. B.sidali DÉDICACES Je dédie ce travail A mes très chers parents qui ont toujours été là pour moi, et qui m'ont donné un magnifique modèle de labeur et de persévérance. J'espère qu'ils trouveront dans ce travail toute ma reconnaissance et tout mon amour. Qu'il me soit permis d'adresser une dédicace spéciale à mes cher(e)s frères et sœurs ; Souhila, Fahima, Hania, Abdeldjallil, Mohamed yamine, mes deux petites sœurs Manel et Wassila A toute ma famille, à une dédicace spéciale à ma grand- mère. A tous mes amis qui m’ont soutenu pendant cette magnifique expérience dont je cite ; Malek, A/Slam, Aimad, Zoubir, Toufik, Hamza. A mon camarade BALLA Sid Ali Ainsi que tous mes camarades de la section génie électrique sont oublier l’équipe ITEet a tout ceux qui ont contribué de près ou de loin à la réalisation de ce travail. SALEM Abderrezak Sommaire Introduction générale INTRODUCTION...................................................................................................................... 1 Présentation du complexe CEVITAL Historique................................................................................................................................... 3 Situation géographique............................................................................................................... 3 Activités de CEVITAL............................................................................................................... 3 Missions et objectifs................................................................................................................... 4 Direction énergie et utilités ........................................................................................................ 4 Différents organes constituant le complexe CEVITAL ............................................................. 5 Chapitre I Les machines frigorifiques I.1 Introduction........................................................................................................................... 7 I.2 Principe de froid.................................................................................................................... 7 I.3 Fluides frigorigènes .............................................................................................................. 7 I.4 Différents modes de production du froid.............................................................................. 8 I.5 Rappel thermodynamique ................................................................................................... 10 I.6 Machines frigorifiques à compression................................................................................ 11 I.6.1 Cycle de Carnot inverse ............................................................................................... 11 I.6.2 Cycle frigorifique à compression idéal ........................................................................ 12 I.6.3 La ligne haute pression................................................................................................. 13 I.6.4 La ligne basse pression................................................................................................. 14 I.6.5 Nature de la compression ............................................................................................. 15 I.7 Bilan énergétique d’une installation frigorifique à compression........................................ 16 I.8 Description sur le groupe d’eau glacée à condenseur à air................................................ 16 I.8.1 Production de l’eau glacée ........................................................................................... 17 I.8.2 Description et illustration des composants de groupe.................................................. 18 A. Le compresseur frigorifique ...................................................................................... 18 B. L’évaporateur............................................................................................................. 18 C. Le condenseur à air ................................................................................................... 19 D. Le fluide frigorigène.................................................................................................. 19 E. Le détendeur .............................................................................................................. 19 I.9 Conclusion .......................................................................................................................... 19 Chapitre II Description mécanique des compresseurs II.1 Introduction ....................................................................................................................... 20 II.2 Classification des compresseurs mécaniques .................................................................... 20 II.3 Mode de compression........................................................................................................ 21 II.3.1 Compresseurs volumétriques...................................................................................... 22 II.3.2 Compresseur centrifuge .............................................................................................. 23 II.4 Mode d’entrainement de compresseur............................................................................... 23 II.4.1 Compresseur ouvert .................................................................................................... 23 II.4.2 Compresseur hermétique ............................................................................................ 23 II.4.3 Compresseur semi-hermétique.................................................................................... 24 II.5 Plage du volume balayé..................................................................................................... 24 II.6 Garniture d’étanchéité ....................................................................................................... 25 II.7 Transmissions .................................................................................................................... 25 II.8 Compresseur alternatif à piston ......................................................................................... 26 II.8.1 Le Principe de Fonctionnement .................................................................................. 26 II.8.2 Présentation géométrique de compresseur à Piston................................................... 28 II.8.2.1 Compresseur hermétique accessible..................................................................... 28 II.8.2.2 Les différentes pièces composant le compresseur à piston.................................. 29 II.8.3 Lubrification de compresseur à piston........................................................................ 32 II.8.3.1 Système de lubrification...................................................................................... 32 II.8.4 Système de réduction de puissance............................................................................. 33 II.9 Compresseur à vis.............................................................................................................. 34 II.9.1 Compresseur mono-vis ............................................................................................... 34 II.9.2 Compresseur bi-vis ..................................................................................................... 35 II.9.2.1 Principe de fonctionnement.................................................................................. 35 II.9.2.2 Les différentes pièces composant le compresseur birotor.................................... 36 II.9.2.3 Réduction de puissance des compresseurs à vis................................................... 37 II.9.2.4 Système de lubrification....................................................................................... 39 II.10 Entrainement du compresseur ......................................................................................... 40 II.10.1 Constitution du moteur ............................................................................................. 40 1. Le Stator .................................................................................................................... 40 2. Le Rotor..................................................................................................................... 40 3. Entrefer ...................................................................................................................... 41 II.10.2 Principe de fonctionnement ...................................................................................... 41 a. Fonctionnement ......................................................................................................... 41 b. Glissement ................................................................................................................. 42 II.10.3 Caractéristiques......................................................................................................... 43 II.10.4 Démarrage du moteur ............................................................................................... 44 II.10.4.1 Démarrage direct................................................................................................ 44 II.11 Conclusion....................................................................................................................... 45 Chapitre III Etude et optimisation de compresseur III.1 Introduction ...................................................................................................................... 46 III.2 L’état de l’installation ...................................................................................................... 46 III.2.1 Les problématiques de l'installation actuelle............................................................. 46 III.3 Etude et simulation........................................................................................................... 47 III.3.1 Présentation de logiciel CoolPack ............................................................................ 47 III.3.2 Simulation et analyse des données ............................................................................ 48 III.3.3 Bilan énergétique de l’installation............................................................................. 51 III.4 Calcule des caractéristiques réelles du compresseur à piston .......................................... 52 III.4.1 Propriété géométrique de compresseur à piston de groupe ....................................... 52 III.4.2 Vérification des données ........................................................................................... 52 III.4.2.1 La Cylindrée du compresseur (C)....................................................................... 52 III.4.2.2 Débit du volume balayé ...................................................................................... 53 III.4.2.3 Le taux de compression....................................................................................... 53 III.4.2.4 Le rendement volumétrique ............................................................................... 54 III.4.2.5 Débit du volume réel aspiré par le compresseur................................................ 55 III.4.2.6 Débit massique passant par le compresseur....................................................... 55 III.5 Bilan de puissance de groupe frigorifique........................................................................ 55 II.6 Calcule du coefficient de performance de l’installation.................................................... 56 III.6.1 bilan de puissance du compresseur............................................................................ 56 1. Puissance effective absorbée par le compresseur...................................................... 57 2. Coefficient de performance réelle de compresseur à piston...................................... 58 3. Puissance fournie par le moteur électrique................................................................ 58 4. Puissance absorbée (le moteur électrique)................................................................. 58 5. Le coefficient de performance COP de l’installation ................................................ 58 6. Le rendement global de circuit frigorifique pour le compresseur à piston................ 59 III.7 Etude et sélection du compresseur à vis........................................................................... 59 III.7.1 Caractéristique du compresseur à vis ........................................................................ 59 III.7.1.1 Le rapport volume index i V ............................................................................... 59 III.7.1.2 Rendement volumétrique du compresseur à vis . ............................................... 62 III.7.1.3 Débit du volume balayé ...................................................................................... 62 III.7.1.4 Débit du volume aspiré réel ................................................................................ 63 III.7.1.5 Vitesse périphérique............................................................................................ 63 III.7.1.6 Calcul de la vitesse de rotation de la vis femelle entraînement mâle ................. 63 III .7.2 Choix de compresseur à vis...................................................................................... 64 III.7.3 Sélection de compresseur à vis.................................................................................. 64 III.7.3.1 Liste de différent constructeur ............................................................................ 65 III.7.3.2 Les résultats obtenus avec le logiciel BITZER.................................................. 66 III .7.4 Caractéristique et analyse de compresseur à vis....................................................... 66 III.7.4.1 Limite de fonctionnement................................................................................... 66 III.7.4.2 Le rendement global de circuit frigorifique pour le compresseur à vis semi- hermétique......................................................................................................................... 67 III.7.4.3 Le rendement volumétrique de compresseur à vis.............................................. 68 III.8 Analyse comparative....................................................................................................... 69 III.8.1 Calcule du gain énergétique ..................................................................................... 69 III.8.2 Récapitulation des résultats obtenus des deux compresseurs.................................... 70 III.8.3 Discussion des résultats............................................................................................. 71 III.8.3.1 Compresseur à piston.......................................................................................... 71 III.8.3.2 Compresseur à vis.............................................................................................. 71 III.9 Conclusion....................................................................................................................... 72 Conclusion générale Conclusion générale ................................................................................................................. 73 Annexes Annexes Bibliographie Références bibliographiques Liste des Figures Figures du chapitre I : Figure I.1 Machine frigorifique et cycle de Carnot inverse ...............................................11 Figure I.2 Machine frigorifique à compression idéale .......................................................13 Figure I.3 Évolution des températures dans un condenseur à contre- courant...................14 Figure I.4 Évolution des températures dans un évaporateur à contre- courant ..................15 Figure I.5 Lignes isentropiques et isenthalpiques ..............................................................16 Figure I.6 Bilan énergétique d’une machine frigorifique...................................................16 Figure I.7 Schéma de l’installation et sa relation avec le procédé à refroidir ....................17 Figure I.8 Schémas de circuit avec le fluide frigoporteur et caloporteur...........................18 Figure I.9 Evaporateur multitubulaire................................................................................19 Figure I.10 Vue de groupe .................................................................................................19 Figures du chapitre II : Figure II.1 Tableau de classification des compresseurs mécaniques volumitriques..........21 Figure II.2.a Compresseur à vis..........................................................................................22 Figure II.2.b Compresseur scroll........................................................................................22 Figure II.2.c Compresseur semi-hermétique à piston.........................................................22 Figure II.3 Plage du volume balayé pour différents types de compresseur .......................24 Figure II.4 Garniture d’étanchéité......................................................................................25 Figure II.5 La transmission ................................................................................................25 Figure II.6 Vue éclatée d’un compresseur à piston............................................................29 Figure II.7 Vilebrequin.......................................................................................................29 Figure II.8 Bielle ................................................................................................................30 Figure II.9 Segment............................................................................................................30 Figure II.10.a Model de clapets annulaires ........................................................................31 Figure II.10.b Clapet sur compresseur moyenne et grosse puissance................................31 Figure II.11 Circuit d’huile dans un uploads/Science et Technologie/ etude-et-dimensionnement-d-x27-un-compresseur-pour-un-groupe-d-x27-eau-glacee-pour-proces-cevital.pdf