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  • Technique du froid &

    composants frigorifiques

    Technique du froid Technique du froid &&

    composants frigorifiquescomposants frigorifiques

    Mohammed YOUBI-IDRISSI

    Charg de Recherche, Cemagref

    Mohammed YOUBI-IDRISSI

    Charg de Recherche, Cemagref

    LICENCE PROFESSIONNELLE MANAGEMENT DE LA CHANE DU FROID - TRANSPORT ET LOGISTIQUE

    1er Cours, 2006

  • 2

    Un peu dhistoire,

    2

    1862 Dveloppement dune machine de production de glace par Ferdinand Carr (1824-1894)

    1874 Dveloppement dune machine frigorifique compression de vapeur pour conserver la viande et le transporter par Charles Tellier (1828-1913)

    Le froid slance la conqute des industries agro-alimentaires : conservation des produits dorigine animale et vgtale

    Le froid est prsent dans les industries mtallurgiques, mcaniques, chimiques, spatiales,

    Le froid est un facteur de confort industriel ou individuel (climatisation, froid domestique)

    Le froid est prsent le domaine mdical : fabrication des mdicaments, conservation du plasma sanguin, oprations microchirurgicales,

  • 3

    Rappels et rflexions,

    3

    Un travail mcanique peut tre intgralement transform en chaleur (1er principe)Un travail mcanique peut tre intgralement transform en chaleur (1er principe)

    Une chaleur ne peut pas tre intgralement transforme en travail mcanique (2e principe)Une chaleur ne peut pas tre intgralement transforme en travail mcanique (2e principe)

    La chaleur est une forme dgrade de lnergie La chaleur est une forme dgrade de lnergie

    Le 1er principe tablit une conservation dnergie Le 1er principe tablit une conservation dnergie

    Le 2e principe prcise le sens dvolution dune transformationirrversible Le 2e principe prcise le sens dvolution dune transformationirrversible

    nonc de Clausius le passage de la chaleur dun corps froid un corps chaud na jamais lieu spontanment ou sans compensation nonc de Clausius le passage de la chaleur dun corps froid un corps chaud na jamais lieu spontanment ou sans compensation

    nonc de Kelvin un systme qui parcourt un cycle mono-thermique, en contact avec une seule source de chaleur est incapable de fournir de travail

    nonc de Kelvin un systme qui parcourt un cycle mono-thermique, en contact avec une seule source de chaleur est incapable de fournir de travail

  • 4

    Machine frigorifique, PAC

    4

    Pompe dechaleur

    Energie

    Tsc

    Tsf Tamb=Tsf

    Tsc Tamb=

    Energie

    Machinefrigorifique

    Dplacer une quantit de chaleur d'un niveau bas vers un niveau plus lev de tempraturecDplacer une quantit de chaleur d'un niveau bas vers un niveau plus lev de tempraturec

  • 5

    Constitution dune installation frigorifique

    5

    Composants annexes :le sparateur dhuile (5), le rservoir de liquide (6),

    le dshydrateur (7), le voyant liquide (8),

    la bouteille daspiration (9), le filtre daspiration (10)

    Composants principaux :le compresseur (1)

    le condenseur (2)

    le dtendeur (3)

    lvaporateur (4)

  • 6

    Diagramme de Mollier

    6

    Pression (bars)

    Enthalpie (kJ/kg)

    liquide vapeurliquide + vapeur

    point critique

    courbe de saturation liquidecourbe de bulle

    courbe de saturation vapeurcourbe de rose

    La pression est prsente sur une chelle logarithmique

    Chaleur latente

  • 7

    Diagramme de Mollier

    7

    TerminologieTerminologieLa distinction entre gaz et vapeur est floue. On parlera de :

    gaz sil est improbable quil change de phase (lair ambiant par

    exemple);

    vapeur si la probabilit doccurrence dun changement de phase est relle.

    Vapeur sature : vapeur en quilibre avec du liquide.

    Liquide satur : en quilibre avec sa vapeur.

    Pression de saturation : pression laquelle il y a quilibre entre phases pourune temprature donne.

    Vapeur surchauffe : vapeur qui nest pas en quilibre avec du liquide et ne peut donc contenir aucune trace de celui-ci.

    Liquide sous-refroidi : liquide qui n est pas en quilibre avec de la vapeur etne peut donc contenir aucune trace de celle-ci.

  • 8

    Diagramme de Mollier

    8

    TcT1c T2< 8

    Ligne daspiration

    3 2 2> 3

    Ligne de refoulement

    W&

    1

    2m&

    m&

    appQ&

    Compresseur

    5 45 4

    Ligne liquide

    Avec pertes thermiques et sans pertes de pressionAvec pertes thermiques et sans pertes de pression

  • 25

    Cycle rel

    8 1

    22is4

    5

    6=7

    3

    25

  • 26

    Cycle rel

    26

    2

    3P

    T

    Refroidissement

    Per te s de p r es si on

    Pertes de pression en quivalent de temprature

    Avec pertes thermiques et pertes de pressionAvec pertes thermiques et pertes de pression

  • 27

    Cycle rel

    27

    Avec pertes thermiques et pertes de pressionAvec pertes thermiques et pertes de pression

    1

    2345

    6=78

  • 28

    Les frigorignes

    28

    Fluides naturels

    NH3, HC, CO2

    CFC : ChloroFluoroCarbures

    Molcules trs stables, destructrices dozone (ODP lev), premier frigorigne synthtique

    HCFC : HydroChloroFluoroCarbures

    Molcules moins stables que CFC, destructrices dozone (ODP faible), fluides de transition

    HFC : Hydrofluorocarbures

    ODP = 0, fluides de substitution

    CFC/HCFC/HFC participent CFC/HCFC/HFC participent lleffet de serreeffet de serre

    Soumis Soumis des contraintes rdes contraintes rglementairesglementaires

    Types de frigorigTypes de frigorignes nes

  • 29

    Les frigorignes

    29

    1930 : CFC

    R-12, ...

    1860 : Fluides naturelsCO2 ; SO2 ; NH3Chloromthane

    1980 : HFCR-134a, ...

    Puis : HCFCR-22

  • 30

    Les frigorignes

    30

    Atomes : C, H, F, (Cl), Br,...

    C H F Cl

    NomenclatureNomenclature

    FF

    F F

    H H

  • 31

    Les frigorignes

    31

    NomenclatureNomenclature

    C ; H ; F ;Cl

    R X Y Z

    Nombre de F

    Nombre de H+1Nombre de C-1

    Refrigerant

    R-134a

    C = 2 H = 2 F = 4

    R- 12

    C = 1 H = 0 F = 2

    0

  • 32

    Les frigorignes

    32

    Reconnatre un CFCReconnatre un CFC

    R - X Y Z

    C H FCFC : C, F, Cl ; H = 0

    Y=1

    Cl

    Z 3

    Cl

    Z 5

    Cl

    Z 7

    Exemple : R11, R12,R13,R14, R113, R114, R115, R116

  • 33

    Les frigorignes

    33

    Reconnatre un HCFCReconnatre un HCFC

    Exemple : R123, R124, R22, R141a, R142b

    R - X Y Z

    C H F

    HCFC : C, H, F, Cl ; H 1

    Y 2 et Cl 1

    Cl

    Y+Z 3

    Cl

    Y+Z 5 Y+Z 7

    H H ClH

  • 34

    Les frigorignes

    34

    Reconnatre un HFCReconnatre un HFC

    Exemple : R32, R23

    Quand X=0 (famille de mthane) Y+Z = 5

    Quand X=1 (drivs de lthane) Y+Z = 7

    Exemple : R134a, R125, R152a, R143a

    Mlanges zotropes (Srie 400)Mlanges zotropes (Srie 400)

    Un frigorigne zotrope (ou non-azotropique) est un mlange dont les compositions en phase liquide et en phase vapeur diffrent lorsque les deux phases coexistent.

    Ces mlangent se voient attribuer un numro commenant par 4 et fur et mesure de leur dcouverte

    Exemple : R404A, R407C, R410A

  • 35

    Les frigorignes

    35

    Mlanges azotropes (Srie 500)Mlanges azotropes (Srie 500)

    Un frigorigne azotrope se comporte comme un fluide pur.

    Exemple : R502, R507, R410A

    Hydrocarbures (Srie 600)Hydrocarbures (Srie 600)

    Exemple : R600, R600a

  • 36

    Les frigorignes

    36

    Les composs inorganiques (Srie 700)Les composs inorganiques (Srie 700)La rgle consiste rajouter la masse molaire du fluide a prs le chiffre 7

    NHNH33 : M = 14 + 3: M = 14 + 3

    HH22O : M = 2 + 16O : M = 2 + 16

    COCO22 : M = 12+ 32: M = 12+ 32

    RR--717717

    RR--718718

    RR--744744

    NH3 (60%)+NH3 (60%)+DimDimthylthyltherther (40%) : M = 12+ 32(40%) : M = 12+ 32 R723R723

  • 37

    Les frigorignes

    37

    Critres de scurit et denvironnementCritres de scurit et denvironnementtoxicit ;inflammabilit ;effet sur la couche dozone;effet de serre.

    Critres technologiques, oprationnels et conomiquesCritres technologiques, oprationnels et conomiquesmasse volumique du liquide leve = compacitpression de fonctionnement : Pk modre et Pk > Patmproprits arauliques et thermiques : viscosit faible et conductivitthermique leve ;compatibilit (huile ; matriaux ; stabilit chimique et thermique) ;cot et disponibilit.

    Critres thermodynamiquesCritres thermodynamiques

    efficacit :12

    68

    hh

    hh

    et chaleur latente, levs (cycle thorique)