Production frigorifique.

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Yvonne Labelle
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1 Production frigorifique. Partie 1 : Bases des systèmes frigorifiques à com pression mécanique. Production Frigorifique Page 1

2 Objectifs Maîtriser les unités relatives aux grandeurs thermiques Connaître le principe de fonctionnement d'une machine frigorifique et d'une centrale de traitement d'air Tracer le cycle thermodynamique sur un diagramme adapté Calculer / Dimensionner / Concevoir une installation simple. Page 2

d'une centrale de traitement d'air Tracer le cycle thermodynamique sur un

3 Bibliographie Cours de l'iffi Articles de le Revue Générale du Froid. Technologie du Froid (Rapin) Production de Chaud et de Froid (Bouteloup) CDRom Energie Plus Page 3

4 Disciplines connexes Thermodynamique des machines Machines di thermes Cycle de Carnot Rendement de Carnot Notion de variance et relation pression/température Cours de thermique Notion de bilan thermique Calculs et Technologie des échangeurs Traitement de l'air Page 4

relation pression/température Cours de thermique Notion de bilan

5 Introduction Les bases du cycle thermodynamique Production Frigorifique Page 5

6 Les unités de base en thermique Unités de base : Unités dérivées : Page 6

7 Construisons une machine frigo Air Extérieur «Chaud» Comment transférer l'énergie de l'intérieur vers l'extérieur alors que spontanément elle va dans le sens inverse (cf. second principe)? Enceinte T=4 C Il faut utiliser un fluide pour transférer l'énergie. On utilise la Chaleur latente plutôt que la Chaleur sensible débit masse faible produits Page 7

second principe)? Enceinte T=4 C Il faut utiliser un fluide pour transférer l'énergie.

8 Construisons une machine frigo Air Extérieur «Chaud» Transfert d' énergie Il faut «boucler» pour faire un cycle. fluide frigorigène liquide chaud fluide frigorigène gaz froid fluide frigorigène liquide froid bouteille de fluide frigorigène liquide Enceinte T=4 C Air «Chaud» Transfert d' énergie Air Réchauffé fluide frigorigène gaz chaud Air Refroidi produits Page 8

fluide frigorigène liquide chaud fluide frigorigène gaz froid fluide frigorigène liquide

9 Construisons une machine frigo Transfert d' énergie Air Extérieur «Chaud» fluide frigorigène liquide chaud fluide frigorigène gaz froid fluide frigorigène liquide froid bouteille de fluide frigorigène liquide Enceinte T=4 C Air «Chaud» Transfert d' énergie Air Réchauffé fluide frigorigène gaz chaud Application numérique : R134a ou R410A Air Refroidi produits Page 9

bouteille de fluide frigorigène liquide Enceinte T=4 C Air «Chaud» Transfert d' énergie Air

10 Étude du cycle frigorifique... Installation mono étagé simple Évolutions élémentaires Les différents états possibles : Liquide sous refroidi Liquide saturant Saturé (Liquide/Vapeur) Vapeur saturante Vapeur surchauffée Tracé du cycle avec Utilisation du diagramme (log(p)/h Utilisation de logiciels (Solkane ==> démo) Page 10

possibles : Liquide sous refroidi Liquide saturant Saturé (Liquide/Vapeur)

11 Le diagramme enthalpique point critique C Axe pression abs I sobare I sotherme I sochore I sotitre Courbe de saturation LI QUI DE VAPEUR LI QUI DE + VAPEUR Page 11

12 Méthode de conception Principe Process => Température et Hygrométrie souhaitée Bilan thermique => Charge calorique à extraire Choix du principe de production de froid Choix du régime de fonctionnement Tracé du cycle Calculs de dimmensionnement Sélection de matériel Application numérique : Tproduits = +4 C Page 12

de froid Choix du régime de fonctionnement Tracé du cycle Calculs de

13 Cycle d'une installation mono étagée simple SCHEMA DE PRINCIPE FLUIDIQUE Chambre Froide Local technique M fluide frigo 1 Extérieur Page 13

14 Application Numérique Tproduits = +4 C et HR = 80% DeltaT =? Tévaporation =? Tcondensation =? Surchauffe =? Sous refroidissement =?... Hypothèses =? Page 14

15 Choix du régime HR dans la chambre 100% 90% 80% 70% 60% 50% Delta T à l'évaporateur 10 Page 15

16 Tracé du cycle Page 16

17 Cycle d'une installation mono étagée simple SCHEMA DE PRINCIPE FLUIDIQUE Chambre Froide Local technique M fluide frigo 1 Extérieur Questions : Qu'est ce qu'on a où? Page 17

Local technique M fluide frigo 1 Extérieur 7

18 Cycle de référence / cycle réel Condenseur surpuissant Ne peut en aucun cas si situer en zone saturée Distributeur de liquide Même pression si mano HP au refoulement Pour information seulement! Même HP = BP Même enthalpie Point commun car le manomètre BP est à l'aspi. Suivant type de refroidissement et point de mesure Page 18

19 Les calculs de dimmensionnement Du bilan thermique aux caractéristiques des matériels Production Frigorifique Page 19

20 Le bilan thermique Evolution de la charge dans le temps Traitement de l'air avec fortes variations Traitement de l'air avec faibles variations Principe fondamental du bilan thermique Applications Exemple : climatiastion de confort Exemple et A.N. : entrepôt frigorifique Page 20

variations Principe fondamental du bilan thermique Applications

21 Le bilan thermique À noter Bilan journalier moyen : terme de stockage = 0 A.N. Chambre de fruitts et légumes, 4 à 6 C,90%. Dimensions : l*l*h = 4,4 * 8,8 * 2,43 Parois : 8 W/m² Page 21

22 Page 22

23 Evaluation des Charges (+) Page 23

24 Evaluation des Charges ( ) Page 24

25 La puissance frigorifique Suivant : Temps de fonctionnement des compresseurs (14 à 18h) Coefficient de sécurité (suivant CCTP) s f Charges 24h Coefficient de foisonnement (=1 en général) Pf= D'où : tf Page 25

26 Calculs (suite) Débit masse = qm= Pcondenseur = En tout point qvol(x) = v'(x) qm. Calculs du compresseur (cf. suite) Tau de compression τ= Volume aspiré et volume balayé (théorique) Différents rendemnets Puissances absorbées Page 26

27 Rendements compresseurs qm.haspiration qm.hrefoulement Wréel Qfl Qcompresseur ambiance Wréel Wfl Qfrottements Eélectrique Weff Wmoteur M Qmoteur Page 27 ambiance

28 Rendements des compresseurs Les habitudes diffèrent suivant les écoles : hisentropique P abs=qm hréel =qm isentropique hisentropique P abs=qm indiqué mécanique Page 28

29 Rendements des compresseurs Définition : volumétrique= Débit volume vapeur aspiré Volume Balayé Généralement on prend : indiqué=1 0,04 = volumétrique Page 29

30 Coefficient de Performance Les COP : Fluide ou thermo Frigoriste Machine Système ou exploitation Par ailleurs distinguer le COPchaud du COPfroid. Application Numérique. Page 30

31 Effet calorifique Pertes m écaniques log(p ) Isentrope a b Consommation à l'arbre Accessoires Pertes m écaniques et électriques Fluide frigorigène h ou qm h c Consommation moteur E.F.N. EFFET FRIGORIFIQUE NET d CONSOMMATION TOTALE Page 31

32 Application Numérique : Bilan Pour le compresseur Pour le détendeur Volume balayé Débit masse de fluide Pabsorbée Chute de pression Pour l'évaporateur Pour le cycle Ecart de Température Puissance échangée COPmachine Pour le condenseur Ecart de Température Puissance échangée Page 32

33 Compléments Production Frigorifique Page 33

34 Les fluides frigorigènes Nouvelles règlementations = nouveaux fluides Moins performants Moins polluants Apparition des fluides avec glissement : ex 407C T(x) dans l'évaporateur et dans le condenseur. Apparition de pressions plus élevées Certaines optimisations «re» deviennent rentables Page 34

35 Volume massique en vapeur saturée suivant la température 200 Volume massique dm3/kg R134a R404A R407C R410A R Tsat ( C) Page 35

36 Pression en fonction de Tsat Pression (bar absolus) 100 Courbes tracées de la pression atmoshpérique à la pression critique. 10 R22 R404A R407C R410A R134a Tsat ( C) Page

37 Courbe de saturation P h Pression 100 R134a R404A R407C R410A R Enthalpie Page 37

38 courbe de saturation Tsat h é rature de Saturation (K) R134a R404A R407C R410A R Temp Enthalpie (kj/kg) Page 38

39 L'optimisation d'un cycle mono étagé Variations des grandeurs caractéristiques d'un cycle en fonction du régime. Exemple : examinons le cas où BP chute (au R404A) Page 39

40 ηvol en fonction de Tévap 1 0,9 0,8 0,7 0,6 'ηvol 0,5 0,4 0,3 Vbal en fonction de Tévap pour Pf=10 kw 0, , Vbal Pabs en fonction de Tévap pour Pf=10 kw Pf Pabs Page 40 0

41 COP en fonction de Tévap COP Page 41 5

42 On cherche Côté HP : HP le plus faible possible Sous refroidissement maximal Mais condenseur pas trop cher Côté BP : BP le plus haut possible SRC faible Sécurité du compresseur Page 42

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