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1

ESPA 2005- 2006

UNIVERSITE D"ANTANANARIVO

ECOLE SUPERIEURE POLYTECHNIQUE D"ANTANANARIVO

Département Génie Mécanique Productique et Génie Electrique

Première promotion

Mémoire de fin d"étude en vue de l"obtention du diplôme de Licences es sciences techniques en Génie Industriel

BILAN THERMIQUE DES CHAMBRES FROIDES ET

RECUPERATION D"ENERGIE DE CONDENSATION

Présenté par : RAKOTONIMANGA Tojo Nirina

Membres de jury :

Président de Jury : Monsieur JOELIHARITAHAKA Rabeatoandro Chef de département en Génie mécanique et productique Directeur de mémoire : RANAIVOSON Andriambala Hariniaina

Maitre de conférence à l"E.S.P.A

Les examinateurs : Monsieur RAMELINA Lala Arimonjy

Enseignant à l"E.S.P.A

Monsieur ANDRIAMANALINA William

Enseignant à l"E.S.P.A

Date de soutenance : 17 Février 2007

Année universitaire : 2005 - 2006

2

ESPA 2005- 2006

REMERCIEMENTS

En premier lieu, je tiens à exprimer mes vifs remerciements à Dieu qui m"a donné la force, le courage

et la santé pendant ma formation, la préparation et la réalisation de ce mémoire. Aussi, j"adresse mes

gratitudes ainsi que mes remerciements à : · Monsieur RAMANATSIZEHENA Pascal, Directeur de l"Ecole Supérieure Polytechnique

d"Antananarivo qui m"a autorisé de passer trois années d"études afin d"obtenir le diplôme de

licences es sciences techniques en Génie Industriel. · Monsieur RANAIVOSON Andriambala Hariniaina qui, malgré sa préoccupation a accepté de m"encadrer pédagogiquement et de me donner des conseils pour la réalisation de ce présent mémoire. · Monsieur RANDRIANARISON Bruno, Directeur Général de l"entreprise Tiko, qui non seulement m"a judicieusement proposé le sujet mais aussi a bien voulu m"encadrer pendant mon stage à la société Tiko. · Monsieur JOELIARITAHAKA Rabeatoandro, chef du département en génie mécanique et productique qui a aussi accepté de présider cette mémoire. · Monsieur ANDRIANAHARISON Yvon, chef de département électrique. · Messieurs RANARIJAONA Jean Desiré, RAMELINA Lala Arimonjy, RANDRIAMANALINA William qui m"ont honoré en acceptant d"être parmi les membres de jury. · Tous les enseignants de l"Ecole Supérieure Polytechnique d"Antananarivo qui, dans la mesure de leur possible n"ont pas ménagé leur force pour me doter de leur connaissance et de leur savoir faire.

Je tiens également à remercier :

· Mes parents, qui m"ont épaulé et m"ont aidé financièrement pour la réalisation de ce mémoire.

· Toute l"équipe du département froid à la société Tiko Tanjombato qui m"a accueilli

chaleureusement durant mon stage, mes collègues et mes amis et tous ce qui ont collaboré pour parvenir à la fin de ce mémoire. 3

ESPA 2005- 2006

SOMMAIRE

REMERCIEMENTS...................................................................................................................................... 2

SOMMAIRE .................................................................................................................................................. 3

LISTE DES SYMBOLES UTILISES ........................................................................................................... 6

TABLE DES FIGURES .............................................................................................................................. 10

INTRODUCTION ....................................................................................................................................... 11

PRESENTATION DE L"ENTREPRISE ..................................................................................................... 12

PARTIE

I : ETUDE THEORIQUE ..................................................................................................... 15

Chapitre 1 : TRANSFERT DE CHALEUR ....................................................................................... 15

I- Généralité : ................................................................................................................................... 15

II- Les modes de transferts thermiques : .......................................................................................... 16

1- Conduction :

................................................................................................................................................................... 16

2- Convection :

................................................................................................................................................................. 167

3- Rayonnement : ......................................................................................................................... 18

4- Combinaison des modes de transfert : ..................................................................................... 18

Chapitre 2 : LA PRODUCTION DU FROID .................................................................................... 20

I- Quelques définitions : .................................................................................................................. 20

1- La chaleur : .............................................................................................................................. 20

2- L"enthalpie : ............................................................................................................................ 20

3- Le froid : .................................................................................................................................. 21

4- La température : ....................................................................................................................... 21

II- Procédé de production de froid : ................................................................................................. 21

1- Mélange réfrigérant : ............................................................................................................... 21

2- Détente d"un gaz comprimé : .................................................................................................. 22

3- Evaporation d"un liquide pur : ................................................................................................. 22

III- Présentation du circuit frigorifique élémentaire : ...................................................................... 23

1- Constitution : ........................................................................................................................... 23

2. Schéma simplifié d"un circuit fluidique : ............................................................................ 23

3- Rôles des composants fluidiques :........................................................................................... 23

4

ESPA 2005- 2006

4- Présentation du cycle frigorifique en diagramme : ................................................................. 26

5- Cycle pratique : ....................................................................................................................... 27

PARTIE

II : BILAN THERMIQUE DES CHAMBRES FROIDES ET RECUPERATION

D"ENERGIE DE CONDENSATION ................................................................................................... 29

Chapitre 1 : GENERALITE ............................................................................................................... 29

1- Généralité : .............................................................................................................................. 29

2- Schéma simplifié représentant les chambres froides : ............................................................. 31

Chapitre 2 : BILAN THERMIQUE DES CHAMBRES FROIDES .................................................. 35

I- Bilan thermique de la chambre n°1 : ............................................................................................ 35

1- Charges externes : ................................................................................................................... 35

2- Charges thermiques internes : ................................................................................................. 39

3- Puissance frigorifique intermédiaire de l"évaporateur : .......................................................... 42

4- Contrôle de la puissance frigorifique effective de l"évaporateur : .......................................... 43

II- Bilan thermique de la chambre froide °2 : .................................................................................. 43

1- Charges externes : ................................................................................................................... 43

2- Charges thermiques internes : ................................................................................................. 46

3- Puissance frigorifique intermédiaire de l"évaporateur : .......................................................... 48

4- Contrôle de la puissance frigorifique effective de l"évaporateur : .......................................... 49

III- Bilan thermique de la chambre froide n°3 : .............................................................................. 50

1- Charges externes : ................................................................................................................... 50

2- Charges thermiques internes : ................................................................................................. 53

3- Charges thermiques internes dépendantes des denrées entreposées : ..................................... 54

4- Puissance frigorifique intermédiaire de l"évaporateur : .......................................................... 55

5- Contrôle de la puissance frigorifique effective de l"évaporateur : .......................................... 55

IV- Bilan thermique de la chambre n°4 : ......................................................................................... 55

1- Charges externes : ................................................................................................................... 55

2- Charges thermiques internes : ................................................................................................. 58

3- Charges thermiques internes dépendantes des denrées entreposées : ..................................... 60

4- Puissance frigorifique intermédiaire de l"évaporateur : .......................................................... 63

5- Contrôle de la puissance frigorifique effective de l"évaporateur : .......................................... 63

V- Bilan thermique de la chambre froide n°5 :................................................................................ 63

1- Charges externes : ................................................................................................................... 63

2- Charges thermiques internes : ................................................................................................. 67

3- Charges thermiques internes dépendantes des denrées entreposées : ..................................... 68

5

ESPA 2005- 2006

4- Puissance frigorifique intermédiaire de l"évaporateur : .......................................................... 69

5- Contrôle de la puissance frigorifique effective de l"évaporateur :

......................................................... 69

Chapitre 3 : VERIFICATION DU CHOIX DU COMPRESSEUR................................................... 71

1- Caractéristique du diagramme enthalpique : ........................................................................... 71

2- Résultat après compression en deux étages : ........................................................................... 72

3- Diagramme enthalpique : ........................................................................................................ 72

4- Calcul des caractéristiques du compresseur : .......................................................................... 73

Chapitre 4 : RECUPERATION D"ENERGIE DE CONDENSATION ............................................ 76

I- Généralité : ................................................................................................................................... 76

1- Introduction : ........................................................................................................................... 76

2- Caractéristique du radiateur : .................................................................................................. 76

II- Calcul des paramètres de chauffage : ......................................................................................... 78

1- Plan du chauffage : .................................................................................................................. 78

2- Calcul de la puissance utile pour une salle : ............................................................................ 78

3- Calcul de la puissance de la pompe : ....................................................................................... 79

4- Calcul de la tuyauterie : ........................................................................................................... 81

5- Calcul du diamètre de l"isolant :.............................................................................................. 83

III- Etudes et impacts environnementaux : ...................................................................................... 87

1- Impacts négatifs des fluides frigorigènes : .............................................................................. 87

2- Avantages de l"utilisation de l"ammoniac : ............................................................................. 88

3- Mesures d"atténuation des impacts négatifs : .......................................................................... 88

CONCLUSION............................................................................................................................................ 89

BIBLIOGRAPHIE ....................................................................................................................................... 90

6

ESPA 2005- 2006

LISTE DES SYMBOLES UTILISES

T : température

V : volume

dU : variation de l"énergie interne

Q : puissance

W : travail

dS : variation de l"entropie m : masse e :épaisseur l : conductivité thermique K : coefficient de transmission à travers une paroi c : chaleur massique d"un corps

L : chaleur latente

P : pression

1/h i : résistance thermique superficielle interne 1/h e : résistance thermique superficielle externe

S : surface d"une paroi

Q tr : charge à travers les parois Dt : différence de température entre deux parois Q re : charges dues aux renouvellement d"air m ae : débit masse extérieure Dh : différence d"enthalpie entre l"air extérieure et l"air intérieure V ae : débit volume d"air extérieure r aa : masse volumique de l"air ambiant 7

ESPA 2005- 2006

Vcf : volume de la chambre froide

n : taux de renouvellement d"air journalier h ae : enthalpie de l"air extérieure h aa : enthalpie de l"air ambiant

H : humidité

Q op : charge due par ouverture des portes Dt p : différence de température de l"air entre les deux cotés de la porte l p :largeur de la porte h p : hauteur de la porte r ae : masse volumique de l"air extérieure C ra : coefficient de minoration

C : contenance de la chambre

A : surface de la chambre froide

d e : densité d"entreposage des denrées h

0 : coefficient d"occupation du sol

f j : flux journalier t t : temps moyen pendant lequel la porte d"une chambre froide reste ouverte d t : durée moyenne d"ouverture des portes Q ec : charge due à l"éclairagea

P : puissance d"un luminaire

Q pe : charge due aux personnes q r : quantité de chaleur dégagée par personne dans une chambre froide C

1 : capacité thermique massique avant congélation

C

2 : capacité thermique massique après congélation

Q de : chaleur due aux denrées entrantes Q resp : charge due à la respiration des denrées 8

ESPA 2005- 2006

qresp : chaleur de respiration da la marchandise considérée Q vent : charge due au moteurs des ventilateurs des évaporateurs t evap : durée de fonctionnement des ventilateurs t inst : durée de marche de l"installation frigorifique Q int : charge thermique interne Q

0 int : puissance frigorifique intermédiaire de l"évaporateur

Q

0 eff : puissance effective de l"évaporateur

Q md : charge thermique due aux machines diverses Q deg : charge thermique due aux résistances de dégivrage t deg : durée journalière de dégivrage P

K : pression de condensation

P

0 : pression de vaporisation

t asp : température d"aspiration t vap : température de vaporisation t cond : température de condensation

HP : haute pression

BP : basse pression

S/R : sous refroidissement

h : enthalpie Q amb : production frigorifique brute par kilogramme du fluide Q km : quantité de chaleur à évacuer ou condenseur par kilogramme e b : coefficient de performance frigorifique brute h v : rendement volumétrique h m : rendement mécanique q m,th : débit massique du fluide P th : puissance théorique absorbée 9

ESPA 2005- 2006

Vb : volume balayé

G : coefficient d"isolant

P" : énergie à transférer

q eau : débit d"eau P fl : puissance transmise à l"eau par la pompe H m : énergie volumique ou perte de charge du réseau hydraulique R v : rendement mécanique du ventilateur R t : rendement de la transmission P mec : puissance mécanique

Dp : perte de charge linéaire

L : coefficient de perte de charge

10

ESPA 2005- 2006

TABLE DES FIGURES

Figure 1 : Schéma fluidique simplifié. ................................................................................ 23

Figure 2 : Un exemple de compresseur semi-hermetique. .................................................. 24

Figure 3 : Condenseur évaporatif. ....................................................................................... 24

Figure 4 : Détendeur. ........................................................................................................... 25

Figure 5 : Evaporateur. ........................................................................................................ 25

Figure 6 : Diagramme de Mollier. ...................................................................................... 26

Figure 7 : Cycle pratique. .................................................................................................... 27

Figure 8 : Diagramme enthalpique. ..................................................................................... 72

Figure 9 : Radiateur. ............................................................................................................ 77

Figure 10 : Plan de chauffage. ............................................................................................. 78

Figure 11 : Pompe à eau. ..................................................................................................... 79

11

ESPA 2005- 2006

INTRODUCTION

Le froid trouve de nombreuses applications dans des domaines très variés (industries agro-alimentaires, médecine...) et c"est dans le domaine alimentaire qu"il occupe une place prépondérante car il permet de limiter les gaspillages (pertes après récolte...) et de prolonger la durée de conservation. Le froid industriel regroupe tous les systèmes permettant d"obtenir et de maintenir

une température dans un local. Ces systèmes sont améliorés de jour en jour afin d"avoir les

bonnes conditions de conservation pour un meilleur rendement. La récupération de chaleur au niveau du condenseur fait partie de ces améliorations. Non seulement elle économise l"eau, mais favorise aussi le refroidissement du condenseur.quotesdbs_dbs27.pdfusesText_33