[PDF] Production de froid - Dunod

Machine frigorifique : corrigé

Machine frigorifique : corrigé 1 Priseenmainsdudiagrammeenthalpie-log(pression) 100 150 200 250 300 550 500 450 400 350 50,0 40,0 30,0 20,0 15,0 10,0 8,00 6,00 5,00

LA MACHINE FRIGORIFIQUE - Free

- puissance frigorifique : 4 kW -1 OOC - LO compression e S/ conside:rée - On ne tiendro pas comple des pertes de cha,'ge intervenont des - On s l/ppose /efflt/idefrtgortgène sort de de vopet/r sèche_ 2 1 Faire unschéma de princilr la machine frigorifique, positionnerles principaux appareils la constituant 2 2

TD N°4 Thermodynamique Filière SMA S1 Corrigé Exercice

Corrigé I-Machines thermiques Exercice: 1 Moteur thermique & Machine frigorifique 1) Représentation 2) Relation entre volumes: BC, transformation isentropique donc adiabatique: −1 = −1 = ( ) 1 −1 1 2 1 −1 DA, transformation isentropique donc adiabatique:

cours nouveau 17 - COURS INDUSTRIELS

6 1 schema type d’une installation frigorifique 6 2 regulation par action directe 6 3 regulation par tirage au vide automatique 7 calcul des machines a compression de vapeur 7 1 regime de fonctionnement 7 2 le cycle frigorifique 7 2 1 le cycle frigorifique de référence 7 2 2 le cycle théorique

Production de froid - Dunod

4 • Machine frigorifique mono-étagée, à compression mécanique de vapeur 89 4 1 Description du cycle sous-critique de référence : machine mono-étagée parfaite 89 4 2 Machine réelle sous-critique à compression de vapeur 98 4 3 Cycle à compression sous-critique isotherme avec échangeur liquide-vapeur 107 4 4 Cycles transcritiques 110

BENZERDJEB ABDELOUAHAB 2017 - USTO-MB

V-5-2-1 Cycle d’une machine frigorifique avec compression mono-étagée 104 V-5-2-1-1 Cycle de base 104 V-5-2-1-2 Cycle avec sous refroidissement 105 V-5-2-2 Cycle d’une machine frigorifique avec compression bi-étagée 106 V-5-2-2-1 Cycle d’une machine frigorifique avec compression

Principe de la réfrigération par absorption

machine frigorifique traditionnelle, la puissance fournie est électrique Le COP d’une telle machine peut atteindre la valeur de 3 voire plus Dans le cas d’une machine frigorifique à absorption, le COP thermique tourne autour de 0,7 ; celui d’une machine à adsorption varie entre 0,5 et 0,6

cours n° 7 : Les machines thermiques dithermes

1 cycle universitaire BTS C Haouy, professeur de Physique Appliquée Cours de Thermodynamique n° 7 : Les machines thermiques dithermes Mise à jour du 28/01/08 1 chaude

PRATIQUE DE LA MAINTENANCE PRÉVENTIVE - Dunod

2 2 Historique machine 41 2 3 Sélectivité 41 2 4 Élaboration d’un plan de maintenance préventive 48 2 5 Plan de maintenance préventive 53 2 6 Documents opérationnels 54 2 7 Planification des travaux de maintenance préventive 62 2 8 GMAO et planification de maintenance préventive 69 2 9 Suivis de l’application 70 2 10 Préparation

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PRODUCTION

DE FROID9782100737611-Meunier-lims.indd 128/09/15 12:03

9782100737611-Meunier-lims.indd 228/09/15 12:03

Francis Meunier

Paul Rivet

Marie-France Terrier

P

RODUCTION

DE FROID

F roid industriel, commercial, domestique et conditionnement d'air

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© Dunod, 2015

5 rue Laromiguière 75005 Paris

www.dunod.com ISBN 978-2-10-073761-1Photographie de couverture : © Calek - Fotolia.com

© Dunod, Paris, 2005, 2007, 2010

ISBN 978-2-10-054017-4

© Dunod, Paris, 2005, 2007, 2010

ISBN 978-2-10-054017-4

9782100737611-Meunier-lims.indd 428/09/15 12:03

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Avant-proposXI

Notations et abréviations XII

A

Production du froid

1 •Thermodynamique et transferts thermiques 3

1.1 Rappels de thermodynamique3

1.2 Cycles de production du froid à deux ou trois températures

6

1.3 Échanges thermiques18

2 •Cycles thermodynamiques de production du froid 35

2.1 Cycle de Carnot 35

2.2 Cycle de référence sous-critique à compression mécanique de vapeur37

2.3 Cycles transcritiques à compression mécanique de vapeur38

2.4 Cycles à compression mécanique de gaz45

2.5 Cycle à compression thermique de vapeurs49

2.6 Le froid magnétique49

2.7 L'effet Peltier51

3 •Fluides frigorigènes 53

3.1 Nomenclature des fluides frigorigènes53

3.2 Rappel historique56

3.3 Fluides frigorigènes et environnement56

3.4 Normes, directives et réglementations60

3.5 Mélanges de fluides frigorigènes64

3.6 La filière des composés fluorés saturés (HFC) et insaturés (HFO)68

3.7 Les fluides naturels inorganiques75

V

TABLE DES MATIÈRES

9782100737611-Meunier-Tdm.qxd 15/09/15 13:43 Page V

3.8 Les fluides naturels organiques : les hydeocarbures80

3.9 Nouvelles tendances pour les fluides frigorigènes84

4 •Machine frigorifique mono-étagée, à compression mécanique

de vapeur 89

4.1 Description du cycle sous-critique de référence : machine mono-étagée parfaite89

4.2 Machine réelle sous-critique à compression de vapeur98

4.3 Cycle à compression sous-critique isotherme avec échangeur liquide-vapeur107

4.4 Cycles transcritiques110

4.5 Conclusion122

5 •Compresseurs à pistons 125

5.1 Principe de fonctionnement125

5.2 Compresseur à pistons parfait sans volume mort126

5.3 Compresseur à pistons parfait avec espace mort129

5.4 Évolutions du rendement volumétrique d'un compresseur parfait132

5.5 Analyse énergétique d'un compresseur parfait134

5.6 Évolutions de la PME d'un compresseur parfait135

5.7 Compresseur réel à pistons 138

5.8 Conclusion145

6 •Rendements d'un compresseur 147

6.1 Bilan énergétique d'un compresseur147

6.2 Rendements d'un compresseur149

6.3 Étude des variations du rendement volumétrique157

6.4 Étude des variations du rendement indiqué162

6.5 Étude des rendements mécanique et effectif163

6.6 Estimation de la température réelle des vapeurs au refoulement

d'un compresseur 164

7 •Cycles bi-étagés 167

7.1 Systèmes bi-etagés avec deux compresseurs169

7.2 Systèmes avec un compresseur bi-étagé182

7.3 Autres types de circuits bi-étagés189

7.4 Cycles en cascade191

7.5 Cas particulier des cascades au CO

2 197

7.6 Conclusion197

VI

9782100737611-Meunier-Tdm.qxd 15/09/15 13:43 Page VI

8 •Dimensionnement d'une machine frigorifique à compression

mécanique de vapeur 199

8.1 Établissement du régime interne200

8.2 Détermination des composants d'une machine frigorifique209

8.3 Détermination du coefficient de performance225

8.4 Tendances227

9 •Compression thermique de vapeur : le froid à sorption 229

9.1 Absorption liquide230

9.2 Systèmes à sorption solide246

9.3 Principales applications255

10 •Modélisation et simulation 259

10.1 Calcul des propriétés thermodynamiques et des cycles260

10.2 Simulation en régime permanent d'un système frigorifique global262

10.3 Simulation dynamique en régime transitoire d'un système frigorifique global266

10.4 Cas particulier de la FDD (détection et diagnostic de pannes)269

B

Technologie du froid mécanique

11 •Composants 277

11.1 Généralités sur les compresseurs277

11.2 Compresseurs à pistons278

11.3 Hélico-compresseurs ou compresseurs à vis292

11.4 Compresseurs rotatifs à palettes314

11.5 Compresseurs scroll ou spiro-orbitaux315

11.6 Compresseurs centrifuges320

11.7 Échangeurs de chaleur330

11.8 Condenseurs339

11.9 Évaporateurs346

11.10 Autres échangeurs350

11.11 Capacités sous pression353

11.12 Détendeurs et systèmes de détente360

11.13 Canalisations frigorifiques et accessoires367

11.14 Pompes à eau et à frigoporteur371

11.15 Refroidisseurs atmosphériques371

11.16 Matériel de régulation374

VII © Dunod. Toute reproduction non autorisée est un délit.

9782100737611-Meunier-Tdm.qxd 15/09/15 13:43 Page VII

12 •Matériels spécifiques 379

12.1 Matériels pour la surgélation ou la congélation379

12.2 Machines à glace387

12.3 Groupes de refroidissement de liquide391

13 •Architecture des systèmes frigorifiques 393

13.1 Distribution du froid393

13.2 Production et distribution frigorifiques395

13.3 Centrales frigorifiques395

13.4 Mode d'alimentation des évaporateurs396

13.5 Types de circuits frigorifiques397

13.6 Systèmes de condensation398

14 •Applications du froid 403

14.1 Distribution alimentaire403

14.2 Restauration collective et grandes cuisines405

14.3 Usines agroalimentaires405

14.4 Locaux particuliers406

14.5 Entreposage407

14.6 Usine de crèmes glacées409

14.7 Laiterie et fromagerie410

14.8 Unités de surgélation410

14.9 Groupe de process411

14.10 Bâtiment et construction411

14.11 Patinoires et neige412

14.12 Malteries, brasseries, endiveries, productions vinicoles412

14.13 Salaisonnerie et charcuterie413

14.14 Procédés divers de refroidissement414

14.15 Froid dans les commerces415

14.16 Transport423

14.17 Conditionnement de l'air et pompes à chaleur426

14.18 Froid domestique428

14.19 Autres systèmes de production de froid et applications429

15 •Dégivrage 431

15.1 Généralités431

15.2 Procédés de dégivrage432

15.3 Initialisation432

15.4 Arrêt433

15.5 Réduction des entrées d'air433

VIII

9782100737611-Meunier-Tdm.qxd 15/09/15 13:43 Page VIII

16 •Frigoporteurs 435

16.1 Avantages et inconvénients des frigoporteurs435

16.2 Les frigoporteurs monophasiques liquides437

16.3 Frigoporteurs liquide/vapeur439

16.4 Frigoporteurs solide/liquide440

16.5 Accumulation de froid446

17 •Huiles frigorifiques 449

17.1 Nécessité et problèmes engendrés449

17.2 Miscibilité450

17.3 Solubilité et dissolution451

17.4 Réintégration d'huile sur circuits de fluides halogénés, HC et CO

2 451

17.5 Équilibrage d'huile453

17.6 Principales huiles frigorifiques454

18 •Froid, environnement et tendances 457

18.1 Couche d'ozone457

18.2 Effet de serre457

18.3 Tendances466

Index 469

IX © Dunod. Toute reproduction non autorisée est un délit.

9782100737611-Meunier-Tdm.qxd 15/09/15 13:43 Page IX

9782100737611-Meunier-Tdm.qxd 15/09/15 13:43 Page X

© Dunod. Toute reproduction non autorisée est un délit.

Cet ouvrage prŽsente les diffŽrents aspects de la production du froid dans lÕindustrie ˆ un moment

o la profession des frigoristes est soumise ˆ des mutations importantes consŽcutives ˆ des

contraintes environnementales. En effet, le mŽtier de frigoriste a beaucoup ŽvoluŽ depuis le dŽve-

le froid industriel et commercial a fait appel ˆ des ingŽnieurs frigoristes qui devaient concevoir des

froid. CÕest de cette Žpoque que date la crŽation de lÕIFFI ˆ qui la profession des frigoristes a

confiŽ la mission de former les ingŽnieurs frigoristes dont elle avait besoin. Ensuite, les technolo-

gies de production du froid se sont quelque peu stabilisŽes, et le r™le de frigoriste se rŽduisait sou-

vent ˆ reproduire des installations connues. CÕest ˆ cette Žpoque quÕont ŽtŽ crŽŽs les premiers BTS

en Froid, et que lÕIFFI sÕest ouvert aux BTS et DUT et a proposŽ un dipl™me homologuŽ de niveau

ment, la situation a changŽ radicalement et le frigoriste est confrontŽ ˆ de nouveaux dŽfis : nou-

veaux fluides, confinement, nouvelles approches prenant en compte lÕenvironnement, et nou- ment pour sÕadapter aux changements imposŽs par les nouvelles rŽglementations.

CÕest ˆ ce nouveau dŽfi que cet ouvrage sÕefforce de rŽpondre en sÕappuyant sur lÕexpŽrience de

lÕIFFI. CÕest ainsi que cet ouvrage prŽsente lÕŽtat de lÕart de la production et la technologie du

froid. Compte tenu de lÕŽvolution rapide de la technologie du froid, il nÕest pas possible dans un

tel ouvrage de mentionner toutes les Žtudes de R&D qui ont lieu ˆ lÕheure actuelle. NŽanmoins, il

nous a semblŽ essentiel de ne pas occulter tous les efforts qui ont ŽtŽ dŽployŽs pour lÕŽmergence

des HFC et ceux qui sont actuellement dŽveloppŽs en faveur des fluides naturels de remplace- ment.

Cet ouvrage sÕappuie sur les cours de production du froid et de technologie du froid dispensŽs ˆ

Cnam. Il aborde les diffŽrentes applications : froid industriel, commercial et domestique ; trans-

port frigorifique ainsi que conditionnement dÕair et pompe ˆ chaleur. Pour les Žchanges ther-

ses notes de cours quÕil dispense ˆ lÕIFFI pour en extraire quelques pages. Pour les frigoporteurs,

nous remercions J. Guilpart qui a fortement contribuŽ ˆ la rŽdaction du chapitre 16 fondŽ sur ses

notes de cours ˆ lÕIFFI. Cet ouvrage ne se contente pas seulement de dŽcrire les solutions les plus couramment retenues

pour rŽpondre aux besoins des utilisateurs, il procure Žgalement les outils qui permettront au fri-

goriste soucieux dÕinnover de proposer des solutions adaptŽes aux nouvelles contraintes, notam-

ment environnementales, et surtout dÕanticiper les Žvolutions ˆ venir suite ˆ la nouvelle rŽglemen-

tation F-gaz. Cet ouvrage est accessible ˆ des ingŽnieurs ainsi quÕˆ des techniciens possŽdant le

niveau BTS ou DUT en ŽnergŽtique. XI

AVANT-PROPOS

9782100737611-Meunier-Avt.qxd 23/09/15 9:43 Page XI

XII

Symbole Grandeur Unité

Coefficient de conversion d'émission de CO

2 kg éq. CO 2 .kWh -1

ASurface interne d'échanges thermiques m

2

Rapport surface ailettes/surface interne

CNombre de constituants indépendants

Charge d'ammoniac kg

DTLM Écart logarithmique moyen de température °C EÉnergie totale, ou consommation annuelle d'énergie J Ex d

Exergie détruite

E w

Énergie mécanique utilisable

FFacteur de correction du coefficient global d'échanges thermiques

GFlux massique surfacique kg.s

-1 .m -2

HEnthalpie J

Coefficient global d'échanges thermiques W.K

-1 .m -2

LLongueur m

Chaleur latente de vaporisation kJ.kg

-1

MMasse molaire kg.mol

-1

Masse totale kg

NDurée de vie du système année

N s

Nombre de production d'entropie

Pou pPression bar

P(S) Production interne d'entropie W.K

-1

QÉnergie thermique, quantité de chaleur J

RRésistance thermique m

2 .K.W -1

Constante des gaz parfaits J.K

-1 .mol -1

SEntropie J.K

-1

Surface, section m

2

TTempérature K

T

Température entropique K

UÉnergie interne J

VVolume m

3

Variance

WÉnergie mécanique J

W a

Consommation annuelle d'électricité kWh.an

-1

NOTATIONS ET ABRÉVIATIONS

9782100737611-Meunier-Avt.qxd 23/09/15 9:43 Page XII

XIII © Dunod. Toute reproduction non autorisée est un délit.

Symbole Grandeur Unité

C H Capacité thermique à champ magnétique constant J.kg -1 .K -1 c p Capacité thermique massique (pression constante) J.kg -1 .K -1 dDiamètre hydraulique, diamètre m eDistance, nombre d'effets d'un compresseur m fTaux de fuite du système %

Facteur de frottement

gAccélération de la pesanteur m.s -2 hEnthalpie massique J.kg -1

Coefficient d'échange convectif W.m

-2 .K -1 h LV

Chaleur latente de vaporisation kJ.kg

-1 mMasse kg nRapport thermométrique de compression qQuantité de chaleur massique J.kg -1 rTaux de récupération de fluide %

Rendement de co- ou tri-génération

sEntropie massique J.kg -1 .K -1 tTemps s uÉnergie interne massique J.K -1 vVolume massique m 3 .kg -1

Vitesse m.s

-1 wÉnergie mécanique massique J.kg -1 xTitre massique kg.kg -1

Titre molaire en phase liquide mol.mol

-1 yTaux de liquéfaction

Titre molaire en phase vapeur mol.mol

-1

Taux de vide

Variation élémentaire

Variation, différence

i

Variation d'origine interne

Rugosité absolue mm

Densité de flux thermique W.m

-2 Nombre de phases dans un système thermodynamique

Rapport c

p /c v Glissement de vitesse (phase liquide/phase vapeur)

Coefficient de conductivité thermique W.m

-1 .K -1

9782100737611-Meunier-Avt.qxd 23/09/15 9:43 Page XIII

XIV

Symbole Grandeur Unité

Coefficient de perte de charge linéique

Rendement

Efficacité d'ailettes

Viscosité dynamique du fluide Pa.s

0

Perméabilité du vide H.m

-1

Viscosité cinématique du fluide m

2 .s -1

Température °C

Facteur de Carnot

Masse volumique kg.m

-3

Taux de compression

Titre en vapeur

Vitesse angulaire rad.s

-1

Coefficient de perte de charge singulière

Indices

0 Référence ou saturation ou évaporation

aAir cCritique ou compresseur ou condenseur ou cinétique

CCarnot

cond Condensation

CPCompresseur

dés ou désurch Désurchauffe e, 1 Entrée evÉvaporateur exExégétique ext Extérieure fFinal flFluide gGlobal hHaute iInitial int Intermédiaire ou interne isIsentropique

JTJoule-Thomson

kCondensation l, LLiquide le/lcLiquide dans l'évaporateur/le condenseur

9782100737611-Meunier-Avt.qxd 23/09/15 9:43 Page XIV

XV © Dunod. Toute reproduction non autorisée est un délit.

Indices

mMassique mou moy Moyen max Maximal mel Mélange min Minimum mol Molaire net Net pPotentielle paroi Paroi opt Optimale

PAC Pompe à chaleur

ref Refoulement rej Rejet thermique s, 2 Sortie sat Saturation scSource chaude sfSource froide sous-ref ou srefSous-refroidissement surch Surchauffe tTurbine uUtilisateur utUtilisé vVapeur ve/vcVapeur dans l'évaporateur/le condenseur

Exposants

3T Tritherme

adAdiabatique cCourroie

GPGaz parfait

iso Isotherme mMassique ou moteur sat Saturation

Nombres adimensionnels

Fr Nombre de Froude

Nu Nombre de Nusselt

Pr Nombre de Prandtl

Re Nombre de Reynolds

9782100737611-Meunier-Avt.qxd 23/09/15 9:43 Page XV

XVI

Abréviations

BP Basse pression

CFC Chloro-fluoro carbones

COA Coefficient d'amplification (PAC)

COP Coefficient de performance

DESP Directive des équipements sous pression

quotesdbs_dbs14.pdfusesText_20