Conception et réalisation d'un banc didactique informatisé pour l'étude du cycle de réfrigération à compression de vapeur

République du Bénin

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MINISTERE DE L'ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE

SCIENTIFIQUE (MESRS)

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UNIVERSITE NATIONALE DES SCIENCES, TECHNOLOGIES, INGENIERIE ET
MATHEMATIQUES (UNSTIM)

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ECOLE NATIONALE SUPERIEURE DE GENIE ENERGETIQUE ET PROCEDES

(ENSGEP)

OPTION : Génie énergétique

Mémoire de fin de formation pour l'obtention du diplôme d'ingénieur de
conception en génie énergétique

CONCEPTION ET REALISATION D'UN BANC DIDACTIQUE INFORMATISE POUR L'ETUDE DU CYCLE DE REFRIGERATION A COMPRESSION DE VAPEUR

Rédigé par:

Hospice Sènakpon AZINHOU

Sous la supervision de :

Dr (MC) Jean Louis-FANNOU, Enseignant chercheur à l'ENSGEP, Maître de conférences des universités (CAMES)

Tuteur de stage:

M. Thomas H. KOUDJINA, PDG SGEEF Sarl

Sous l'encadrement de :

Dr. Bernard N. TOKPOHOZIN, Enseignant chercheur à l'INSPEI, Maître assistant des universités (CAMES)

Année Académique: 2021-2022

Conception et réalisation d'un banc didactique informatisé pour l'étude du cycle de réfrigération à compression de vapeur

DEDICACE

Je dédie ce travail à mes géniteurs. Que leurs âmes reçoivent, où qu'ils soient, la paix. Eléonore Mahugnon GNONLONFOUN, Désiré Djomignifi AZINHOU, dormez en paix.

Rédigé par Hospice Sènakpon AZINHOU I

Rédigé par Hospice Sènakpon AZINHOU II

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REMERCIEMENTS

Ce travail n'aurait pas été possible sans l'assistance de l'Eternel Dieu des armées ; le grand roi glorieux, miséricordieux, l'omniscient, l'omnipotent, l'omniprésent. Que toute gloire lui soit rendue au plus haut des cieux.

Je tiens à remercier très sincèrement toute l'équipe rectorale, en particulier le recteur de l'UNSTIM, Professeur Joachim Djimon GBENOU, pour tous les réformes au sein de l'université, en particulier en vers la formation des étudiants de l'ENSGEP.

Je remercie le Prof Danvidé Antonin KANFON, actuel directeur de l'ENSGEP.

Je remercie le Dr Jean-Louis FANNOU, directeur honoraire de l'ENSGEP, et superviseur de ce mémoire, pour le temps consacré et surtout son suivi avec rigueur.

Merci au Dr. Bernard Noukpo TOKPOHOZIN, maître de mon présent mémoire pour avoir accepté malgré son agenda très chargé d'encadrer mon travail.

Merci aux Messieurs SOMMASSE et do BEHENZIIN pour leurs assistances permanentes dans la réalisation de ce travail, malgré leurs agendas très chargés ;

Je remercie M. Thomas H. KOUDJINA, Directeur Général de la société dans laquelle j'ai fait mes stages, pour cette excellente formation qu'il a su m' offrir.et pour avoir financer la réalisation de mon dispositif. Je remercie toute ma famille, en particulier ma belle Maman, Juliette TOKOUE, pour son soutien durant mon cycle d'ingénierie ;

Merci au couple Dergile-Honoré, pour leur grand soutien à mon égard depuis les années des préparatifs d'obtention de mon baccalauréat. Recevez à travers ce document toute ma gratitude ;

Je remercie mes oncles qui depuis mon bas âge ont contribué d'une façon ou une autre à mon instruction afin que je puisse être à ce niveau aujourd'hui. Oncle Laurent, Mathias, Pierre, Merci.

Loin de moi l'envie d'oublier tous ceux qui me sont très chers et à qui je dois des dettes de reconnaissance mais que l'économie des mots m'oblige à ne pas citer ici ; Je vous dis à tous un grand merci et vous dédie ce travail.

À tous, je dis infiniment Merci!

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LISTE DE FIGURES ET TABLEAUX

FIGURE 1. 1: ORGANIGRAMME 5

FIGURE 1. 2 : ORGANIGRAMME SGEEF 6

FIGURE 1. 3 : LOCALISATION DE SGEEF SARL SUR GOOGLE[4] 7

FIGURE 2. 1 : FONCTIONNEMENT DE L'EVAPORATEUR[5] 11

FIGURE 2. 2 : FONCTIONNEMENT DU COMPRESSEUR[5] 11

FIGURE 2. 3: FONCTIONNEMENT DU CONDENSEUR[5] 12

FIGURE 2. 4: FONCTIONNEMENT DU DETENDEUR[5] 13

FIGURE 2. 5: DIAGRAMME ENTHALPIQUE[6] 17

FIGURE 2. 6: MESURE DE LA SURCHAUFFE[8] 18

FIGURE 2. 7: MESURE DU SOUS REFROIDISSEMENT[8] 19

FIGURE 2. 8: BANC DIDACTIQUE DE REFRIGERATION CONÇUE PAR PRODIDAC[9] 20

FIGURE 2. 9: BANC DE MANIPULATION DE FLUIDE FRIGORIGENE 21

FIGURE 2. 10: BANC D'ESSAI DE DETENDEURS[4] 21

FIGURE 2. 11: BANC DE REGLAGE D'ELEMENTS SPECIFIQUES EN REFRIGERATION [4] 22

FIGURE 2. 12: BANC DIDACTIQUE DU CYCLE FRIGORIFIQUE A COMPRESSION DE VAPEUR[11] 22

FIGURE 2. 13: MODELE RCTC/EV [1] 23

FIGURE 2. 14: MODELE ET 101 DES BANC DIDACTIQUE DE REFRIGERATION DE CHEZ GUNT [10] 24

FIGURE 2. 15: MODELE 3D DE NOTRE BANC DIDACTIQUE 29

FIGURE 2. 16: SCHEMA FLUIDIQUE DE PRINCIPE DU BANC DIDACTIQUE 30

FIGURE 2. 17: SCHEMA FLUIDIQUE DE PRINCIPE DU BANC DIDACTIQUE 30

FIGURE 3. 1: RENDU DU MODELE 3D DU COMPRESSEUR HERMETIQUE 33

FIGURE 3. 2: MODELE DU CONDENSEUR A AIR[10] 34

FIGURE 3. 3: MODELE 3D DE L'EVAPORATEUR REFROIDISSEUR D'EAU 35

FIGURE 3. 4: DETENDEUR THERMOSTATIQUE A EGALISATION DE PRESSION EXTERNE [11] 35

FIGURE 3. 5: DETENDEUR CAPILLAIRE[15] 36

FIGURE 3. 6: ELECTROVANNE[12] 36

FIGURE 3. 7: PRESSOSTAT HP/BP[13] 37

FIGURE 3. 8: FILTRE DESHYDRATEUR[14] 37

FIGURE 3. 9: VOYANT LIQUIDE[15] 38

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FIGURE 3. 10: THERMOSTAT[16] 38

FIGURE 3. 11: ECRAN LCD[17] 39

FIGURE 3. 12: DISJONCTEUR DPN 20A[21] 39

FIGURE 3. 13: BOUTON POUSSOIR[10] ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.

FIGURE 3. 14: MODELE 3D BANC MONTE SUR ROUES 40

FIGURE 3. 15: PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT D'UN CAPTEUR[18] 40

FIGURE 3. 16: CAPTEUR DE TEMPERATURE DS18B20[19] 41

FIGURE 3. 17: MODULE HORLOGE[20] 42

FIGURE 3. 18: MODULE SD[21] 42

FIGURE 3. 19: CAPTEUR DE COURANT SCT13[22] 42

FIGURE 3. 20: LOGO SOLIDWORKS[23] 43

FIGURE 3. 21: LOGO PYCHARM[24] 44

FIGURE 3. 22: QT DESIGNER[26] 44

FIGURE 3. 23: LOGO ARDUINO[27] 45

FIGURE 3. 24: MODELE 3D DU BANC DIDACTIQUE 51

FIGURE 3. 25: MISE EN PLAN 52

FIGURE 3. 26: CARROSSERIE REGULATEUR 52

FIGURE 3. 27: DECOUPAGE DES DIFFERENTES PIECES 53

FIGURE 3. 28: SOUDURE 53

FIGURE 3. 29: PERÇAGE 54

FIGURE 3. 30: VUE DE HAUT DE QUELQUES COMPOSANTS FIXES 54

FIGURE 3. 31: ICON DE COOLPROP 56

FIGURE 3. 32: ICON DE MATPLOTLIB[28] 57

FIGURE 3. 33: ICON DE PANDAS[29] 57

FIGURE 3. 34: MODELE OBTENU 61

FIGURE 4. 1:CAPTURE D'ECRAN INTERFACE GRAPHIQUE 62

FIGURE 4. 2: CAPTURE D'ECRAN INTERFACE GRAPHIQUE 63

FIGURE 4. 3: CAPTURE D'ECRAN 3 64

FIGURE 4. 4: IMAGES TP 1 65

FIGURE 4. 5: SCHEMA DE PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT 70

FIGURE 4. 6: TIRAGE AU VIDE SANS VACUOMETRE[15] 79

FIGURE 4. 7: TIRAGE AU VIDE AVEC VACUOMETRE 81

TABLEAU 2. 1: SPECIFICITE DES MODELES EXISTANTS 26

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TABLEAU 4. 1 : RELEVE DE TEMPERATURE TP N°5 68

TABLEAU 4. 2: TABLEAU DE DONNEES TP 6 73

TABLEAU 4. 3: LISTE DES COMPOSANTS DEJA ACQUIS ET CEUX QUI RESTE A ACHETER 83

LISTE DES SIGLES ET LEUR DEFINITION

PRCR : Programme Fonds Compétitifs de Recherche de l'UNSTIM TP : Travaux Pratiques

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RESUME

L'utilisation de banc didactique au laboratoire des écoles de formation du génie frigorifique, constitue aujourd'hui une nécessité lorsqu'on envisage assurer un enseignement de qualité. Pour pallier aux difficultés d'acquisition de ces dispositifs en raison de leur coût, nous proposons dans ce document un modèle de banc didactique personnalisé entièrement conçu et monté à l'Ecole Nationale Supérieure de Génie Energétique et Procédés d'Abomey, au Bénin.

Inspiré des modèles de Didatec et Electronica Venetta, ce modèle que nous concevons dispose d'un double système de détente (la détente thermostatique et la détende capillaire). Pour un suivi de son fonctionnement, il est équipé d'un système d'acquisition automatique des valeurs des paramètres de fonctionnement tels que : la température, la pression et la puissance électrique du compresseur. Une interface graphique de visualisation est conçue sous python. Ainsi, à partir des 10 fiches de travaux pratiques conçues, l'apprenant part d'une découverte des composants du circuit frigorifique à compression de vapeur pour une étude approfondie de son fonctionnement. Il se sert à cet effet de l'interface graphique conçue pour la visualisation du fonctionnement aussi bien réel qu'idéal du circuit frigorifique pour évaluer sa performance.

Mots clés : banc didactique, cycle frigorifique à compression de vapeur, double système de détente, fiche de TP

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