Etude et realisation d'un banc didactique de demonstration d'un cycle frigorifique a compression de vapeur

LISTE DES TABLEAUX

Tableau 1-1: Avantages et inconvénients des condenseurs à air et à eau 3

Tableau 2-1: indication des conductivités thermiques des matériaux 37

Tableau 2-2: Récapitulatif des différents apports de chaleur 41

Tableau 2-3: valeurs des points du cycle 42

Tableau 2-4: nomenclature du schéma électrique 48

Tableau 2-5: Récapitulatif des matériaux utilisés pour le condenseur 49

Tableau 2-6: étude financière 56

Tableau 3-1: Anonymat des échantillons secs de Gnetum 65

LISTE DES ABREVIATIONS ET NOMENCLATURE

SYMBOLES	DESIGNATIONS	UNITES
è	Température	°C
?è	Ecart de température	°C
??	Conductivité thermique	w/m°C
K	Coefficient global de transmission	w/m^2°C
Ök	Puissance calorifique	w
Öo	Production frigorifique	w
qm	Débit masse	Kg/s
Q	Apports de chaleur journalière	kJ
Qv	Débit volume du fluide frigorigène	m^3/s
f	Efficacité frigorifique	_
V'	Volume spécifique	m^3/kg
P	Pression absolue	Bar
D	Diamètre des conduites	mm
Va	Vitesse du fluide dans la conduite d'aspiration	m/s
H	Enthalpie massique de l'air	Kj/kg
HR	Humidité relative	%
T	Température absolue	K

TABLE DES MATIERES

Dédicaces Erreur ! Signet non défini.

AVANT-PROPOS iii

RESUME iv

ABSTRACT v

LISTE DES FIGURES vi

LISTE DES TABLEAUX vii

TABLE DES MATIERES ix

Introduction générale 15

Chapitre 1. GENERALITES SUR LE FROID 17

1-1- INTRODUCTION 17

1-2- DÉFINITIONS DES CONCEPTS 18

1-2-1- La chaleur [1] 18

1-2-2- Le froid [1] 18

1-2-3- La température [1] 18

1-2-4- Échange de chaleur [1] 18

1-2-5- Le fluide frigorigène [1] 18

1-3- MOYENS DE PRODUCTION DU FROID [3] 18

1-3-1- La sublimation d'un solide 19

1-3-2- La détente d'un gaz comprimé 19

1-3-3-La fusion d'un corps solide 19

1-3-4-Le refroidissement thermoélectrique 19

1-3-5-La dissolution de certains sels 19

1-3-6-La vaporisation d'un liquide en circuit fermé 20

1-4-LES ELEMENTS PRINCIPAUX D'UNE MACHINE FRIGORIFIQUE A COMPRESSION DE VAPEUR 20

1-4-1- Le compresseur [4] 21

1-4-1-1-Sur la base de leur fonctionnement 21

1-4-1-1-1-Les compresseurs volumétriques 21

1-4-1-1-2-Les compresseurs centrifuges 21

1-4-1-2-Sur la base de l'association Moteur Compresseur 22

1-4-2- Le condenseur [4] 23

1-4-2-1-Notion de groupe de condensation 24

1-4-3- L'évaporateur [4] 25

1-4-3-1-Les évaporateurs à eau 26

1-4-3-2-Les évaporateurs à air 26

1-4-3-3-Les évaporateurs à détente sèche ou à surchauffe 26

1-4-3-4-Les évaporateurs noyés ou évaporateurs à regorgement 27

1-4-4-Le détendeur [3] 27

1-4-4-1-Dans le cas des évaporateurs à détente directe 27

1-4-4-2-Dans le cas d'évaporateurs noyés 27

1-5- QUELQUES ORGANES ANNEXES DU CIRCUIT FRIGORIFIQUE 28

1-5-1- Le voyant liquide [8] 28

1-5-2- Les deshydrateurs [1] 28

1-5-3- Le pressostat [4] 29

1-6- LES FLUIDES FRIGORIGÈNES 29

1-6-1- Définition [1] 29

1-6-2- Propriétés des fluides frigorigènes [2] 30

1-6-2-1-Propriétés physiques [2] 30

1-6-2-2- Propriétés chimiques [2] 30

1-6-2-3- Propriétés physiologiques [2] 30

1-6-2-4- Propriétés techniques [2] 30

1-7- PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT D'UNE MACHINE FRIGORIFIQUE UTILISANT UN COMPRESSEUR A PISTON [8] 31

1-8- PRÉSENTATION DE QUELQUES MODÈLES [5] 33

1-9-CONCLUSION 36

Chapitre 2. dimensionnement et realisation du banc didactique de demonstration du cycle frigorifique 37

2-1- INTRODUCTION 37

2-2-DIMENSIONNEMENT 37

2-2-1-Bilan thermique 37

2-2-1-1-Cahier de charge 37

2-2-1-2-Calcul des apports de chaleur 39

2-2-1-2-1-Apport de chaleur par les parois en vitre (Q₁) 39

2-2-1-2-1-1-Détermination du coefficient global de transmission thermique des parois en vitre 39

2-2-1-2-1-2-Détermination de la surface totale des parois en vitre 40

2-2-1-2-1-3-Détermination de la différence de température entre l'ambiance extérieure et l'intérieur : ?è 40

2-2-1-2-2-Apport de chaleur par les parois en bois (Q₂) 40

2-2-1-2-2-1-Détermination du coefficient global de transmission thermique des parois en bois 40

2-2-1-2-2-2-Détermination de la surface totale des parois en bois d'épaisseur e_b 41

2-2-1-2-3 -Apport de chaleur par la paroi en tôle d'aluminium (Q₃) 41

2-2-1-2-4-1-Détermination du coefficient global de transmission thermique de la paroi en tôle d'aluminium 41

2-2-1-2-4-2-Détermination de la surface totale de la paroi en tôle d'aluminium 42

2-2-1-2-5-Apport de chaleur dû à la masse d'air à refroidir (Q₄) 42

2-2-1-2-5-1-Détermination de la masse d'air 42

2-2-1-2-5-2-Détermination du volume intérieur de la chambre 43

2-2-1-2-5-Apport de chaleur dû à l'éclairage (Q₅) 43

Q₃ = K_a × S_a ×?è×86,4 43

2-2-1-3-Détermination de la puissance frigorifique (Ô₀) 44

2-2-2-Dimensionnement des équipements 44

2-2-2-1-Dimensionnement du compresseur 44

2-2-2-2-Dimensionnement des conduites 45

2-2-2-2-1- Conduite d'aspiration 45

2-2-2-2-1-1- Détermination du débit massique 45

2-2-2-2-2- Conduite de refoulement 46

2-2-2-2-3- Conduite liquide 46

2-2-2-3-Dimensionnement de l'évaporateur 46

2-2-2-3-1-Calcul de la longueur du serpentin 47

2-2-2-3-2-Calcul de la surface de l'évaporateur 47

2-2-2-4-Dimensionnement du condenseur 47

2-2-2-4-1-Détermination de la puissance du condenseur 47

2-2-2-4-3-Calcul de la surface Du condenseur 48

2-2-2-4-3-1- Détermination du coefficient global d'échange 48

2-2-2-5-Dimensionnement du tube capillaire 48

2-3-REALISATION DU BANC DIDACTIQUE 48

2-3-1- Réalisation du support 48

2-3-2-Réalisation du circuit frigorifique 49

2-3-3-Réalisation du circuit électrique 50

2-3-4-Matériaux utilisés et leurs caractéristiques 50

2-3-4-1-Pour l'évaporateur 50

2-3-4-2-Pour le condenseur 51

2-3-5-Matériel (outils et machines) utilisé 51

2-3-6-Procédure de fabrication 52

2-3-6-1-Réalisation du circuit frigorifique 52

2-3-6-1-1-La pose du compresseur 52

2-3-6-1-2- La pose du Condenseur 53

2-3-6-1-3- Montage du filtre deshydrateur 54

2-3-6-1-3- Montage du détendeur capillaire 55

2-3-6-1-3- Montage de l'évaporateur 55

2-3-6-2-Réalisation du circuit électrique 57

2-3-7-Opération de mise en marche 57

2-3-7-1-Tirage au vide 58

2-3-7-2-Charge en fluide frigorigène 58

2-3-8-Aperçu final du banc didactique 59

2-3-9-Test de fonctionnement 60

2-3-10-Coût estimatif de la réalisation 60

2-4-CONCLUSION 62

Chapitre 3. EXPERIMENTATION ET RESULTATS 63

3-1-introduction 63

3-2-IDENTIFICATION DES ÉLÉMENTS 63

3-3-VISUALISATION DU FONCTIONNEMENT DU CYCLE FRIGORIFIQUE 63

3-4-TRACÉ DU CYCLE FRIGORIFIQUE DANS UN DIAGRAMME 63

3-5-DÉTECTION DES BORNES D'UN COMPRESSEUR 63

3-6-TIRAGE AU VIDE D'UNE INSTALLATION FRIGORIFIQUE 63

3-6-1-FICHE PEDAGOGIQUE/ PEDAGOGICAL STATEMENT SHEET 64

3-6-2-But et principe 66

3-6-2-1-But 66

3-6-2-2-Principe 66

3-6-3-Matériel utilise 66

3-6-4-Schéma de montage 66

3-6-5-Mode opératoire 67

3-6-6-Mise en situation : exercice d'application 68

3-7-CHARGE EN FLUIDE FRIGORIGÈNE D'UNE INSTALLATION FRIGORIFIQUE 69

3-8-CONCLUSION 69

conclusion generale 70

Références bibliographiques 71

annexes 72

ANNEXE 1 : tableau des rEsistances thermiques superficielles 1/h_i ET 1/h_e EN m².K/W DES PAROIS D'UNE CHAMBRE FROIDE 73

ANNEXE 2 : tableau des propriétes thermodynamiques des materiaux locaux de construction 73

ANNEXE 3 : montage final de l'evaporateur 73

ANNEXE4 : photo montrant les flexibles transparents 74

ANNEXE 5 : Tableau de relevés des données au cours du séchage à 60°C 74

ANNEXE 6 : Tableau de relevés des données au cours du séchage à 65°C 75

ANNEXE 7 : Tableau de relevés des données au cours du séchage à 70°C 75

ANNEXE 8 : Tableau de relevés des données au cours du séchage à 75°C 75

ANNEXE 9 : Tableau de relevés des données au cours du séchage à 80°C 76

ANNEXE 10 : Tableau de relevés des données au cours du séchage à 85°C 76

ANNEXE 11 : Tableau de relevés des données au cours du séchage à 90°C 76

ANNEXE 12 : Tableau de relevés des données au cours du séchage à 95°C 76

ANNEXE 13 : Tableau de relevés des données au cours du séchage à 100°C 77

ANNEXE14 : Tableau de relevés des données au cours du séchage au soleil 77

ANNEXE 15 : présentation des résultats obtenus à l'IRAD d'EKONA 78