Technologie Production Froid

Variantes du cycle à
compression de vapeur
Froid indirect : circuit à frigoporteur
Cycle mono étagé et alimentation par regorgement
Cycle bi-étagé en cascade
Froid direct et froid indirect
Froid direct
– Le frigorigène est amené jusque sur le lieu d’utilisation
• Avantages : meilleure efficacité
• Inconvénients : quantité de fluide frigorigène, impossible si
fluide toxique et lieu public
– 99% des applications de petite puissance
Froid indirect
– Le froid est transporté par un fluide intermédiaire : le
« frigoporteur »
• Avantages : installation compacte, moins de fluide frigorigène,
possibilité de « confiner » le fluide au local technique et donc
d’utiliser par exemple des fluides toxiques
• Inconvénients : efficacité diminuée
• Frigoporteur = eaux glycolées (monoéthylène glycol,
polypropylène glycol), saumures
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Froid indirect : circuit à frigoporteur
Un tube distribue le frigoporteur pour tous les postes
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Cycle mono-étagé et alimentation par
regorgement
3
2
6
5
4
7
1
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Cycle cascade deux étages
Utilisation du froid à des températures très basses (-60°C)
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Principaux composants des
installations frigorifiques
Echangeurs de chaleur
Compresseur
Composants divers
Echangeurs réfrigérateur
Evaporateur
roll bond
Condenseur
tubes fils
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Echangeurs tubulaires
Coaxial
En serpentin
Tube en tube
Echangeurs pour l’eau et pour des petites puissances
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Echangeurs multitubulaires
Moyenne puissance (>12
kW)
Grand nombre de tubes :
échangeurs compacts
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Echangeurs à air : batteries à ailettes
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Condenseurs évaporatifs
AIR
AIR
FRIGORIGENE
EAU
EAU
FRIGORIGENE
EAU
EAU
TOUR DE REFROIDISSEMENT
D’EAU
CONDENSEUR A EFFET
D’EVAPORATION
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Dégivrage des évaporateurs
L’air ambiant contient de la vapeur d’eau
Cette vapeur d’eau se solidifie au contact de la paroi à
température négative => le givre
Ce givre forme une couche isolante qui diminue l’efficacité des
échangeurs
Il est ainsi nécessaire de dégivrer périodiquement les
évaporateurs :
– Par soufflage d’air chaud
– Par des résistances électriques chauffantes placées sur
l’évaporateur
– Par les gaz chauds (on utilise en général le gaz chaud au
refoulement du compresseur)
– Par inversion de cycle (pour les machines frigorifiques pouvant
également fonctionner en pompe à chaleur)
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Echangeurs de chaleur
Fluide externe
Evaporateurs
Air sec, gaz
Batteries à
Batterie à ailettes
ailettes
Batteries à
Condenseurs
ailettes
évaporatifs
Echangeurs
Echangeurs
multitubulaires
multitubulaires
Echangeurs à plaque
Air et gaz
humides
Eau et liquide
Condenseurs
Echangeurs co-axiaux
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Echangeurs à plaques
Assemblage de plaques
– Le frigorigène passe dans une plaque sur deux
– Echangeur très compact, coefficients d’échange
élevés
– Démontable, peut être nettoyé
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Echangeurs à surface raclée
Pour des produits qui cristallisent
– Les lames raclent la paroi froide
pour éviter l’obstruction de
l’écoulement
– Ex : produits de type beurre,
chocolat, crème glacée
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Performances des échangeurs
Coefficients d’échange globaux U
Type d’échangeur
U (W/m²K)
Ecart T
Air convection naturelle
5-15
20
Air convection forcée (ventilateurs)
15-60
15
Liquide convection naturelle
100-200
12
Liquide convection forcée en tubes
(pompes)
100-600
10
Liquide convection forcée en plaques
800-2500
3
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Technologie des compresseurs (1/2)
Ouverts
Moteur
– Le moteur est séparé du compresseur
Arbre moteur
Semi-hermétiques (hermétiques
accessibles)
– Le moteur est indissociable du
compresseur, mais l’ensemble peut
être ouvert
Partie compresseur
Hermétiques
Aspiration
– Le moteur est indissociable du
compresseur et l’ensemble est enfermé
dans une cloche hermétique
Partie moteur
Cloche
hermétique
Refoulement
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Technologie des compresseurs (2/2)
Compresseurs à piston
– La compression s’effectue par
un mouvement alternatif d’un
piston dans une chambre
(cylindre)
Vis
Compresseurs à vis
– Le gaz est comprimé par
réduction progressif du volume
dans une vis d’archimède
Pistons
Scroll
Compresseurs scroll (à spirale)
1
– Le gaz suit un parcours en
forme de spirale et est
comprimé par réduction
progressive du volume
10
100
1000
Puissance
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Compresseurs à piston : principe
Le plus utilisé
<0,5 kW à 300kW
Taux de compression
déterminé par les
échangeurs
Réduction de puissance
possible si plusieurs
cylindres
Aspiration sortie
évaporateur
Refoulement vers
le condenseur
Haute pression
Basse pression
Plage de vitesses
limitée
Flux discontinu du fluide
(vibrations)
Très sensible aux
« coups de liquide »
clapets
huile
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Cylindrée d’un compresseur à pistons
Point mort haut
Cylindree =
C :course
du piston
πD 2
4
Cnc
D : diamètre du piston
C : course du piston
nc : nombre de cylindres
Point mort bas
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Compresseurs à vis
Installations de fortes
puissances (30 à 800 kW)
Flux continu du fluide (moins
de vibrations)
Rendement volumétrique
excellent
Dispositif de réduction de
puissance
Taux de compression interne
fixe (existe aussi en variable)
Bruyant
Lubrification importante =>
appareillage (pompe à huile,
récupérateurs, etc…)
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Compresseurs scroll
Faibles puissances : 1,5 à 25 kW
Flux continu du fluide
Pas de soupape, d’espace mort
Excellent rendement volumétrique
Peu de vibrations, bruit faible
Limités à de faibles débits
Pas de système interne de réduction de
puissance
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Régulation par tout ou rien
Régulation de la température d’une chambre froide
Fonctionnement compresseur
Arrêt du compresseur
Marche
Arrêt
Redémarrage du compresseur
Temps
Température
Différentiel
Consigne
Temps
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Centrale frigorifique
Plusieurs compresseurs en parallèle : régulation de puissance
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Régulation en cascade
Centrale
Pression
à 4 compresseurs
xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx
xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx
xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx
xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx
xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx
xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx
Tous les compresseurs
xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx
xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx
xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx
en fonctionnement
xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx
xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx
Démarrage
Compresseur
4
Démarrage
Arrêt
Compresseur
3
Démarrage
Arrêt
Compresseur
2
Démarrage
Compresseur
1
Arrêt
Arrêt
xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx
xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx
xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx
Tous les compresseurs
xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx
xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx
xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx
à l'arrêt
xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx
xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx
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Rendements d’un compresseur
Puissance théorique d’un
compresseur isentropique
ηis
W&is
rendement isentropique
W&is = ηiW&c
Puissance de compression
ηm
rendement mécanique
pertes mécaniques dans
le compresseur et transmission
W&i = η mW& m
Puissance mécanique sur l’arbre du
compresseur
η elec
espace mort, irréversibilités
rendement électrique
pertes électriques (effet Joule)
W& m = η elecW&elec
Puissance électrique
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Composants divers
Détendeurs
Déshydrateurs
Voyant de liquide
Vannes
Bouteilles de liquide
Détendeur
Permet de passer de la
haute à la basse pression
On crée une perte de
charge artificielle en
faisant passer le fluide par
un orifice étroit
Son rôle lorsqu’il est à
ouverture variable est de
contrôler le remplissage
en liquide de
l’évaporateur
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Détendeur thermostatique
le bulbe contient un fluide en équilibre liquidegaz
– la pression dans le bulbe varie avec la température de
la sortie d’évaporateur
bulbe
détendeur
évaporateur
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Détendeur thermostatique
L’ouverture
du détendeur dépend de la
pression (~température) dans le bulbe
Pb augmente
Tb
Pb
xxxxxxxxx
xxxxxxxxx
krxr
xxxxxxxxx
Pe
xxx
si Tb augmente
BP
xr
kr xr
diminue
Pe
BP
xxx
le pointeau se déplace vers le bas
Fluide HP
Fluide HP
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Principe du détendeur thermostatique
Si la pression dans le bulbe est faible
– le pointeau remonte => le détendeur est fermé
Si la pression dans le bulbe est élevée
– le pointeau descend => le détendeur est ouvert
T b
T b
F r
P b
P b
F b
F e
P e
P e
B a sse
p re s s io n
F lu id e
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H a u te
p re s s io n
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Déshydrateur
Elimine les éventuelles traces d’humidité
Filtre les impuretés
Photo Carly
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Voyant de liquide
Permet de visualiser l’écoulement à la sortie du condenseur
Placé après le déshydrateur => permet de détecter son
colmatage
Si l’installation manque de frigorigène => bulles
Photo Carly
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Réservoir de liquide
Rôle de réservoir de stockage
Facilite l’ouverture de l’installation pour la maintenance
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