Techniques Froid
Techniques Froid
Techniques Froid
Technique du froid
&
composants frigorifiques
Mohammed YOUBI-IDRISSI
Chargé de Recherche, Cemagref
LICENCE PROFESSIONNELLE
MANAGEMENT DE LA CHAÎNE DU FROID - TRANSPORT ET LOGISTIQUE
Un peu d’histoire, …
2 2
Rappels et réflexions, …
Un travail mécanique peut être intégralement transformé en
chaleur (1er principe)
Machine Pompe de
frigorifique chaleur
Energie Energie
4 4
Constitution d’une installation frigorifique
Composants principaux :
le compresseur (1)
le condenseur (2)
le détendeur (3)
Composants annexes : l’évaporateur (4)
le séparateur d’huile (5), le réservoir de liquide (6),
le déshydrateur (7), le voyant liquide (8),
la bouteille d’aspiration (9), le filtre d’aspiration (10) 5 5
Diagramme de Mollier
Pression (bars)
point critique
Enthalpie (kJ/kg)
8 8
Diagramme de Mollier
Remarques
États métastables
9 9
Diagramme de Mollier
Courbes isochores
P V3 V4
V3<V4
V1 [dm3/kg]
V1<V2
V2 [dm3/kg]
10 10
Diagramme de Mollier
Courbes isentropiques
P
s1 < s2
< s3 < s4
11 11
Diagramme de Mollier
Courbes isotitres en vapeur
= 0
x
1
x=
h
12 12
Diagramme de Mollier
Référence
13 13
Cycle de référence
Hypothèses : IRREVERSIBILITES MINIMALES
14 14
Cycle de Carnot
La machine idéale de Carnot, réversible et sans
frottement a permis de comprendre la conversion
de chaleur en travail
Le cycle de Carnot est un cycle réversible entre
deux sources de chaleur, il est composé de deux
isothermes et de deux isentropes (1796-1832)
T
3 2
4 1
s
1er PP Qo − Q k + W = 0
Qo To
Qo Qk COPc = =
2ème PP − =0 W T k − To
To Tk
15 15
Cycle de référence
3 2
4-1 : absorption de chaleur
1-2 : élévation température
2-3 : rejet de chaleur
4 1 3-4 : bouclage
Haute Pression
Condenseur
3 2
Détendeur Compresseur
4 Basse Pression 1
Évaporateur
16 16
Cycle de référence
Évaporateur
δp=0 p0 constante
To=Tsf To constante
Tsf
Aspiration :
p0 p et T constantes
4 1
17 17
Cycle de référence
Condenseur
δp=0 Pk constante
Tk=Tsc Tk constante
Pour un corps pur ou un mélange azéotrope :
T3 = Tk ; P2 = P3 = Pk et X3 = 0
Tsc
pk
Conduite liquide :
p et T constantes
18 18
Cycle de référence
Compresseur
pk 3 2
po
1
19 19
Cycle de référence
Détendeur
Détente isenthalpe
Wdet non récupéré
Qdet négligeable
Détente irréversible
pk 3 2
po
4 1
20 20
Cycle de référence
3 2
4 1
21 21
Cycle de référence
Bilans énergétiques
Évaporateur Condenseur
Détendeur Compresseur
22 22
Cycle réel
Zone de
t
en
condensation
dé
id e
Zo rch
se
ro d
is
su
e f ne
ne au
-r Zo
de ffe
4 3
us
mélange de 20/30% vapeur
so
de 100% liquide à un
Eau ou air
et 70/80% liquide
Zone de détente
zone de compression
fluide frigorigène
5 2
surchauffé
6
Eau ou air
1
7 8
Mélange
diphasique Zone de
surchauffe
Zone
d’évaporation
23 23
Cycle réel
Avec pertes thermiques et sans pertes de pression
m& 2
Ligne d’aspiration Compresseur
W&
8 1 θ1> θ8
Q& app
m& 1
3 2 θ2> θ3 5 4 θ <> θ
5 4
24 24
Cycle réel
4 3 2is
5 2
6=7 8 1
25 25
Cycle réel
Avec pertes thermiques et pertes de pression
Pertes de pression
2
δP
3
∆θ
Refroidissement
26 26
Cycle réel
Avec pertes thermiques et pertes de pression
4 3 2
5
8
6=7
1
27 27
Les frigorigènes
Types de frigorigènes
Fluides naturels
NH3, HC, CO2
CFC : ChloroFluoroCarbures
Molécules très stables, destructrices d’ozone (ODP élevé),
premier frigorigène synthétique
HCFC : HydroChloroFluoroCarbures
Molécules moins stables que CFC, destructrices d’ozone
(ODP faible), fluides de transition
HFC : Hydrofluorocarbures
ODP = 0, fluides de substitution
28 28
Les frigorigènes
Puis : HCFC
R-22 29 29
Les frigorigènes
Nomenclature
C H F Cl
F F
F F
H H
30 30
Les frigorigènes
Nomenclature
R-134a
C ; H ; F ;Cl
R X Y Z C=2 H=2 F=4
Nombre de F
Nombre de H+1
Nombre de C-1 R-0 12
Refrigerant
C=1 H=0 F=2
31 31
Les frigorigènes
Reconnaître un CFC
R- X Y Z CFC : C, F, Cl ; H = 0
C H F
Y=1
Cl Cl Cl
32 32
Les frigorigènes
Reconnaître un HCFC
R- X Y Z HCFC : C, H, F, Cl ; H ≥ 1
C H F
Y ≥ 2 et Cl ≥ 1
H Cl H Cl H Cl
33 33
Les frigorigènes
Reconnaître un HFC
36 36
Les frigorigènes
Critères thermodynamiques
h8 − h6
•efficacité : et chaleur latente, élevés (cycle théorique)
h2 − h1
Critères de sécurité et d’environnement
•toxicité ;
•inflammabilité ;
•effet sur la couche d’ozone;
•effet de serre.
Critères technologiques, opérationnels et économiques
•masse volumique du liquide élevée = compacité
•pression de fonctionnement : Pk modérée et Pk > Patm
•propriétés aérauliques et thermiques : viscosité faible et conductivité
thermique élevée ;
•compatibilité (huile ; matériaux ; stabilité chimique et thermique) ;
•coût et disponibilité.
37 37