ENSA4/GEE/2023-2024

Rapport du Projet de Fin d’Année

Présenté par

TAYANE Yahya
AOMARI Zahra

Spécialité : Génie de l’Energie et de l’Environnement

Thème :

Étude et Dimensionnement D’une Chambre Froide Positive

Encadré par : Entreprise : Zenith Pharma

M. SANNAD Mohamed, Encadrant à l’ENSA

M. BAHI Marouane, Encadrant à l’Entreprise

Soutenu le : 31/ 05 / 2024, devant la commission du jury : M. SANNAD Mohamed

M. MIR Rachid
M. NAJIM Monssif

I
 Dédicace

« Ce qui vient au monde sans rien troubler ne mérite ni égard ni patience »

René Char.

Du plus profond de notre cœur, nous dédions ce travail à tous ceux qui nous sont chers.

Nos parents, source d’amour et de tendresse aucune dédicace ne témoignerait de notre amour
et de notre profonde reconnaissance.

Nos frères et sœurs,

A toute notre grande famille,

A tous nos amis, tous nos professeurs

À tous ceux qui ont apporté leur contribution par un geste, un sourire ou un conseil à la création
de ce travail.

I
 Remerciement

On exprime nos vifs remerciements témoignage de nos profondes affections pour ceux
qui, de près ou de loin nous ont encouragé, soutenu et nous ont fourni toute sorte
d’informations dont nous avions besoin tout au long de notre stage.

Notre gratitude est ainsi allouée à Mr BAHI Marouane ingénieur responsable du service
maintenance qui nous a accueillis pour effectuer notre stage de fin d’année au sein de
l’entreprise ZENITH PHARMA en nous offrant ainsi la possibilité d’acquérir une expérience
professionnelle très enrichissante. Sans oublier notre encadrant de stage Monsieur SANNAD
Mohamed pour son soutien et son attention tout au long du déroulement de projet.

Le présent rapport reflète le fruit des efforts de toutes les années d’apprentissage et de
recherche. Il nous est alors primordial de souligner nos gratitudes et nos reconnaissances à
l’ensemble de nos professeurs, qui se sont toujours montrés à l’écoute et très disponible tout
au long de l’année d’étude.

II
Résumé

Cette étude vise à évaluer la balance thermique de la chambre froide ainsi que à choisir les
composants essentiels de la machine frigorifique (évaporateur, groupe de condensation et
détendeur) pour une installation pharmaceutique.

Mots clés :

Chambre froide, Quantité de chaleur, Dimensionnement.

Abstract

This study aims to evaluate the thermal balance of the cold room and select the essential
components of the refrigeration system (evaporator, condensing unit, and expansion valve) for
a pharmaceutical installation.

Keywords:

Cold room, Heat quantity, Sizing.

: ‫ﻣ ﻠﺨ ﺺ‬

‫اﻟﮭﺪف ﻣﻦ ھﺬه اﻟﺪراﺳﺔ ھﻮ ﺗﻘﯿﯿﻢ اﻟﺘﻮازن اﻟﺤﺮاري ﻟﻐﺮﻓﺔ اﻟﺘﺒﺮﯾﺪ واﺧﺘﯿﺎر اﻟﻤﻜﻮﻧﺎت اﻷﺳﺎﺳﯿﺔ ﻵﻟﺔ اﻟﺘﺒﺮﯾﺪ )اﻟﻤﺒﺨﺮ ووﺣﺪة‬
‫اﻟﺘﻜﺜﯿﻒ وﺻﻤﺎم اﻟﺘﻤﺪد( ﻟﺷرﻛﺔ أدوﯾﺔ‬..

: ‫اﻟﻜ ﻠﻤ ﺎت اﻟﻤ ﻔ ﺘﺎﺣ ﯿﺔ‬

‫ اﻟﺘﺤﺠﯿﻢ‬،‫ ﻛﻤﯿﺔ اﻟﺤﺮارة‬،‫ﻏﺮﻓﺔ اﻟﺘﺒﺮﯾﺪ‬

III
 Abréviation et symbole
BPF : Les bonnes pratiques de fabrications. HFO : HydroFluoro-Oléfines.

FDA: Food and Drug Administration CO2 : Le dioxyde de carbone

EMA : l’Agence européen des NH3 : L'ammoniac.

médicaments

GSK : GlaxoSmithKline. ODP : Potentiel de déplétion ozonique.

RH : Les Ressources humaines. PRG : Potentiel de réchauffement global

(GWP).

PFI : Prélèvement fiscal à l’importation. COP : Coefficient de performance

énergétique.

PFF: Priority first fit. Kw: Kilo watt.

HP: Haute pression. 𝐪𝐱 : Flux de chaleur en watt.

BP : Basse pression. °C : Degré Celsius.

KJ : Kilo joule. A : surface.

J: Joule. ∂T : Gradient de température.

Kg: Kilo Gramme. ∂x : Conductivité thermique du corps.

CFC: Chlorofluorocarbures. T : La température.

HCFC: Hydro chlorofluorocarbones. K : Kelvin.

HFC: Hydro fluorocarbone. W: Watt.

e : Épaisseur de la paroi. 𝛌 : Conductivité thermique.

𝒉 : Enthalpie thermodynamique. ∆𝑻 : différence de température.

𝒕 : La durée. 𝑘 : Coefficient de transmission thermique.

𝜼 : Rendement. τ : Temps d’ouverture de la porte.

𝒎𝒎 : Millimètre. 𝒕 : La durée.

𝒎 : Mètre. C : chaleur massique.

IV
V : Volume de la chambre froide. Cra : Coefficient de minoration.

Ɵ : Le temps. K : Facteur de correction.

𝝂 : Débit volumique 𝛗 : Taux d’humidité.

𝝆 : Masse volumique. 𝐦𝟑 : Mètre cube.

Lux : Unité de mesure de l’éclairement 𝐦𝐚𝐢𝐫 : Débit massique de l’air.

lumineux

𝐦𝟐 : Mètre carré. Cm : Centimètre.

𝒏 : Taux de renouvellement. s : l’entropie

V
 Liste Des figures
Figure 1: Siège de l'entreprise Zenith Pharma. .......................................................................... 2

Figure 2: Organigramme. ........................................................................................................... 3

Figure 3:Éléments d‘installation d‘une machine frigorifique. ................................................... 9

Figure 4: Cycle frigorifique...................................................................................................... 10

Figure 5: Fluides frigorigènes. ................................................................................................. 11

Figure 6: Exemple de Conservation des produits..................................................................... 12

Figure 7 : Composition de la paroi d’une chambre froide traditionnelle. ................................ 15

Figure 8: Diagramme de l'air humide ....................................................................................... 23

Figure 9: Bilan générale. .......................................................................................................... 25

Figure 10: Cycle frigorifique.................................................................................................... 32

Figure 11: Cycle de Carnot de production de froid .................................................................. 33

Figure 12: Diagramme enthalpique de cycle frigorifique. ....................................................... 34

Figure 13: Schéma de l'évaporateur. ........................................................................................ 39

Figure 14: Interface du logiciel. ............................................................................................... 40

Figure 15: Schéma du compresseur. ........................................................................................ 40

Figure 16: Schéma du condenseur. .......................................................................................... 42

Figure 17: Caractéristiques du détendeur. ................................................................................ 46

Figure 18: Caractéristique de la conduite. ................................................................................ 48

Figure 19: Caractéristique de la conduite d'aspiration ............................................................. 48

Figure 20: Caractéristiques de la conduite de refoulement ...................................................... 49

Figure 21: Caractéristiques de l'électrovanne........................................................................... 49

VI
 Liste Des Tableaux
Tableau 1: Coefficient de conductibilité thermique des isolants utilisent pour les murs des
chambres froides traditionnelles............................................................................................... 14

Tableau 2: Dimension de la chambre froide. ........................................................................... 22

Tableau 3: Répartition des Charges thermique à travers les parois ......................................... 22

Tableau 4: Insertion des données. ............................................................................................ 27

Tableau 5: Résultat du bilan frigorifique. ................................................................................ 27

Tableau 6: Caractéristiques du R404A..................................................................................... 31

Tableau 7: La saisie des données sur SOLKANE. ................................................................... 32

Tableau 8: Caractéristiques de chaque point. ........................................................................... 33

Tableau 9: Valeurs enthalpiques. ............................................................................................. 36

Tableau 10: Bilan énergétique.................................................................................................. 37

Tableau 11: Interface du logiciel. ............................................................................................. 38

Tableau 12: Caractéristiques de l'évaporateur. ......................................................................... 38

Tableau 13: Performances du compresseur. ............................................................................. 40

Tableau 14: Point de fonctionnement du compresseur. ........................................................... 41

Tableau 15: La sélection du condenseur. ................................................................................. 41

Tableau 16: Caractéristiques du condenseur. ........................................................................... 42

Tableau 17: Interface du logiciel. ............................................................................................. 45

Tableau 18: Les conditions de fonctionnement........................................................................ 46

VII
 Table de matière

Table des matières

Dédicace ............................................................................................................................. I

Remerciement ................................................................................................................... II

Résume ............................................................................................................................. III

Abréviation et symbole ..................................................................................................... IV

Liste Des figures ................................................................................................................ VI

Liste Des Tableaux ........................................................................................................... VII

Table de matière ............................................................................................................. VIII

Introduction générale ........................................................................................................ 1

Chapitre 1 : Présentation de l’entreprise d’accueil. ............................................................. 2

I. Introduction : ...................................................................................................................... 2

II. L‘organisation de la direction : ............................................................................................ 3

III. Fiche technique : ................................................................................................................. 4

IV. Cahier de charge PFA :..................................................................................................... 5

IV.1. Contexte de l’étude : ...................................................................................................................... 5
IV.2. Objectifs du projet : ........................................................................................................................ 5
IV.3. Objectifs généraux : ........................................................................................................................ 5
IV.4. Objectifs spécifiques : ..................................................................................................................... 5

V. Conclusion : ........................................................................................................................ 5

Chapitre 2 : Étude des technologies de froid industriel. ...................................................... 6

I. Introduction : ...................................................................................................................... 6

II. Technologie de production du froid :................................................................................... 6

II.1. Systèmes mécano-frigorifiques : .................................................................................................... 6
II.2. Systèmes thermo-frigorifiques : ..................................................................................................... 7
II.3. Choix du système : .......................................................................................................................... 7

III. Éléments de base d’une installation frigorigène : ................................................................ 7

VIII
 III.1. Compresseur : ................................................................................................................................. 7
III.2. Condenseur : ................................................................................................................................... 8
III.3. Détendeur : ..................................................................................................................................... 8
III.4. Évaporateur :................................................................................................................................... 8
III.5. Tuyauterie : ..................................................................................................................................... 8
III.6. Fluide frigorigène : .......................................................................................................................... 9
III.7. Accessoires : .................................................................................................................................... 9

IV. Fonctionnement d’une machine frigorigène : .................................................................. 9

V. Fluides frigorigènes : ......................................................................................................... 10

V.1. Critères de choix d’un fluide frigorigène : .................................................................................... 11
V.2. Impacts environnementaux :........................................................................................................ 11

VI. Conditions de conservation : ......................................................................................... 12

VII. Isolation des chambres froides : .................................................................................... 12

VII.1. Généralités sur l‘isolation : ........................................................................................................... 13
VII.2. La conductivité thermique ou coefficient de conductibilité de matériaux : ............................... 13
VII.3. Les normes d’isolation : ................................................................................................................ 14
VII.4. Isolation traditionnelle : ............................................................................................................... 14
VII.5. Panneaux préfabriqués : ............................................................................................................... 15

VIII. Conclusion : .................................................................................................................. 15

Chapitre 3 : Bilan Frigorifique............................................................................................16

I. Introduction : .................................................................................................................... 16

II. Généralité : ....................................................................................................................... 16

III. Charges thermiques externes : .......................................................................................... 17

III.1. Charges thermiques par transmission des parois : ...................................................................... 17
III.2. Charges thermiques au renouvellement d’air : ........................................................................... 18
III.3. Charge thermique due à l’ouverture de porte : ........................................................................... 19

IV. Charges thermiques internes :....................................................................................... 20

V. Charge frigorifique effective : ............................................................................................ 22

VI. Calcule des charges thermiques : .................................................................................. 22

VI.1. Présentation du projet :................................................................................................................ 22
VI.2. Calcule des charges thermiques externes : .................................................................................. 22
VI.3. Calcul des charges thermiques internes : ..................................................................................... 24

IX
 VII. Simulation avec le logiciel COOLSELECTOR : .................................................................. 26

VIII. Conclusion : .................................................................................................................. 29

Chapitre 4 : Choix des équipements. ..................................................................................30

I. Introduction : .................................................................................................................... 30

II. Fluide frigorigène : ............................................................................................................ 30

II.1. Généralités : .................................................................................................................................. 30
II.2. Caractéristiques techniques : ....................................................................................................... 31
II.3. Caractéristiques environnementales : ......................................................................................... 31
II.4. Contraintes légales : ..................................................................................................................... 31

III. Cycle thermodynamique de l’installation frigorigène : ...................................................... 32

IV. Calcul des paramètres énergétiques : ............................................................................ 33

IV.1. Rappel thermodynamique ............................................................................................................ 33
IV.2. Cycle frigorifique réel :.................................................................................................................. 34
IV.3. Calcule du bilan énergétique : ...................................................................................................... 35

V. Évaporateur : .................................................................................................................... 37
V.1. Présentation du logiciel FRIGASOFT2018 : ................................................................................... 37
V.2. Choix de l’évaporateur : ............................................................................................................... 37

VI. Compresseur : ............................................................................................................... 39

VI.1. Présentation du logiciel BITZER : .................................................................................................. 39
VI.2. Choix de compresseur :................................................................................................................. 39

VII. Condenseur : ................................................................................................................. 41

VIII. Détendeur : ................................................................................................................... 42

VIII.1. Critères de choix énergétiques : .............................................................................................. 43
VIII.2. Choix de détendeur : ................................................................................................................ 45

IX. Tuyauterie :....................................................................................................................... 47

IX.1. Le rôle de la tuyauterie : ............................................................................................................... 47
IX.2. Tuyauterie de l’installation :......................................................................................................... 47
IX.3. Dimensionnement des conduites : ............................................................................................... 47
IX.4. L’électrovanne :............................................................................................................................. 49

X. Étude environnementale : ................................................................................................. 50

X.1 Les normes ISO : ............................................................................................................................ 50
X.2 Protocole de Montréal :................................................................................................................ 50
X.3 Les réglementations nationales :.................................................................................................. 50

X
 XI. Étude économique : .......................................................................................................... 51

XII. Conclusion : .................................................................................................................. 52

Conclusion générale ..........................................................................................................53

Webographie ....................................................................................................................54

XI
 Introduction générale
Les chambres froides dans l’industrie pharmaceutique ont évolué grâce aux avancées des
normes de qualité et des bonnes pratiques de fabrication (BPF). Elles doivent maintenant
respecter des normes strictes de surveillance de la température, de contrôle de l’humidité, de
traçabilité des données et de sécurité des produits. Les réglementations de sécurité et de stabilité
des médicaments, imposées par des organismes comme la FDA et l’EMA, ont stimulé
l'innovation dans la conception des chambres froides. De plus, la durabilité et l’efficacité
énergétique sont devenues prioritaires, poussant les fabricants à concevoir des systèmes de
réfrigération plus performants et écologiques.

Ce projet est structuré en quatre chapitres, dans lesquels nous étudierons en détail les chambres
froides.

Le premier chapitre est une brève présentation de l'entreprise où le stage a été effectué.

Le deuxième chapitre est une étude des technologies de froid industriel, incluant des
informations sur les machines frigorifiques et l’isolation thermique des chambres froides.

Le calcul du bilan frigorifique d'une chambre froide positive est traité dans le troisième chapitre,
où nous avons évalué les charges thermiques de la chambre et sa puissance frigorifique, à la
fois manuellement et à l'aide d'un logiciel.

Enfin, le quatrième chapitre aborde le choix des équipements nécessaires pour le

fonctionnement de notre chambre froide, en se basant sur les résultats obtenus dans le troisième
chapitre.

1
 Chapitre 1 : Présentation de l’entreprise d’accueil.
I. Introduction :

ZENITH PHARMA, présenté dans la figure 1, est un jeune laboratoire d’industrie

pharmaceutique marocain, situé dans la zone industrielle Tassila à Agadir.

Figure 1: Siège de l'entreprise Zenith Pharma.

ZENITH Pharma est le premier laboratoire pharmaceutique dans toute la région du sud, crée
en 2002, cette jeune firme innovante et audacieuse a commencé comme une entreprise
commerciale (importation des médicaments dans le but de les revendre), jusqu'en 2009 ou elle
a démarré ses activités techniques (production des médicaments) tout en continuant ses activités
d’importation, avec un effectif actuel d’environ 280 personnes. Depuis sa création, ZENITH
PHARMA a conclu plusieurs partenariats avec des laboratoires multinationaux leaders dans le
domaine d’industrie pharmaceutique Ils sont :

* ACINO * BAUSCH & LOMB * BIOPHA

* GSK * TECNIMED * GENEPHARM
* MERCK MF * OMEGAPHARMA * AJANTA

L’entreprise Zénith à tracer plusieurs objectifs, soit à long ou à court terme, parmi lesquels :
Permettre l’accès aux médicaments aux citoyens, favoriser la créativité, l’épanouissement et
l’expression des Hommes qui composent la firme, répondre aux attentes des médecins
prescripteurs, des pharmaciens dispensateurs et tous les patients bénéficiaires.

ZENITH Pharma fabrique des produits pharmaceutiques sous licence de plusieurs laboratoires
et importe d’autres sous la forme fini ou semi-conditionnés. Ce laboratoire s’adonne à quatre
domaines d’activité différents : La pharmacie, La parapharmacie, La cosmétique, La diététique.

2
A ce jour, elle a mis sur le marché plus de 200 produits entre produits importés et produits
fabriqués.

II. L‘organisation de la direction :

L’organigramme de ZENITH PHARMA qui est représenté dans la figure 2, fait ressortir une
structure fonctionnelle. Elle est divisée en Directions ayant pour mission de réaliser et de
contrôler une fonction particulière. Ainsi nous distinguons entre : La Direction APG
(Pharmacien responsable), La Direction Commerciale, La Direction Financière, La Direction
Industrielle, La Direction Marketing et Vente.

Figure 2: Organigramme.

3
 III. Fiche technique :

La fiche technique résume brièvement les informations essentielles et les chiffres clés de
l'entreprise. La fiche technique de Zenith Pharma est la suivante :

Création : 2002

Dates clés 2006 : Date de démarrage des opérations

2009 : Date de démarrage de production

Données clés :

Forme juridique Société anonyme S.A

Siège social Usine 96, Zone Industrielle Tassila, Inezgane, Agadir

Activité Fabrication et importation des produits Pharmaceutiques.

Produits Produits pharmaceutiques, Dermo-cosmétiques diététiques

Et parapharmaceutiques.

Capital social 32 000 000 MAD

Destination du produit Marché national

Nombre de client 50 distributeurs

Effectif 280

Site web www.zenithpharma.ma

Téléphone +212 5 28 83 83 74

Fax +212 5 28 83 79 25

4
IV. Cahier de charge PFA :
IV.1. Contexte de l’étude :
La conservation adéquate des médicaments est d'une importance capitale pour garantir leur
efficacité et leur sécurité pour les patients. Les médicaments doivent être stockés dans des
conditions contrôlées, notamment en ce qui concerne la température, l'humidité et d'autres
facteurs environnementaux. Dans de nombreux cas, le stockage des médicaments nécessite
des installations spéciales telles que des chambres froides.

IV.2. Objectifs du projet :

L’objectif de ce projet est de concevoir et dimensionner une chambre froide positive pour
stocker des médicaments dans un environnement médical.

IV.3. Objectifs généraux :

Les objectifs généraux de ce projet visent à garantir le respect des normes de stockage des
médicaments en termes de température et de sécurité, tout en concevant une chambre froide
positive efficiente en termes d'espace, de consommation d'énergie et de coûts de maintenance.

IV.4. Objectifs spécifiques :

Les objectifs spécifiques comprennent la détermination des exigences spécifiques de stockage

des médicaments en termes de température selon les normes médicales et pharmaceutiques en
vigueur, la sélection d'équipements appropriés pour garantir le contrôle de la température à
l'intérieur de la chambre froide, le dimensionnement de la chambre froide en fonction de la
quantité de médicaments à stocker et des contraintes d'espace disponibles, la conception d'un
système de surveillance et de contrôle automatique pour maintenir les conditions de stockage
requises, ainsi que l'évaluation des coûts initiaux et des coûts de fonctionnement de la chambre
froide, y compris les coûts énergétiques et de maintenance.

V. Conclusion :

Depuis sa création en 2002, ZENITH Pharma a évolué d'une entreprise d'importation de

médicaments à un acteur clé de la production pharmaceutique. Engagée dans la pharmacie, la
parapharmacie, la cosmétique et la diététique, ZENITH Pharma offre aujourd'hui plus de 200
produits sur le marché. Dans les chapitres suivants, nous explorerons les aspects liés au froid et
aux chambres froides essentiels à la conservation de ces produits.

5
Chapitre 2 : Étude des technologies de froid industriel.
I. Introduction :

Le froid industriel est une technologie utilisée pour refroidir et maintenir une température basse
dans divers processus et applications industrielles. Il offre une gamme d'avantages, notamment
la prolongation de la durée de conservation des produits, le maintien de leur qualité,
l'amélioration de la sécurité alimentaire, l'augmentation de la productivité des processus
industriels et la réduction de la consommation d'énergie. Le froid industriel joue un rôle crucial
dans de nombreux secteurs, notamment :

Agroalimentaire : Conservation des denrées périssables (viande, fruits, légumes, produits

laitiers...).

Chimie : Contrôle de la température des réactions chimiques et des procédés de fabrication.

Pharmaceutique : Conservation des médicaments et des produits sensibles à la température.

II. Technologie de production du froid :

Il existe plusieurs techniques pour produire du froid industriel, les deux plus courantes sont :

II.1. Systèmes mécano-frigorifiques :

Les systèmes mécano-frigorifiques sont des dispositifs qui produisent du froid en exploitant
principalement les cycles de compression et de détente des gaz. Parmi les technologies qu'ils
utilisent pour cette production, on trouve :

Compression de vapeurs liquéfiables : C'est la technologie la plus répandue, utilisée dans les
réfrigérateurs, climatiseurs et congélateurs. Elle fonctionne par compression d'un fluide
frigorigène qui change d'état (liquide/gaz) pour absorber et rejeter la chaleur.

Cycles à gaz : Cette technologie utilise un gaz comme fluide frigorigène, sans changement
d'état. Elle est moins courante que la compression de vapeurs liquéfiables, mais offre certains
avantages en termes d'efficacité énergétique et de respect de l'environnement.

6
 II.2. Systèmes thermo-frigorifiques :

Les systèmes thermo-frigorifiques sont des dispositifs qui produisent du froid en utilisant des
phénomènes thermiques, tels que :

Absorption : Ce système utilise un fluide caloporteur (eau) et un absorbant (bromure de lithium)

pour absorber la chaleur. Il est généralement alimenté par une source de chaleur externe
(chaudière, énergie solaire).

Adsorption et thermochimiques : Ces systèmes utilisent des matériaux solides pour absorber
la chaleur. Ils sont encore en phase de développement, mais offrent un potentiel important
d'innovation.

Éjection : Ce système utilise un compresseur à vapeur pour créer une différence de pression et
absorber la chaleur. Il est encore peu répandu, mais offre une alternative intéressante aux
systèmes à compression de vapeurs liquéfiables.

II.3. Choix du système :

Le choix du système de production de froid dépend de plusieurs facteurs, tels que la puissance
frigorifique nécessaire, l'application (réfrigération, climatisation, processus industriel),
l'efficacité énergétique et le budget

III. Éléments de base d’une installation frigorigène :

Les éléments de base d'une installation frigorigène peuvent varier en fonction du type de
système de réfrigération ou de climatisation utilisé, mais les composants les plus courants que
l'on trouve dans la plupart des installations, comme indiqué dans la figure 3 sont :

III.1. Compresseur :

Le compresseur est le cœur de l'installation frigorifique. Il a pour fonction de comprimer le

fluide frigorigène gazeux, ce qui augmente sa pression et sa température. Le compresseur peut
être de type :

ü Hermétique : Le compresseur et le moteur électrique sont scellés dans une enveloppe

hermétique.
ü Semi-hermétique : Le compresseur et le moteur électrique sont séparés par un carter
amovible.

7
 ü Ouvert : Le compresseur et le moteur électrique sont séparés et reliés par un
accouplement.

III.2. Condenseur :

Le condenseur est un échangeur thermique qui permet de condenser le fluide frigorigène gazeux
à haute pression et température en liquide. Le condenseur peut être refroidi par :

Air : Le condenseur est constitué d'un faisceau de tubes ailetés sur lesquels circule l'air ambiant.

Eau : Le condenseur est constitué d'un faisceau de tubes lisses dans lesquels circule l'eau.

III.3. Détendeur :

Le détendeur est un organe de régulation qui permet de détendre le fluide frigorigène liquide à
haute pression en gaz à basse pression et température. Le détendeur peut être de type :

Thermostatique : Le détendeur régule le débit de fluide frigorigène en fonction de la

température de l'évaporateur.

Électronique : Le détendeur régule le débit de fluide frigorigène en fonction de plusieurs

paramètres (température, pression, etc.).

III.4. Évaporateur :

L'évaporateur est un échangeur thermique qui permet d'absorber la chaleur du milieu à refroidir
et de la transférer au fluide frigorigène liquide. L'évaporateur peut être de type :

A air : L'évaporateur est constitué d'un faisceau de tubes ailetés sur lesquels circule l'air à
refroidir.

A eau : L'évaporateur est constitué d'un faisceau de tubes lisses dans lesquels circule l'eau à
refroidir.

III.5. Tuyauterie :

La tuyauterie permet de relier les différents éléments de l'installation frigorifique. Elle est
généralement en cuivre ou en acier inoxydable.

8
 III.6. Fluide frigorigène :

Le fluide frigorigène est la substance utilisée dans les installations frigorifiques pour transporter
la chaleur. Il est choisi en fonction de ses propriétés thermodynamiques, de son impact
environnemental et de sa compatibilité avec les matériaux de l'installation.

III.7. Accessoires :

L'installation frigorifique peut également comporter d'autres accessoires tels que :

ü Un filtre déshydrateur : Pour éliminer l'humidité du circuit frigorifique.

ü Un accumulateur de liquide : Pour stocker le fluide frigorigène liquide et éviter les
coups de liquide au compresseur.
ü Un indicateur de niveau : Pour visualiser le niveau de fluide frigorigène dans le
condenseur.
ü Un pressostat : Pour contrôler la pression du fluide frigorigène dans le circuit.
ü Une vanne de sécurité : Pour protéger l'installation en cas de surpression.

Figure 3: Éléments d‘installation d‘une machine frigorifique.

IV. Fonctionnement d’une machine frigorigène :

Une installation frigorifique fonctionne en transférant de la chaleur d'un milieu à basse

température (source froide) vers un milieu à haute température (source chaude). Le fluide
frigorigène est crucial dans ce processus. Dans l'évaporateur, il absorbe la chaleur et passe de
l'état liquide à l'état gazeux, nécessitant de l'énergie sous forme de chaleur latente de
vaporisation. Ensuite, le gaz frigorigène est comprimé par le compresseur, augmentant sa
pression et sa température. Il se dirige ensuite vers le condenseur où il libère la chaleur absorbée
à la source chaude. En se refroidissant, le gaz frigorigène se condense et retourne à l'état liquide.

9
Enfin, le liquide frigorigène est détendu par la valve de détente, ce qui diminue sa pression et
sa température. Il est alors prêt à retourner dans l'évaporateur et recommencer le cycle.

Le cycle frigorifique représenté dans la figure 4 est composé de quatre étapes :

ü Évaporation : Le fluide frigorigène absorbe la chaleur de la source froide et se vaporise.

ü Compression : Le gaz frigorigène est comprimé par le compresseur.
ü Condensation : Le gaz frigorigène cède la chaleur à la source chaude et se condense.
ü Détente : Le liquide frigorigène est détendu et retourne à l'état initial.

Ce cycle est répété en permanence pour maintenir une température basse dans la source
froide.

Figure 4: Cycle frigorifique.

V. Fluides frigorigènes :

Les fluides frigorigènes présentés dans la figure 5 sont les substances utilisées dans les
installations frigorifiques pour transporter la chaleur. Ils sont classés selon leur composition
chimique et leurs propriétés thermodynamiques, parmi eux, on trouve :

ü CFC : R11, R12, R13.

ü HCFC : R22, R123, R124.
ü HFC: R134a, R404A, R410A.
ü HFO: R1234yf.
ü Fluides naturels : Ammoniac (NH3), dioxyde de carbone (CO2), hydrocarbures.

10
 Figure 5: Fluides frigorigènes.

V.1. Critères de choix d’un fluide frigorigène :

Le choix d'un fluide frigorigène repose sur plusieurs critères importants, notamment :

ü Efficacité énergétique : Le fluide frigorigène doit avoir un bon coefficient de performance

(COP).
ü Impact environnemental : Le fluide frigorigène doit avoir un faible potentiel de
réchauffement global (PRG) et un faible potentiel d'appauvrissement de la couche d'ozone
(ODP).
ü Sécurité : Le fluide frigorigène ne doit pas être toxique ou inflammable.
ü Compatibilité avec les matériaux : Le fluide frigorigène doit être compatible.

V.2. Impacts environnementaux :

Les fluides frigorigènes peuvent avoir un impact environnemental important, notamment sur :

ü Le réchauffement climatique : Les fluides frigorigènes à base de HFC

(hydrofluorocarbones) ont un fort potentiel de réchauffement global (PRG). Le PRG d'un
fluide frigorigène est mesuré par rapport au CO2, qui a un PRG de 1. Par exemple, le R134a
a un PRG de 1430, ce qui signifie qu'il est 1430 fois plus puissant que le CO2 pour piéger
la chaleur dans l'atmosphère.
ü La couche d'ozone : Les fluides frigorigènes à base de CFC (chlorofluorocarbones) et de
HCFC (hydrochlorofluorocarbones) ont un fort potentiel d'appauvrissement de la couche
d'ozone (ODP). L'ODP d'un fluide frigorigène est mesuré par rapport au R11, qui a un ODP
de 1. Par exemple, le R12 a un ODP de 0,9, ce qui signifie qu'il est légèrement moins
puissant que le R11 pour détruire la couche d'ozone.
ü Pollution atmosphérique : Certains fluides frigorigènes peuvent être toxiques ou
inflammables.

11
VI. Conditions de conservation :

La conservation des médicaments vise à maintenir leur qualité, leur efficacité et leur sécurité
tout au long de leur durée de vie. Pour ce faire, il est nécessaire de comprendre les facteurs et
les mécanismes d'altération qui peuvent affecter les médicaments, tels que l'exposition à la
chaleur, à l'humidité, à la lumière et aux contaminants.

Figure 6: Exemple de Conservation des produits.

Différents modes de conservation sont utilisés pour les médicaments, notamment le stockage
dans des conditions de température contrôlée, telles que les chambres froides représentées dans
la figure 6, les réfrigérateurs pharmaceutiques et les congélateurs, en fonction des exigences
spécifiques de chaque médicament. Ces conditions de stockage, associées à une isolation
efficace pour maintenir la température requise, assurent que les médicaments restent stables et
efficaces jusqu'à leur date d'expiration, en ajustant la température selon les caractéristiques
physico-chimiques de chaque médicament. Par exemple, certains médicaments doivent être
conservés à des températures spécifiques, comme entre 2°C et 8°C pour les produits réfrigérés,
tandis que d'autres peuvent être stockés à température ambiante.

En résumé, la conservation des médicaments implique une gestion précise des conditions
environnementales pour garantir leur qualité et leur sécurité. Les procédures de stockage.

VII. Isolation des chambres froides :

L'isolation des chambres froides assure une température stable et réduit la consommation
d'énergie.

12
 VII.1. Généralités sur l‘isolation :

L'isolation joue un rôle essentiel dans la réduction des coûts de production de frigories en
limitant les échanges thermiques entre l'extérieur et l'intérieur. Cela est particulièrement crucial
pour les conteneurs, où une bonne isolation est nécessaire pour minimiser les apports
thermiques. Un bon isolant doit posséder plusieurs caractéristiques clés : Avoir une faible
densité. Avoir une très faible conductivité thermique, une bonne résistance à la diffusion de la
vapeur. Être non hygroscopique avec un prix raisonnable et ininflammable.

La performance d‘isolation augmente si l‘isolant contient une certaine quantité d‘air car l‘air
est le meilleur isolant s‘il est sec et au repos λ=0.020W/m.K, la grandeur qui permet de mesurer
la qualité d‘un isolant est la conductivité thermique en W/m.K ou W/m.ºC.

VII.2. La conductivité thermique ou coefficient de conductibilité de matériaux :

La conductivité thermique (λ) intervient dans la formulation de la loi de Fourier indiqué par
l’équation 1 pour la conduction de chaleur. Pour un système unidimensionnel, on a la relation :

()
𝑞' = − 𝜆 (' 𝐴 (1)

𝒒𝒙 : Flux de chaleur en watt.

A : Surface perpendiculaire à la direction en m².

∂T : Gradient de température suivant x (K/m).

∂x : Conductivité thermique du corps en W/m.K.

Elle est la grandeur introduite pour quantifier l’aptitude d’un corps à conduire de chaleur. Elle
représente la quantité de chaleur transfère par unité de temps et par unité de surface sous l’action
d’un gradient de température entre les deux extrémités d’une paroi quelconque. Elle dépend
essentiellement de la nature du matériau, la valeur de λ varie avec la température, mais en
pratique on la considère souvent comme constante. La conductivité thermique détermine le
choix de l’isolant, plus λ est faible plus on a une bonne isolation, pour les isolants, λ varie de
0.025 a 0.093.

13
 VII.3. Les normes d’isolation :

L'isolation d'une chambre froide revêt une importance capitale pour le bon fonctionnement de
l'installation. Si l'isolation est insuffisante, elle favorise l'entrée de chaleur par conduction à
travers les parois, ce qui peut entraîner une augmentation du temps de fonctionnement du
compresseur. L'objectif de l'isolation est de limiter le coefficient global de transmission
thermique à 0,36 W/m². °C à travers toutes les parois du conteneur, Il existe également des
normes ISO pour l'isolation thermique des chambres froides, qui définissent les lignes
directrices et les critères de performance pour leur conception, construction et fonctionnement,
ainsi que les exigences en matière de performances thermiques et d'efficacité énergétique, telles
que l'ISO 520:2008 et l'ISO 23953.

VII.4. Isolation traditionnelle :

L’isolant généralement utilisé est le polystyrène (sous forme de plaques ou de feuilles), lorsque
l’épaisseur de l’isolation est supérieure à 8 cm (voir 10 cm dans certains cas), il est adopté une
seule couche d’isolation. Dans le cas contraire, il est adopté deux couches d’isolation à joints
croisés. Le Tableau 1 représente les valeurs de conductivité thermique pour chaque type
d'isolant.

Tableau 1: Coefficient de conductibilité thermique des isolants utilisent pour les murs des chambres froides
traditionnelles.

Fibre de verre Polystyrène Polyuréthane

λ (W/m.°C) 0.03 0.03 0.024

L'isolant doit être protégé contre les chocs Comme on peut le voir dans la figure 7, et pour cela,
un revêtement couramment utilisé est l'enduit grillagé. Ce dernier consiste en un grillage à
mailles hexagonales de 25 mm fixé contre l'isolant à l'aide d'étriers, puis recouvert d'un enduit
ciment. Dans le cas des grandes chambres froides, on peut opter pour l'utilisation de tôle en
acier nervurée. En général, le plafond n'est pas protégé en raison du faible risque de chocs.

14
 Figure 7 : Composition de la paroi d’une chambre froide traditionnelle.
.

VII.5. Panneaux préfabriqués :

Les panneaux préfabriqués utilisés dans les chambres froides sont composés d'un isolant en
polyuréthane collé entre deux feuilles résistantes, comme la tôle en acier galvanisé,
l'aluminium, l'acier inoxydable, le stratifié verre-polyester et le contreplaqué de qualité marine,
leur assemblage se fait sur place. Ces panneaux offrent une isolation thermique et acoustique
exceptionnelle grâce au polyuréthane, ils permettent une construction rapide et précise,
réduisant ainsi les coûts et les délais. Leur légèreté facilite la manipulation et l'installation,
offrant durabilité et résistance aux intempéries, ce qui en fait une solution moderne et efficace
pour divers projets de construction.

VIII. Conclusion :

Le froid industriel, bien plus qu'une simple technologie, est un pilier essentiel de nombreuses
industries. Sa fonction de conservation des produits périssables ne représente qu'une fraction
de son importance. Il incarne l'ingéniosité humaine face aux défis climatiques et logistiques,
tout en façonnant nos économies et nos habitudes de consommation. Dans les prochains
chapitres, nous explorerons en détail son rôle central, révélant ses multiples implications et son
impact profond sur notre société moderne.

15
 Chapitre 3 : Bilan Frigorifique.
I. Introduction :

Le bilan frigorifique, au cœur des systèmes de réfrigération et de climatisation, est un outil

essentiel pour évaluer les échanges de chaleur dans un système, dans ce chapitre en explorant
les principes théoriques, les méthodes de calcul pour chiffrer cette grandeur qui nous permet
d'évaluer les échanges de chaleur à l'intérieur du système. Cela garantit un bon fonctionnement
de l'installation, aussi optimiser ses performances, prévenir les pannes et réduire la
consommation d'énergie. En outre, le bilan frigorifique permet de dimensionner correctement
les équipements, de déterminer les besoins en puissance frigorifique.

En somme, il est un outil clé pour concevoir, exploiter et entretenir efficacement les systèmes
frigorifiques.

II. Généralité :

Le calcul des charges thermiques d'une chambre froide a un objet c’est de déterminer la
puissance frigorifique de l'équipement à mettre en œuvre pour la réfrigération de cette chambre,
ces charges se répartissent en deux catégories :

ü les charges thermiques externes :

Les charges thermiques externes comprennent, les charges dues aux apports de chaleur par
transmission à travers l'enveloppe de la chambre froide (parois verticales, plancher bas et
plancher haut) et les charges dues au renouvellement d'air.

ü les charges thermiques internes :

Les charges thermiques internes se divisent en deux catégories que sont les charges dépendantes
des produits entreposés et les charges indépendantes des produits entreposés, Les charges
thermiques internes dépendantes des produits entreposés comprennent : les charges dues aux
produits entrants.

Les charges thermiques internes indépendantes des produits entreposés comprennent : Les
charges dues à l'éclairage, les charges dues au personnel ,les charges dues à la chaleur dégagée

16
par le moteur de chaque ventilateur d'évaporateur, les charges dues au dégagement de chaleur
des résistances électriques des évaporateurs.

III. Charges thermiques externes :

III.1. Charges thermiques par transmission des parois :

Le calcul s'effectue paroi par paroi à savoir les quatre parois verticales puis le plancher haut
(toiture) et enfin le plancher bas lorsqu’il s’agit de chambre froide négative, La charge
thermique par transmission à pour valeur :.

𝑄, = 𝑘 × 𝑆 × 𝛥𝑇 × 86,4. (2)

𝑄, : Charge thermique par transmissions à travers les parois en KJ.

S : surface de la paroi considérée en m².

𝛥𝑇 : différence de température entre les deux côtés de la paroi considérée en °C.

86,4 = 24heure×3600/1000.

Le coefficient de transmission thermique 𝑘 s'exprime comme suit :

-
𝑘= ! $% ! (3)
.∑%
# & % ."$
"#

𝑘 : coefficient de transmission thermique de la paroi considérée en W/m². °C

1/hi : résistance thermique superficielle interne en m2°C/W.

𝛴𝑒0 /𝜆0 : somme des résistances thermiques des différentes couches de matériaux constituant
la paroi en m2.°C/W.

-
1$
: Résistance thermique superficielle externe en m2°C/W.

𝑒0 : Épaisseur de la paroi n en m.

𝜆0 : Conductivité́ thermique de la paroi n en W/m°C.

17
 III.2. Charges thermiques au renouvellement d’air :

Le renouvellement consiste au remplacement d'une partie de l'air de la chambre froide par de

l'air extérieur, la quantité́ d'air neuf admise doit être refroidie de la température extérieure à la
température de la chambre froide et constitue donc une charge thermique.

𝑄234 = 𝑚234 × ∆ℎ × 86,4 (4)

𝑄234 : Charge thermique par renouvellement d’air en kJ.

𝑚234 : Débit massique de l’air extérieur admis en kg/s.

∆ℎ : Différence d’enthalpie entre l’air extérieur et l’air de la chambre froide en J/kg.

Le débit massique de l’air extérieur admis peut s’obtenir par la relation suivante :

5×7
𝑚234 = 89:;;

𝑚234 : Débit massique de l’air extérieur admis en kg/s.

<
𝜈 : Débit volumique d’air extérieur admis en𝑚 G𝑗.

𝜌 : Masse volumique de l’air dans la chambre froide en kg/𝑚< .

(86400= nombre de seconde dans une journée)

Le débit volumique peut être obtenu par la relation suivante :

𝜈 =𝑛×𝑉 (5)

<
𝜈 : Débit volumique en 𝑚 G𝑗.

V : Volume de la chambre froide en 𝑚< .

𝑛 : Taux de renouvellement de l’air extérieur

𝑛 peut-être déterminer par la relation suivante :

18
 =;
𝑛= (6)
√?

Le taux de renouvellement d’air et lie au trafic des produits ,des machines et des personnes
entre l’extérieur et l’intérieur de la chambre froide . Plus le trafic est intense , plus le taux de
renouvellement est élevée, Lorsque le trafic est intense, dans la formule exprimant n, 70 peut
être remplacé par 100. D’après ce qui précède, la chaleur due au renouvellement d’air peut
s’exprimer :

𝑄234 = (𝑛 × 𝑉 × 𝜌 × ∆ℎ)/86400

𝑄234 : Chaleur thermique due au renouvellement d’air en W.

𝑛 : Taux de renouvellement de l’air extérieur.

V : Volume de la chambre froide en 𝑚< .

𝜌 : Masse volumique de l’air dans la chambre froide en kg/𝑚< .

∆ℎ : Différence d’enthalpie entre l’air extérieur et l’air de la chambre froide en J/kg.

III.3. Charge thermique due à l’ouverture de porte :

7
𝑄@, = 𝐾 × 𝜏 × 𝜌3 × 𝑆 × √𝐻 × Q1 − 7 # × ∆ℎ × 𝐶𝑟𝑎 (7)
$

K : Facteur de correction qui est égale :

K = 0.48 × 0.004 × (𝜃𝑒 − 𝜃𝑖)

𝜃A : Température extérieure.

𝜃3 : Température intérieure.

𝜏 : Temps de ouverture de la porte.

𝜌A : Masse volumique de l’air extérieure en Kg/𝑚< .

𝜌3 : Masse volumique de l’air interieure en Kg/𝑚< .

19
H : Hauteur de la porte en 𝑚.

S : surface de la porte en 𝑚B .

∆ℎ : Variation de l’enthalpie de l’air extérieure et l’enthalpie de l’air intérieure en kj/kg.

Cra : coefficient de minoration dans le cas d’utilisation d’un rideau d’air.

On prendra Cra=1 en absence de rideaux et Cra=0,25 avec rideaux.

IV. Charges thermiques internes :

IV.1. Charge thermique due à l’éclairage :

Les luminaires des chambres froides classiques doivent pouvoir résister au froid, à l'humidité,
être étanches à l'eau, être protèges des contacts avec tous objets (degré́ de protection IP 68) et
être insensibles aux effets de la poussière.

L'éclairement nominal habituellement prévu oscille entre 60 et 100 lux ce qui fait que l'on peut
adopter une charge thermique d'environ 6 W/m2 au sol, La charge thermique du a l’éclairage
se calcul d’après la formule :

𝑄AC = 𝑁 × 𝑃 × 𝑡 × 3600 × 10D< (8)

𝑄AC : Charge thermique due à l’éclairage en KJ.

𝑁 : Nombre de luminaires.

P : Puissance de chaque luminaire en W.

𝑡 : duré de fonctionnement des luminaires en heure.

IV.2. Charge thermique due aux personnes :

La charge thermique due aux personnes se calcul d’après la formule :

𝑄A, = 𝑁 × 𝑃 × 𝑡 × 3600 × 10D< (9)

𝑄A, : Charge thermique due aux personnes en KJ.

20
𝑁 : Nombre de personnes opérant dans la chambre.

𝑃 : Quantité de chaleur dégagée par unité de temps par une personne en activité en W.

𝑡 : Durée de présence de chaque personne dans la chambre froide en heure.

Le métabolisme d’une personne en activité́ dans une chambre froide est lié à la température
intérieure de celle-ci.

IV.3. Charge thermique due aux moteurs des ventilateurs des évaporateurs :

La charge thermique due aux moteurs des ventilateurs des évaporateurs s’écrit :

𝑄EA0F = 𝑁 × 𝑃 × 𝑡 × 3600 × 10D< (10)

𝑄EA0F : Charge thermique due aux moteurs des évaporateurs en KJ.

𝑛 : Nombre de moteur de ventilateurs.

𝑃 : Puissance du ventilateur considérée en W.

𝑡 : Durée du fonctionnement des ventilateurs en heure.

IV.4. Charge thermique due aux produits entrants :

Presque toujours, les produits introduits sont à une température supérieure à celle de la chambre
froide. Pendant que leur température n’est pas atteinte à la température d’entreposage, ils
produisent une certaine quantité de chaleur, la charge due aux produits entrants est donnée par
la formule suivante :

𝑄,4G = 𝐶 × 𝑚, × ∆𝑇 (11)

𝑄,4G : Charge thermique due aux produits entrants en KJ.

C : Chaleur massique de produit.

𝑚, : Masse de produit introduit en Kg.

∆𝑇 : Différence de température entre l’entrée et la sortie des produits.

21
 V. Charge frigorifique effective :

La charge frigorifique effective est la somme de toutes ces charges précédemment

déterminées :

Q = 𝑄, +𝑄234 +𝑄AC +𝑄A, + 𝑄EA0F + 𝑄,4G

VI. Calcule des charges thermiques :

VI.1. Présentation du projet :

C’est une chambre froide de conservation des médicaments. La taille de cette chambre est
représentée dans le tableau 2 suivant :

Tableau 2: Dimension de la chambre froide.

Longueur (m) Largeur (m) Hauteur (m)

Dimension 20 15 3

VI.2. Calcule des charges thermiques externes :

VI.2.1. Charge thermique par transmission à travers les parois :

𝑄, = 𝑘 × 𝑆 × 𝛥𝑇 × 86,4

Le tableau 3 regroupe les résultats de Qp pour chaque paroi.

Tableau 3: Répartition des Charges thermique à travers les parois

Désignation des Paroi K (W/𝒎𝟐 𝒌) Surface (𝒎𝟐 ) ∆𝑻 Qp (W)

Paroi 1 0.29 45 20 261

Paroi 2 0.29 45 20 261
Paroi 3 0.29 60 20 348
Paroi 4 0.29 60 20 348
Sol 0.29 300 10 870
Plafond 0.29 300 25 2175

𝑄, (Totale) = (261+261+348+348+870+2175) × 86,4 = 368323,2 KJ

22
 VI.2.2. Charge thermique due au renouvellement d’air :

𝑄234 = 𝑚234 × ∆ℎ × 86,4

E×7
On a: 𝑚234 = 89:;;

=;
Avec : 𝜈 =𝑛×𝑉 et 𝑛=
√?

Donc : 𝑣 = 70 × √𝑉 ® 𝜈 = 70 × √900 ® 𝑣 = 2100𝑚< /𝑗

La masse volumique de l’air dans la chambre froide est : 𝜌 = 1/𝑉H,AC3I3JKA .

-
D’après le diagramme de l’air humide on a : 𝝆 = ;,=MN = 𝟏, 𝟐𝟓𝟖 𝒌𝒈/𝒎𝟑 .

B-;;×-,BM8
Alors : 𝒎𝒂𝒊𝒓 = 89:;;
= 𝟎, 𝟎𝟑𝟏 𝒌𝒈/s

On ∆h D’après le diagramme de l’air humide représenté par la figure 8:

Figure 8: Diagramme de l'air humide

23
 ü On a 𝜑30F = 75% et T=5℃ :

On trouve que ℎ30F = 15 𝐾𝐽/𝐾𝑔

ü On a 𝜑A' = 60% et T=25℃ :

On trouve que ℎA' = 57 𝐾𝐽/𝐾𝑔

Finalement : ∆𝒉 = 𝟒𝟐 𝑲𝑱/𝑲𝒈

𝑄234 = 𝑚234 × ∆ℎ × 86,4

𝐴. 𝑁: 𝑸𝒂𝒊𝒓 = 0,031 × 42 × 86,4 = 𝟏𝟏𝟐, 𝟔𝟔 𝑲𝑱

VI.2.3. Charge thermique a l’ouverture de porte :

𝜌3
𝑄@, = 𝐾 × 𝜏 × 𝜌3 × 𝑆 × √𝐻 × x1 − × ∆ℎ × 𝐶𝑟𝑎
𝜌A

-,B<;
A.N : 𝑄@, = 0,0384 × 900 × 1,258 × 4,68 × √2,6 × Q1 − -,BM8 × 42 × 1

𝑸𝑶𝒑 = 𝟐𝟎𝟓𝟓, 𝟕𝟕𝑲𝑱

VI.3. Calcul des charges thermiques internes :

VI.3.1. Charges thermiques due à l’éclairage :

𝑄AC = 𝑁 × 𝑃 × 𝑡 × 3600

9×T
On calcule N : 𝑁= U

Avec : S = 300𝑚B et P = 36 W

9×<;;
Donc : 𝑵= <9
= 𝟒𝟓

Donc : 𝑸𝒆𝒄 = 45 × 36 × 8 × 3600 × 10D< = 𝟒𝟔𝟔𝟓𝟔 𝑲𝑱

24
 VI.3.2. Charges thermiques due aux personnes :

𝑸𝒆𝒑 = 𝑛 × 𝑃 × 𝑡 × 3600 𝑸𝒆𝒑 = 4 × 242 × 3 × 3600 × 10D< = 𝟏𝟎𝟒𝟓𝟒, 𝟒 𝐊𝐉

VI.3.3. Charges due aux moteurs des ventilateurs des évaporateurs :

Selon les anciennes études P=600 W pour les ventilateurs :

𝑸𝒗𝒆𝒏𝒕 = 𝑛 × 𝑃 × 𝑡 × 3600 × 10D< 𝑸𝒗𝒆𝒏𝒕 = 600 × 4 × 16 × 3600 × 10D< = 𝟏𝟑𝟖𝟐𝟒𝟎 𝑲𝑱

VI.3.4. Charges thermiques due aux produits entrants :

𝑸𝒑𝒓𝒐 = 𝐶 × 𝑚, × ∆𝑇 𝑸𝒑𝒓𝒐 = 3,1 × 55000 × 10 = 𝟏𝟕𝟎𝟓𝟎𝟎𝟎 𝑲𝑱

VI.3.5. Charges frigorifiques effective :

Q = 𝑸𝒑 +𝑸𝒂𝒊𝒓 +𝑸𝒆𝒄 +𝑸𝒆𝒑 + 𝑸𝒗𝒆𝒏𝒕 + 𝑸𝒑𝒓𝒐

Q = 𝟐𝟐𝟕𝟎𝟖𝟒𝟐, 𝟎𝟑 𝑲𝑱

0% 0%
17% 2% Qp
1%
0%
Q air
Qop
80% Qec
Qep
Qvent
Qpro

Figure 9: Bilan générale.

On rajoute 10% de bilan comme apports non-chiffrable : 𝑄FGF = 𝑄 + 10% × 𝑄FGF

𝑸𝒕𝒐𝒕 = 𝟐𝟒𝟗𝟕𝟗𝟐𝟔, 𝟐𝟑𝟑 𝑲𝑱

Le bilan est établi pour 24 heures normalement le temps de fonctionnement de compresseur

sera moindre. Pour des raisons de bonne tenue et de longévité du matériel, ainsi que pour éviter
toute baisse de rendement ou arrêt accidentel de la machine mettrait en cause la production
frigorifique journalière, la puissance frigorifique de la machine est donc calculée sur la durée
moyenne de fonctionnement :

25
 ü D = 16 heures pour les machines commerciaux.
ü D = 18 à 20 heures pour les machines industrielles.

Il manque dans la somme des apports de chaleur, la puissance des moteurs contenus dans les
évaporateurs, dans un premier temps on estimera cette puissance à 2 heures de fonctionnement.

La puissance frigorifique de l’évaporateur sera :

𝑄FGF
𝑃AHF3\A =
(𝑡 − 2) × 3600

𝑃AHF : Puissance frigorifique de l’évaporateur en KW.

Q : Quantité de chaleur absorbé par 24h en KJ.

t : Durée de fonctionnement de compresseur en heure.

Application numérique :

2497926,233
𝑷𝒆𝒔𝒕𝒊𝒎𝒆 = = 𝟒𝟑, 𝟐𝟖 𝑲𝑾
(18 − 2) × 3600

VII. Simulation avec le logiciel COOLSELECTOR :

ü Présentation du logiciel :

Le logiciel fournit des suggestions pour les composants de réfrigération qui permettent à
l'utilisateur de choisir le composant le mieux adapté en fonction de plusieurs paramètres
décisifs tels que la puissance frigorifique, le réfrigérant, les températures d’évaporation et de
condensation, ainsi que sur d’autres variables essentielles dans les systèmes de réfrigération
communs. Coolselector®2 contient des calculs objectifs qui permettent la sélection des
composants de réfrigération et de conditionnement d’air appropriés au regard des besoins du
client ou des conditions de fonctionnement.

Coolselector®2 comprend également des compresseurs et des groupes de condensation, ce

qui en fait un outil complet de sélection et de calcul pour les professionnels de la réfrigération.

26
 Tableau 4: Insertion des données.

Tableau 5: Résultat du bilan frigorifique.

Interprétation :

ü Données d’entrées du logiciel :

Nous assurons que toutes les données d'entrée dans le logiciel sont correctes. Cela inclut la
température intérieure souhaitée, la température extérieure et l’humidité La nature et l'isolation

27
des parois du local, les sources de chaleur interne (équipements, occupants, éclairage), sans
oublier les gains de chaleur dus à l'infiltration d'air et à la ventilation.

Les résultats du logiciel indiqueront généralement différentes composantes des charges

thermiques

ü Charge thermique :

Les résultats du logiciel indiqueront généralement différentes composantes des charges

thermiques, ils sont exactement charge par transmission de parois et charges due à l’infiltration
d’air : 3,296 kw ;1,445 kw.

Charge interne provenant des occupants, de l'éclairage, des équipements, et des processus
internes. Ces dernies c’est nous qui faisons les entrées où introduire dans le logiciel.

Charge frigorifique totale nous additionnons toutes les charges thermiques pour obtenir la
charge frigorifique totale. Ce chiffre est crucial pour déterminer la capacité nécessaire des
équipements de réfrigération on obtient 43,8kw.

ü Analyse des répartitions des charges :

Les charges internes représentent 75% de la charge totale ils ont principalement dû à les produits
entrants plus l’éclairage qu’on peut les modifiant en utilisant des équipements plus efficaces
énergétiquement.

ü Recommandation d’amélioration :

En fonction des résultats, on propose des améliorations possibles :

Isolation : Renforcer l'isolation des parois pour réduire les charges externes.

Équipements : Utiliser des équipements plus efficaces ou réduire leur nombre pour diminuer
les charges internes. Comme un éclairage à faible dégagement de chaleur.

Mise en place de rideaux d'air afin de réduire au minimum l'infiltration d'air. Un rideau d'air
est un dispositif de ventilation qui forme une barrière invisible d'air en soufflant de l'air à grande
vitesse à travers une ouverture. L'objectif de cette barrière d'air est de séparer deux
environnements distincts, en rendant impossible les échanges thermiques et la propagation de

28
 poussières, d'insectes ou de contaminants. Un ventilateur aspire l'air ambiant et le souffle à
grande vitesse à travers une fente étroite, formant ainsi un rideau d'air continu et orienté. Voici
les principaux éléments et leur mécanisme de fonctionnement.

ü Ventilateur : Aspires l'air et génère le flux d'air nécessaire.

ü Chambre de distribution : Dirige l'air vers la fente d'expulsion de manière uniforme.
ü Fente d'expulsion : Une ouverture étroite par laquelle l'air est expulsé à grande vitesse,
formant le rideau d'air.
ü Éléments chauffants (optionnel) : Peuvent être intégrés pour chauffer l'air soufflé et
ainsi éviter un choc thermique pour les personnes entrant ou sortant.

Dans le contexte d'une chambre froide, un rideau d'air installé à l'entrée peut : Maintenir la
température interne en minimisant l'entrée d'air chaud lorsque les portes sont ouvertes, Réduire
la consommation d’énergie en diminuant la charge de réfrigération nécessaire pour compenser
les infiltrations d'air chaud, améliorer la qualité de l'air en empêchant les contaminants
extérieurs d'entrer dans la chambre froide.

N.B : on remarque une différence de 0,43 kw d’écart entre la valeur calcule manuellement et
celle calcule par le logiciel cette valeur ne fait pas une grande différence.

VIII. Conclusion :

Ce chapitre a été consacré à l’établissement d’un bilan thermique d’une chambre frigorifique
en prenant en considération les apports thermiques qui impactes le fonctionnement de cette
dernière. Grace à ce calcule il est possible d’évaluer la capacite de l’évaporateur et choisir aussi
les équipement pour garantir la température souhaitée dans la chambre froide.

29
 Chapitre 4 : Choix des équipements.
I. Introduction :

Maintenant, la sélection des équipements vient compléter la dimension de la chambre froide,

mais cette sélection est restreinte aux quatre éléments principaux du cycle frigorifique :le
compresseur, l’évaporateur, le condenseur, et le détendeur, Cette décision est prise en utilisant
trois logiciels couramment utilisés par les fabricants de frigoristes : FRIGA-SOFT, BITZER
ET COOLSELECTOR.

Le fonctionnement de ces logiciels repose principalement sur la puissance frigorifique déjà

calculée dans le chapitre précèdent, ainsi que sur d’autres paramètres du cycle frigorifique tels
que la température de l’air extérieur le sous refroidissement au niveau du condenseur et la
surchauffe au niveau de l’évaporateur.

II. Fluide frigorigène :

La chambre froide fonctionne avec le fluide frigorigène R404A.

Les fluides frigorigènes (FF) sont des substances qui se déplacent dans le circuit d'une machine
frigorifique et qui, grâce à un phénomène endothermique qui consiste à changer d'état en faisant
passer la substance de l'état liquide à l'état gazeux dans un évaporateur, produisent du froid en
absorbant la chaleur. Cette chaleur est ensuite évacuée de la machine par un phénomène
exothermique qui consiste à changer d'état en faisant passer la substance de l'état gazeux à l'état
liquide, Il est essentiel d'évaluer les caractéristiques thermodynamiques d'un fluide frigorigène
de qualité, ainsi que les critères de protection et de qualité, les aspects financiers, ainsi que son
impact sur l'environnement, y compris le potentiel de réchauffement global et l'impact sur la
couche d'ozone.

II.1. Généralités :
La composition du R404A est composée de R143a, R125 et R134a comme on peut voir dans le
tableau 6. Il appartient à la catégorie des fluides zéotropes (série des R400, contrairement aux
fluides azéotropes de la série R500), qui ne se comportent pas comme des fluides homogènes
lors de la condensation et de l'évaporation, toutes les composantes pouvant changer d'état de
manière autonome.

30
 II.2. Caractéristiques techniques :
Le R404A présente une efficacité énergétique médiocre. Néanmoins, il requiert un compresseur
de puissance inférieure à celle du R 134a et présente une conductivité relativement intéressante.
Étant donné son faible glissement de température, les restrictions relatives à l'utilisation
d'évaporateurs noyés dans le cas de fluides zéotropes ne sont généralement pas applicables,
nous résumons ces caractéristiques dans le tableau 6 ci-dessous
II.3. Caractéristiques environnementales :

La couche d’ozone n’est pas directement affectée par le R404A. en raison de l’utilisation de
R143a et de R125a, deux fluides présentant un fort potentiel d’effet de serre, le R404A est
néanmoins un réfrigérant a haut GWP. Sa contribution directe à l’effet de serre, même si elle
moins importante que celle de la consommation énergétique est supérieur a celle de la plupart
des réfrigérants de type HFC. Les résultats sur son effet d’acidification et sur la production
d’ozone troposphérique sont les mêmes que ceux du R134a.

II.4. Contraintes légales :

L'Administration de l'Environnement prévoit, pour des raisons d'impact sur l'effet de serre, des
limitations à l'utilisation du R404A. Il n'est pas nécessaire de mettre en place des mesures de
sécurité supplémentaires, mais il est possible d'imposer des conditions concernant le
confinement de l'installation.
Tableau 6: Caractéristiques du R404A.

Nature Hydrofuorocarbone

Mélange Zéotrope

Glissement 0,9℃

Couleur Incolore

Odeur Éthérée légèrement

Température critique +72℃

Température d’ébullition -45,8℃ (pression atmosphérique)
Pression critique 37,4 bar
ODP 0
GWP 3922

Compostions R143(52%)-R125(44%)-R134a(4%)

31
Les conditions de fonctionnement nécessaire sont la température d’évaporation de -3°C,
température de condensation 45°C et ne pas négliger les températures des surchauffe et de
refroidissement 10°C , 3°C.

III. Cycle thermodynamique de l’installation frigorigène :

Le cycle thermodynamique d’une machine frigorifique est habituellement représenté dans le
diagramme thermodynamique enthalpie(h) –pression log(P) appelé diagramme enthalpique ou
diagramme de Mollier des frigoristes, avant le dimensionnement d’une installation frigorifique
le cycle thermodynamique dit de référence doit être tracé. Nous avons utilisé le logiciel
SOLKANE, comme indique le tableau 7, en téléchargement gratuit sur le site de la société
Solvay. En utilisant les données et les hypothèses du cycle de référence on obtient le cycle
illustrée dans la figure 10 suivante :
Tableau 7: La saisie des données sur SOLKANE.

Figure 10: Cycle frigorifique.

32
Le logiciel nous représente les points du cycle frigorifique pour chaque transformation on les
résume dans le tableau 8 suivant :

Tableau 8: Caractéristiques de chaque point.

IV. Calcul des paramètres énergétiques :

IV.1. Rappel thermodynamique

Le diagramme entropique du cycle inverse de Carnot met en évidence les quatre étapes clés du
processus de réfrigération et de production de froid on les illustre dans la figure 11. Ci-dessous
Les deux évolutions isothermes réversibles sont représentées par des lignes horizontales sur le
diagramme, où la température reste constante et l'entropie augmente pendant la compression et
diminue pendant la détente. Les deux évolutions adiabatiques réversibles sont quant à elles
illustrées par des lignes verticales, indiquant une absence d'échange de chaleur et donc une
constance de l'entropie. Ce diagramme permet ainsi de visualiser clairement les variations
d'entropie et de température à chaque étape du cycle, offrant une compréhension visuelle du
fonctionnement thermodynamique du système de réfrigération.

Figure 11: Cycle de Carnot de production de froid

33
Le coefficient de performance peut être calcule en se basant sur le premier et le deuxième
principe de la thermodynamique C.O.P:

1A4 Principe donne : 𝑄I − 𝑄C + 𝑊 = 0

2A\A Principe donne : 𝑄I 𝑄C

− =0
𝑇I 𝑇C

Comme définition, le COP idéal de Carnot est le rapport entre les apports calorifique utilisé
(chauffage ou climatisation) et le travail consommé alors :

𝑄I 𝑇I
𝐶𝑂𝑃 = =
𝑇I 𝑇C − 𝑇I

IV.2. Cycle frigorifique réel :

Le cycle réel ou le cycle de Carnot inverse modifié, l’entrée du compresseur est modifiée en
chauffant la température du fluide (surchauffe) et le détendeur est modifié en refroidissant la
température d’entrée comme illustré l’image de la figure 12, Le cycle est tracé sur un
diagramme P-h également connu sous le nom de diagramme Mollier, permet de visualiser le
cycle frigorifique et de suivre l’évolution du fluide lors de chaque transformation. On part d’un
état initial pour arriver à un état final en déterminant les différents enthalpies.

Figure 12: Diagramme enthalpique de cycle frigorifique.

34
Entre 1 et 2 : évaporation du fluide frigorigène liquide à basse pression qui devient des vapeurs
de fluides frigorigène (BP).

Entre 2 et 3 : surchauffe des vapeurs de fluide frigorigène (BP).

Entre 3 et 4 : compression des vapeurs de fluide frigorigène qui passent d’un niveau de basse
pression (BP) à un niveau de haute pression (HP).

Entre4 et 5: condensation des vapeurs de fluide frigorigène (HP) qui deviennent du FF liquide
(HP).

Entre 5 et 6: sous refroidissement du fluide frigorigène liquide (HP).

Entre 6 et 1 : détente du fluide frigorigène liquide (HP) qui dérivent un mélange de liquide
(BP) et d’une faible quantité́ de vapeurs (BP).

IV.3. Calcule du bilan énergétique :

Comme pour le cycle de Carnot idéal, nous appliquons des principes thermodynamiques pour
déterminer les paramètres du cycle de réfrigération, puis écrivons le bilan énergétique de chaque
composante.

Bilan énergétique :

ü Évaporateur :

Comme-ci l’apport calorifique 𝑄̇I est donne alors notre inconnu est le débit massique de cycle
frigorifique, On le calcule comme suit :

𝑄̇I
𝑄̇I + 𝑚̇(ℎ: − ℎ- ) = 0 → 𝑚̇ =
ℎ- − ℎ:

ü Compresseur :

En s’intéresse sur la puissance réelle du compresseur avec un rendement choisi 𝜼 = 𝟖𝟎%

Donc : 𝑊̇ + 𝑚̇(ℎ- − ℎB ) = 0 → 𝑊̇ = 𝑚̇(ℎB − ℎ- )

35
 ̇
Pour : 𝜂 = 80% → 𝑊̇4AA_ = 𝑊G𝜂

ü Condenseur :

La chaleur dégagée vers le milieu externe se calcule comme suit :

𝑄C + 𝑚̇(ℎ< − ℎB ) = 0 𝑄C = 𝑚̇(ℎB − ℎ< )

ü Détendeur :

La détente se fait sans travail (détente isenthalpique) alors :

𝑚̇(ℎ< − ℎ: ) = 0 → ℎ< = ℎ:

On fait le calcul d’une manière manuelle et on le vérifie après avec le logiciel SOLKANE.

Les Données :

La température de condensation 𝑇𝑐 = 45°𝐶, La température d’évaporation 𝑇𝑓 = -3°𝐶, l’apport

frigorifique 𝑄𝑓 = 43,28 K𝑊, la différence de température de surchauffe ∆𝑻𝒔𝒖𝒓 = 𝟏𝟎℃ , la
différence de température de sous refroidissement ∆𝑻𝒓𝒆𝒇 = 𝟑℃ . On trace le diagramme
enthalpique (P-h).

On illustre les valeurs enthalpiques dans le Tableau 9 :

Tableau 9: Valeurs enthalpiques.

Point h (kJ/kg) s (kJ/kg.k)

1 373,93 1,64
2 409,7 1,66
3 267,74 1,22
4 267,74 1,25

On prend maintenant les calculs de logiciel présenté dans le Tableau 10 :

36
 Tableau 10: Bilan énergétique.

V. Évaporateur :
V.1. Présentation du logiciel FRIGASOFT2018 :

FRIGASOFT représente une solution commerciale efficace pour la sélection des composants
nécessaires à une unité de réfrigération, en se basant sur la puissance frigorifique calculée de
l'évaporateur. Ce logiciel propose une interface graphique conviviale, présentant diverses
gammes de composants de réfrigération. De plus, il offre la possibilité de calculer les
performances de ces composants via une interface dédiée indiqué dans le Tableau 11 ci-dessous,
permettant ainsi aux utilisateurs de prendre des décisions informées quant au choix des
équipements adaptés à leurs besoins spécifiques. En résumé, FRIGASOFT simplifie le
processus de sélection et de calcul des composants de réfrigération, facilitant ainsi la conception
et la mise en place d'installations frigorifiques efficaces.

V.2. Choix de l’évaporateur :

Pour le choix de l’évaporateur nous avons utilisé la version gratuite du FRIGA2018, Disponible
sur le site de la société FRIGA-BOHN, nous avons choisi l’évaporateur à l’aide des données
suivantes :

ü La puissance frigorifique 43.28 KW .

ü La température d’entrées des PRODUITS : 15°C .
ü différence de température entre la sortie de l’air de l’évaporateur (5°C) et la température
d’évaporation (-3°C).

37
Les performances et le schéma de l’évaporateur se présentent dans les tableaux 11,12 et la
figure 13 comme suit :

Tableau 11: Interface du logiciel.

Tableau 12: Caractéristiques de l'évaporateur.

L’évaporateur qui répond aux besoins de notre bilan frigorifique est NKH 1x5Y A1 L.

On devise notre puissance sur 4 appareilles car on doit garantir que la température nécessaire
soit homogène dans toute la chambre.

38
 Figure 13: Schéma de l'évaporateur.

VI. Compresseur :

Le compresseur est un dispositif qui aspire un gaz réfrigérant à basse pression et basse
température pour le compresser à des niveaux plus élevés de pression et de température. Il existe
deux catégories principales de compresseurs :

• Les compresseurs volumétriques : Ils sont largement préférés dans les installations
frigorifiques, car ils compriment le fluide frigorigène en modifiant son volume à
l'intérieur d'une capacité préalablement aspirée.
• Les compresseurs centrifuges : La compression du fluide frigorigène est due aux effets
de la force centrifuge, ce type de compresseur à un caractère spécifique puisque il est
généralement utilisé que pour des grandes puissances.

VI.1. Présentation du logiciel BITZER :

BITZER est un logiciel commercial développé par l'entreprise allemande BITZER, leader dans
le domaine du froid industriel. Cet outil est indispensable pour les professionnels du froid, car
il leur permet de sélectionner avec précision leur compresseur frigorifique ou leur groupe
compresseur condenseur parmi une gamme variée de produits, en prenant en compte différents
paramètres spécifiques. De plus, le logiciel offre une table de données détaillée résumant les
performances du produit sélectionné dans les conditions opérationnelles du projet, facilitant
ainsi la prise de décision et la planification des installations frigorifiques.
VI.2. Choix de compresseur :

Notre compresseur est sélectionné en utilisant les mêmes informations du cycle frigorifique la
Température de l'évaporation, de la condensation lors du refroidissement et de la surchauffe

39
 Figure 14: Interface du logiciel.

Les performances le point de fonctionnement et le schéma du compresseur se présentent dans

les tableaux 13,14 et la figure 15 comme suit :

Tableau 13: Performances du compresseur.

Figure 15: Schéma du compresseur.

40
 Tableau 14: Point de fonctionnement du compresseur.

Suite à la simulation. Le compresseur approprié pour la mise en place est le 4JE-15Y, qui a une
puissance électrique de 15.44 KW.

VII. Condenseur :

Encore une fois, nous avons utilisé le logiciel FRIGASOFT pour choisir le condenseur. En
utilisant les calculs effectués dans la section des bilans énergétiques pour les composantes et
les mêmes informations du cycle frigorifique les performances et le schéma du condenseur se
présentent dans le tableau 15,16 et figure 16 suivants :

Tableau 15: La sélection du condenseur.

41
 Tableau 16: Caractéristiques du condenseur.

Le condenseur adapte à notre système frigorifique est le PN 06D L01 A2 :

Figure 16: Schéma du condenseur.

VIII. Détendeur :

Les critères énergétiques essentiels du cycle frigorifique sont la capacité d'un détendeur à gérer
une surchauffe à la sortie de l'évaporateur, en tenant compte de la valeur minimale de surchauffe
stable, tout en gérant le problème de différence de pression minimale nécessaire pour réduire la
température de condensation. Autrement dit, les critères de sélection énergétique des détendeurs
sont L’utilisation d’une stratégie de température de condensation basse est favorisée par la

42
capacite à fonctionner à des pressions d’entrées basses et la bonne gestion de la surchauffe, Il
existe plusieurs types de détendeur utilisé dans les systèmes frigoriques notamment :

ü Détendeur thermique : le plus simple des détendeurs généralement utilises sur les petits
circuits frigorifiques comme les réfrigérateurs, Il assure la détente du fluide frigorigène
par la perte de charge dans un tube capillaire de très faible diamètre.
ü Détendeur thermostatique : C’est le type de détendeur le plus fréquemment utilisé,
notamment dans les installations de taille moyenne comme les chambres froides. Il
régule le débit du fluide frigorigène en maintenant une différence constante entre la
température d'évaporation et la température des gaz à la sortie de l'évaporateur.
ü Détendeur électronique : Ce type de détendeur permet un réglage plus précis de
l'évaporateur. Il dispose d'une vanne à pointeau commandée par un moteur pas à pas,
permettant une régulation modulante de la température et une injection optimale du
fluide frigorigène.

En résumé, les principaux types de détendeurs sont le capillaire, le thermostatique et

l'électronique, chacun présentant des caractéristiques et des domaines d'application spécifiques.

VIII.1. Critères de choix énergétiques :

Le choix énergétique d’un détendeur est lie à sa capacite à gérer une surchauffe a la sortie de
l’évaporateur le plus proche de la courbe de la valeur minimale de surchauffe stable tout en
gérant le problème de différence de pression minimale nécessaire à baisser la température de
condensation (un des critères énergétiques principaux du cycle frigorifique). En d’autres
termes, les critères de choix énergétiques d’un détendeur sont :la gestion intelligence de la
surchauffe et la capacité à travailler des pressions d’entrée faible pour favoriser le choix d’une
stratégie de température de condensation basse, Pour notre cas on peut identifier parmi les
détendeurs les plus courants :

Ø Détendeur thermostatique :

Le choix d’un détendeur thermostatique est dicté, Pour la plupart des cas,
par un choix économique au niveau de l’investissement, avantages et
inconvénients des détendeurs thermostatiques :

43
 • Avantages :

Les limites de l'appareil sont observées lors de faibles variations de pression, ce qui a un impact
sur le remplissage de l'évaporateur et la précision de la mesure de la surchauffe. Il n'y a pas non
plus de régulation en cas de changements du système. Néanmoins, il maximise l'efficacité de la
surchauffe, garantit une grande fiabilité et fonctionne efficacement même sous des pressions de
condensation faibles, ce qui améliore les performances du compresseur. En outre, il requiert un
minimum de fournitures, telles que le détendeur avec une mesure de température de
condensation et le bulbe avec son capillaire pour la température du fluide frigorifique. Enfin,
sa configuration est facile, ce qui facilite son utilisation.

• Inconvénients :

L'appareil ne fonctionne pas correctement sous de faibles différences de pression, ce qui réduit
le taux de remplissage de l'évaporateur. De plus, la précision de la mesure de la surchauffe est
limitée, ce qui peut entraîner des inexactitudes dans le contrôle des températures. En outre, il
présente un manque de régulation en cas de variation du système, car il ne parvient pas à ajuster
le débit en réponse aux changements dans le fonctionnement du système.

Ø Détendeur électronique :

Le détendeur électronique n'est en réalité pas une technologie toute nouvelle. Cependant, même
aujourd'hui, dans de nombreux projets, les concepteurs insistent encore trop
fréquemment sur l'utilisation de détendeurs thermostatiques, Le coût de la guerre
est évidemment le "nerf de la guerre". Les fabricants sont explicites à ce sujet,
Cependant, même si les détendeurs électroniques présentent encore des
différences de prix, les fabricants annoncent des temps de retour simples
compris entre 1 et 2,6 ans pour le choix d'un détendeur électronique par rapport
à un thermostatique, en prenant en considération leur capacité à optimiser le
fonctionnement de l'évaporateur.

• Avantage :

L'appareil ne fonctionne pas correctement sous de faibles différences de pression, ce qui réduit
le taux de remplissage de l'évaporateur. De plus, la précision de la mesure de la surchauffe est
limitée, ce qui peut entraîner des inexactitudes dans le contrôle des températures. En outre, il

44
présente un manque de régulation en cas de variation du système, car il ne parvient pas à ajuster
le débit en réponse aux changements dans le fonctionnement du système.

• Inconvénients :

Parmi ses inconvénients le cout élevé et la complexité des composants.

VIII.2. Choix de détendeur :

A l’aide de logiciel Coolselector 2, Les détendeurs thermostatiques sont plus adaptés à

l’installation frigorifique en question comme il est indiqué dans le paragraphe précèdent. Après
avoir effectué ce choix, on saisit les données relatives au cycle frigorifique comme spécifie dans
les tableaux 17,18 ci-dessous. le logiciel lance automatiquement la simulation en affichant les
détendeurs adéquats à l’installation. Ainsi les caractéristiques de chacun de ces détendeurs.

Tableau 17: Interface du logiciel.

On constate qu’on a presque tous les équipements qu’on a besoin mais on se focalisera juste
sur les plus importants détendeur, électrovanne et tuyauterie.

45
 Tableau 18: Les conditions de fonctionnement.

Le constructeur fournit une courbe caractéristique pour chaque détendeur. La courbe figure 17
illustre la capacité nominale du détendeur en fonction de la puissance frigorifique (exprimée en
KW). Une capacité nominale adéquate garantit un bon fonctionnement du détendeur pour une
puissance frigorifique spécifique. Selon le logiciel, les résultats des performances du détendeur
sont les suivants :

Figure 17: Caractéristiques du détendeur.

Le détendeur adapté à notre système frigorifique est le TE 12-5, il présente un point de

fonctionnement en vert, ce qui signifie qu'il est approprié pour être installé et que sa capacité
nominale fournie par le constructeur est adéquate.

46
IX. Tuyauterie :
IX.1. Le rôle de la tuyauterie :

L'objectif de la tuyauterie est de relier les différents éléments de l'installation. Il est essentiel
d'avoir une dimension précise pour garantir le bon fonctionnement de la machine, Lorsqu'on
dimensionne une tuyauterie en fluide frigorigène, il est important de prendre en considération
les éléments suivants.

IX.2. Tuyauterie de l’installation :

Les pertes de charge causées par la circulation d'un fluide à l'intérieur d'une tuyauterie varient
en fonction de divers facteurs tels que la vitesse, la viscosité, la masse volumique, etc., ainsi
que de l'enveloppe dans laquelle circule ce fluide : la nature du tube, la rugosité, les
changements de section, les changements de direction, etc... Ces décharges, parfois désignées
sous le nom de « décharges dynamiques », se manifestent par une diminution constante de la
pression du fluide en circulation tout au long de son trajet. C'est le cas dans les diverses
conduites qui composent un circuit frigorifique :

IX.2.1. Tuyauterie de refoulement :

La tuyauterie de refoulement correspond à la conduite reliant le compresseur au condenseur,

c'est-à-dire la conduite où les vapeurs de fluide frigorigène comprimées sont refoulées vers le
condenseur.

IX.2.2. Tuyauterie de liquide :

Le condenseur est relié au détendeur par cette tuyauterie.

IX.2.3. Tuyauterie d’aspiration :

L'évaporateur est relié au compresseur par une tuyauterie d'aspiration qui a pour fonction de
transporter les vapeurs basses pressions produites vers le compresseur.

IX.3. Dimensionnement des conduites :

Lors de la conception de la tuyauterie en fluide frigorigène, il est important de prendre en

considération les éléments suivants : Vitesse d’écoulement, Perte de charge Les informations
du cycle frigorifique. Après la saisie des paramètres le logiciel COOLSELECTOR donne les
résultats illustres dans les figures 18,19 suivantes :

47
 Ø Conduite de ligne liquide :

Figure 18: Caractéristique de la conduite.

Plusieurs conduites sont disponibles dans le logiciel pour notre installation frigorifique, nous
suggérons la conduite de type ANSI 7/8.

Ø Conduite d’aspiration :

Figure 19: Caractéristique de la conduite d'aspiration

Plusieurs conduites sont disponibles dans le logiciel pour notre installation frigorifique, nous
suggérons la conduite de type ANSI 2 1/8.

48
 Ø Conduite de refoulement :

Figure 20: Caractéristiques de la conduite de refoulement

Nous suggérons la conduite de type ANSI 1 1/8. Ses caractéristiques sont illustrées dans la
figure 20 en haut.
IX.4. L’électrovanne :

Une électrovanne, également appelle électrovalve, est une vanne électriquement

commandée. Cet organe permet d’influencer le débit d’un fluide dans un circuit en
utilisant un signal électrique. Deux catégories d’électrovannes sont présentes : tout ou
rien et proportionnelle.

Ø Choix de L’électrovanne :

Figure 21: Caractéristiques de l'électrovanne.

49
Plusieurs électrovannes sont disponibles dans le logiciel pour notre installation frigorifique,
nous suggérons l'ERV 25 v2. On prend les mêmes pour la ligne d’Aspiration et de refoulement
On illustre sa courbe dans la figure 21 en haut.

X. Étude environnementale :

L'étude environnementale de la chambre froide positive dans l'installation pharmaceutique

cherche à comprendre son impact sur l'environnement. En évaluant les émissions de gaz à effet
de serre, les risques pour la couche d'ozone et la gestion des déchets, elle vise à identifier les
opportunités d'amélioration pour réduire l'empreinte écologique de l'installation, En proposant
des recommandations spécifiques, elle vise à promouvoir la durabilité environnementale tout
en assurant le respect des normes et réglementations environnementales pertinentes.

X.1 Les normes ISO :

ZenithPharma suit les normes de la série ISO 14000 pour l'installation de ses chambres froides,
fournissant ainsi un cadre pour la mise en place d'un système de gestion environnementale
(SGE) dans l'établissement, Elle a choisi de se conformer à la norme ISO 14001 pour évaluer
et améliorer sa performance environnementale en ce qui concerne la gestion des chambres
froides.

X.2 Protocole de Montréal :

Le Protocole de Montréal est un accord international visant à protéger la couche d'ozone en

éliminant progressivement les substances appauvrissant la couche d'ozone. Bien que le fréon
R404A ne soit pas directement visé, sa régulation est liée à son fort impact sur le réchauffement
climatique. Son GWP élevé de 3922 signifie que chaque kilogramme de R404A relâché dans
l'atmosphère équivaut à l'émission de 3922 kilogrammes de CO2 sur une période de 100 ans, le
rendant soumis à la réglementation sur les émissions de gaz à effet de serre, Les pays signataires
s'engagent à réduire l'utilisation de substances néfastes pour l'environnement, encourageant
ainsi l'adoption d’alternatives plus respectueuses.

X.3 Les réglementations nationales :

L’installation ZenithPharma accorde une attention particulière à la sécurité environnementale,

y compris dans la gestion des chambres froides. Conformément aux Bonnes Pratiques de
Fabrication (BPF), l'entreprise veille à équiper les chambres froides de systèmes de contrôle

50
sophistiqués pour maintenir des conditions optimales de température et d'humidité, nécessaires
au stockage des produits pharmaceutiques.

En somme, cette étude montre que l'adoption de réfrigérants écologiques dans notre chambre
froide peut réduire notre empreinte écologique et promouvoir la durabilité environnementale.

XI. Étude économique :

L'objectif de cette étude est de fournir une analyse économique détaillée des coûts associés aux
matériels nécessaires à la construction et à l'exploitation d'une chambre froide positive, nous
nous concentrons exclusivement sur les coûts des matériels indispensables à l'implantation de
cette chambre froide. Cette analyse vise à identifier et à estimer les coûts de chaque composant
essentiel, permettant ainsi une planification budgétaire précise et une optimisation des
ressources financières.

Matériel Prix en DH

Évaporateur 74809,25

Compresseur 144201,74

Condenseur 95638,18

Détendeur 1486,79

Conduit 5509,12

Électrovanne 625,79

Pour les panneaux préfabriqués, le prix est déterminé en fonction de la surface :

• Pour les murs :

𝑺𝒎𝒖𝒓𝒔 = 𝑷é𝒓𝒊𝒎è𝒕𝒓𝒆 × 𝑯𝒂𝒖𝒕𝒆𝒖𝒓 = (𝟐 × 𝟏𝟓 + 𝟐 × 𝟐𝟎) × 𝟑 = 𝟐𝟏𝟎 𝒎𝟐

• Pour le plafond et le sol :

𝑺𝑷,𝑺 = 𝟐 × 𝑺𝑷𝒍𝒂𝒇𝒐𝒏𝒅 = 𝟐 × 𝑺𝑺𝒐𝒍 = 𝟔𝟎𝟎 𝒎𝟐

Alors la surface totale à couvrir :

51
 𝑺𝒕𝒐𝒕 = 𝑺𝑷,𝑺 + 𝑺𝒎𝒖𝒓𝒔 = 𝟖𝟏𝟎 𝒎𝟐

En prenant presque 216,17 DH/𝒎𝟐 pour les panneaux en polyuréthane :

Donc, le prix total des panneaux utilisés dans la chambre est :

𝟐𝟏𝟔, 𝟏𝟕 × 𝟖𝟏𝟎 𝒎𝟐 = 𝟏𝟕𝟓 𝟎𝟗𝟕, 𝟕 𝑫𝑯

Alors, la somme des couts des matériaux est : 497 368,57 DH

Cette étude économique vise à fournir une estimation précise et détaillée des coûts des matériels
pour une chambre froide positive, cette analyse permet de garantir une planification financière
efficace et de réaliser des économies significatives tout en assurant la qualité et la durabilité de
l'installation.

XII. Conclusion :

Pour conclure, ce chapitre a démontré l'efficacité de divers logiciels (SOLKANE, FIGASOFT,

BITZER, COOLSELECTOR) dans la sélection optimisée des équipements pour notre projet,
tout en soulignant que l'adoption de réfrigérants écologiques peut réduire notre empreinte
écologique et promouvoir la durabilité environnementale. Par ailleurs, l'étude économique
confirme la viabilité financière de l'installation d'une chambre froide positive, améliorant la
conservation des produits, la conformité et l'efficacité, renforçant ainsi notre compétitivité pour
un succès durable.

52
 Conclusion générale

Ce travail vise à approfondir la compréhension des chambres froides, mettant en lumière leur
évolution en réponse aux normes de qualité et aux réglementations croissantes. Il a permis
d'évaluer avec précision le bilan frigorifique de la chambre froide dans une installation
pharmaceutique.
Les résultats obtenus ont démontré l'importance du dimensionnement approprié des composants
de la machine frigorifique, tels que l'évaporateur, le groupe de condensation, le compresseur et
le détendeur, pour garantir le maintien des conditions requises de température et de stockage
des produits pharmaceutiques. La sélection soigneuse de ces composants est cruciale pour
assurer un fonctionnement efficace et fiable de la chambre froide, en minimisant les variations
de température et en préservant l'intégrité des produits sensibles à la température.
En outre, cette étude a également permis d'évaluer l'impact environnemental de l'installation
frigorifique. En comprenant les exigences thermiques de la chambre froide et en choisissant
soigneusement les composants du système de réfrigération, nous pouvons minimiser la
consommation d'énergie et réduire les émissions de gaz à effet de serre associées au
fonctionnement de l'installation. Cela contribue à la durabilité environnementale de
l'installation pharmaceutique, en alignant ses opérations avec les objectifs de réduction des
émissions et de conservation des ressources naturelles.
En combinant théorie et pratique, ce projet ambitionne de fournir des perspectives précieuses
pour améliorer la conception, l'efficacité et la durabilité des chambres froides dans l'industrie
pharmaceutique, contribuant ainsi à garantir la sécurité et la qualité des produits
pharmaceutiques stockés et distribués dans ces environnements critiques.
Des recherches ultérieures pourraient se concentrer sur l'optimisation continue de ces systèmes
de réfrigération pour une efficacité énergétique maximale et des performances optimales.

53
 Webographie
https://www.abcclim.net
http://climatisatio.blogspot.com
http://www.chainedufroid-pharma.com
https://energieplus-lesite.be
https://www.iso.org/standards/popular/iso-14000-family
https://www.danfoss.com/en/
https://www.actu-environnement.com
https://friga-bohn.lennoxemea.com/fr/products/unit-coolers/cubic-unit-coolers/nk
https://energieplus-lesite.be/techniques/climatisation8/composants-installation-
frigorifique/compresseurs-frigorifiques/

54