-
Technique du froid &
composants frigorifiques
Technique du froid Technique du froid &&
composants frigorifiquescomposants frigorifiques
Mohammed YOUBI-IDRISSI
Charg de Recherche, Cemagref
Mohammed YOUBI-IDRISSI
Charg de Recherche, Cemagref
LICENCE PROFESSIONNELLE MANAGEMENT DE LA CHANE DU FROID - TRANSPORT ET LOGISTIQUE
1er Cours, 2006
-
2Un peu dhistoire,
2
1862 Dveloppement dune machine de production de glace par Ferdinand Carr (1824-1894)
1874 Dveloppement dune machine frigorifique compression de vapeur pour conserver la viande et le transporter par Charles Tellier (1828-1913)
Le froid slance la conqute des industries agro-alimentaires : conservation des produits dorigine animale et vgtale
Le froid est prsent dans les industries mtallurgiques, mcaniques, chimiques, spatiales,
Le froid est un facteur de confort industriel ou individuel (climatisation, froid domestique)
Le froid est prsent le domaine mdical : fabrication des mdicaments, conservation du plasma sanguin, oprations microchirurgicales,
-
3Rappels et rflexions,
3
Un travail mcanique peut tre intgralement transform en chaleur (1er principe)Un travail mcanique peut tre intgralement transform en chaleur (1er principe)
Une chaleur ne peut pas tre intgralement transforme en travail mcanique (2e principe)Une chaleur ne peut pas tre intgralement transforme en travail mcanique (2e principe)
La chaleur est une forme dgrade de lnergie La chaleur est une forme dgrade de lnergie
Le 1er principe tablit une conservation dnergie Le 1er principe tablit une conservation dnergie
Le 2e principe prcise le sens dvolution dune transformationirrversible Le 2e principe prcise le sens dvolution dune transformationirrversible
nonc de Clausius le passage de la chaleur dun corps froid un corps chaud na jamais lieu spontanment ou sans compensation nonc de Clausius le passage de la chaleur dun corps froid un corps chaud na jamais lieu spontanment ou sans compensation
nonc de Kelvin un systme qui parcourt un cycle mono-thermique, en contact avec une seule source de chaleur est incapable de fournir de travail
nonc de Kelvin un systme qui parcourt un cycle mono-thermique, en contact avec une seule source de chaleur est incapable de fournir de travail
-
4Machine frigorifique, PAC
4
Pompe dechaleur
Energie
Tsc
Tsf Tamb=Tsf
Tsc Tamb=
Energie
Machinefrigorifique
Dplacer une quantit de chaleur d'un niveau bas vers un niveau plus lev de tempraturecDplacer une quantit de chaleur d'un niveau bas vers un niveau plus lev de tempraturec
-
5Constitution dune installation frigorifique
5
Composants annexes :le sparateur dhuile (5), le rservoir de liquide (6),
le dshydrateur (7), le voyant liquide (8),
la bouteille daspiration (9), le filtre daspiration (10)
Composants principaux :le compresseur (1)
le condenseur (2)
le dtendeur (3)
lvaporateur (4)
-
6Diagramme de Mollier
6
Pression (bars)
Enthalpie (kJ/kg)
liquide vapeurliquide + vapeur
point critique
courbe de saturation liquidecourbe de bulle
courbe de saturation vapeurcourbe de rose
La pression est prsente sur une chelle logarithmique
Chaleur latente
-
7Diagramme de Mollier
7
TerminologieTerminologieLa distinction entre gaz et vapeur est floue. On parlera de :
gaz sil est improbable quil change de phase (lair ambiant par
exemple);
vapeur si la probabilit doccurrence dun changement de phase est relle.
Vapeur sature : vapeur en quilibre avec du liquide.
Liquide satur : en quilibre avec sa vapeur.
Pression de saturation : pression laquelle il y a quilibre entre phases pourune temprature donne.
Vapeur surchauffe : vapeur qui nest pas en quilibre avec du liquide et ne peut donc contenir aucune trace de celui-ci.
Liquide sous-refroidi : liquide qui n est pas en quilibre avec de la vapeur etne peut donc contenir aucune trace de celle-ci.
-
8Diagramme de Mollier
8
TcT1c T2< 8
Ligne daspiration
3 2 2> 3
Ligne de refoulement
W&
1
2m&
m&
appQ&
Compresseur
5 45 4
Ligne liquide
Avec pertes thermiques et sans pertes de pressionAvec pertes thermiques et sans pertes de pression
-
25
Cycle rel
8 1
22is4
5
6=7
3
25
-
26
Cycle rel
26
2
3P
T
Refroidissement
Per te s de p r es si on
Pertes de pression en quivalent de temprature
Avec pertes thermiques et pertes de pressionAvec pertes thermiques et pertes de pression
-
27
Cycle rel
27
Avec pertes thermiques et pertes de pressionAvec pertes thermiques et pertes de pression
1
2345
6=78
-
28
Les frigorignes
28
Fluides naturels
NH3, HC, CO2
CFC : ChloroFluoroCarbures
Molcules trs stables, destructrices dozone (ODP lev), premier frigorigne synthtique
HCFC : HydroChloroFluoroCarbures
Molcules moins stables que CFC, destructrices dozone (ODP faible), fluides de transition
HFC : Hydrofluorocarbures
ODP = 0, fluides de substitution
CFC/HCFC/HFC participent CFC/HCFC/HFC participent lleffet de serreeffet de serre
Soumis Soumis des contraintes rdes contraintes rglementairesglementaires
Types de frigorigTypes de frigorignes nes
-
29
Les frigorignes
29
1930 : CFC
R-12, ...
1860 : Fluides naturelsCO2 ; SO2 ; NH3Chloromthane
1980 : HFCR-134a, ...
Puis : HCFCR-22
-
30
Les frigorignes
30
Atomes : C, H, F, (Cl), Br,...
C H F Cl
NomenclatureNomenclature
FF
F F
H H
-
31
Les frigorignes
31
NomenclatureNomenclature
C ; H ; F ;Cl
R X Y Z
Nombre de F
Nombre de H+1Nombre de C-1
Refrigerant
R-134a
C = 2 H = 2 F = 4
R- 12
C = 1 H = 0 F = 2
0
-
32
Les frigorignes
32
Reconnatre un CFCReconnatre un CFC
R - X Y Z
C H FCFC : C, F, Cl ; H = 0
Y=1
Cl
Z 3
Cl
Z 5
Cl
Z 7
Exemple : R11, R12,R13,R14, R113, R114, R115, R116
-
33
Les frigorignes
33
Reconnatre un HCFCReconnatre un HCFC
Exemple : R123, R124, R22, R141a, R142b
R - X Y Z
C H F
HCFC : C, H, F, Cl ; H 1
Y 2 et Cl 1
Cl
Y+Z 3
Cl
Y+Z 5 Y+Z 7
H H ClH
-
34
Les frigorignes
34
Reconnatre un HFCReconnatre un HFC
Exemple : R32, R23
Quand X=0 (famille de mthane) Y+Z = 5
Quand X=1 (drivs de lthane) Y+Z = 7
Exemple : R134a, R125, R152a, R143a
Mlanges zotropes (Srie 400)Mlanges zotropes (Srie 400)
Un frigorigne zotrope (ou non-azotropique) est un mlange dont les compositions en phase liquide et en phase vapeur diffrent lorsque les deux phases coexistent.
Ces mlangent se voient attribuer un numro commenant par 4 et fur et mesure de leur dcouverte
Exemple : R404A, R407C, R410A
-
35
Les frigorignes
35
Mlanges azotropes (Srie 500)Mlanges azotropes (Srie 500)
Un frigorigne azotrope se comporte comme un fluide pur.
Exemple : R502, R507, R410A
Hydrocarbures (Srie 600)Hydrocarbures (Srie 600)
Exemple : R600, R600a
-
36
Les frigorignes
36
Les composs inorganiques (Srie 700)Les composs inorganiques (Srie 700)La rgle consiste rajouter la masse molaire du fluide a prs le chiffre 7
NHNH33 : M = 14 + 3: M = 14 + 3
HH22O : M = 2 + 16O : M = 2 + 16
COCO22 : M = 12+ 32: M = 12+ 32
RR--717717
RR--718718
RR--744744
NH3 (60%)+NH3 (60%)+DimDimthylthyltherther (40%) : M = 12+ 32(40%) : M = 12+ 32 R723R723
-
37
Les frigorignes
37
Critres de scurit et denvironnementCritres de scurit et denvironnementtoxicit ;inflammabilit ;effet sur la couche dozone;effet de serre.
Critres technologiques, oprationnels et conomiquesCritres technologiques, oprationnels et conomiquesmasse volumique du liquide leve = compacitpression de fonctionnement : Pk modre et Pk > Patmproprits arauliques et thermiques : viscosit faible et conductivitthermique leve ;compatibilit (huile ; matriaux ; stabilit chimique et thermique) ;cot et disponibilit.
Critres thermodynamiquesCritres thermodynamiques
efficacit :12
68
hh
hh
et chaleur latente, levs (cycle thorique)
-
Technique du froid
&
composants frigorifiques
Technique du froid Technique du froid
&&
composants frigorifiquescomposants frigorifiques
Mohammed YOUBI-IDRISSICharg de Recherche, CemagrefMohammed YOUBI-IDRISSI
Charg de Recherche, Cemagref
LICENCE PROFESSIONNELLE MANAGEMENT DE LA CHANE DU FROID - TRANSPORT ET LOGISTIQUE
2me Cours, 2006
-
Nom de lvnement + date25/11/2006 2
Historique
1860 : Fluides naturels :
CO2 ; SO2 ; NH3Chloromthane
1930 : CFC
R-12, ...
Puis : HCFC
R-22
1980 : HFC
R-134a, ...
-
Nom de lvnement + date25/11/2006 3
Nomenclature
Atomes : C, H, F, (Cl), Br,...
C H F Cl
H H
-
Nom de lvnement + date25/11/2006 4
Nomenclature : corps pure
C ; H ; F ;Cl
R X Y Z
Nombre de F
Nombre de H+1
Nombre de C-1
Refrigerant
R-134a
C = 2 H = 2 F = 4
R- 12
C = 1 H = 0 F = 2
0
-
Nom de lvnement + date25/11/2006 5
Comment reconnatre un CFC ?
R - X Y Z
C H F CFC : C, F, Cl ; H = 0
Y=1
Cl
Z 3
Cl
Z 5
Cl
Z 7
-
Nom de lvnement + date25/11/2006 6
Exemples
R122F 0H 1C
2F 11 01
===
==+= HC
ClCl
F
F
R1155F 0H 2C
5F 11 11
===
==+= HC
Cl
FF
FF
F
-
Nom de lvnement + date25/11/2006 7
Comment reconnatre un HCFC ?
R - X Y Z
C H F HCFC : C, F, Cl ; H 1
Y 2 et Cl 1
Y+Z 3 Y+Z 5 Y+Z 7
ClH ClH ClH
-
Nom de lvnement + date25/11/2006 8
Exemples
R222F 1H 1C
2F 21 01
===
==+= HC
ClH
F
F
R1233F 1H 2C
3F 21 11
===
==+= HC
Cl
FCl
FF
H
-
Nom de lvnement + date25/11/2006 9
Comment reconnatre un HFC ?
R - X Y Z
C H F HFC : C, F, H ; Cl = 0
Y+Z = 5 Y+Z = 7 Y+Z = 9
FH FH FH
Si C = 1 X = 0
Si C = 2 X = 1
Si C = 3 X = 2
R23, R32 R134a, R125, R143a R227ea, R236fa, R245ca
-
Nom de lvnement + date25/11/2006 10
Mlange azotropes/zotrope
st
rose
st
rose
CT P
CP T
==
==
bulle
bulle
P
T
Un mlange azotrope se comporte comme un fluide pur
Un mlange zotrope se comporte comme un fluide pur
st
rose
st
rose
CT P
CP T
=
=
bulle
bulle
P
T
( ) ( )
( ) ( ) T n,compositiof pression de glissement : P -
P n,compositiof re tempratude glissement : - T
rose
rose
=
=
bulle
bulle
P
T
-
Nom de lvnement + date25/11/2006 11
Diagramme de phase
-
Nom de lvnement + date25/11/2006 12
Nomenclature : mlange
Mlange azotrope : Srie 500
Exemple :
- R502 (HCFC, 48,8%R22 + 51,2%R115) ;
- R507 (HFC, 50% R125+ 50% R143a)
-
Mlange zotrope : Srie 400
Exemple :
- R404A (HFC, 44%R125 + 52%R143a+ 4%R134a) ;
- R407C (HFC, 25% R125+23% R32 + 48% R134a)
- R410A (HFC, 50% R125+50% R32)
-
-
Nom de lvnement + date25/11/2006 13
Autres frigorignes
Hydrocarbures : Srie 600
-Pour un nombre datome de carbone gale 1,2, 3, la rgle des
frigorigne purs est utilise : Mthane CH4 (R50), thane C2H6 (R170),
Propane C3H8 (R290)
-Pour un nombre datome de carbone > 4, on utilise la srie 600
Butane R600, Isobutane R600a
Composs inorganiques : Srie 700La rgle consiste utiliser la masse molaire du fluide aprs le chiffre 7
Exemple :
- Ammoniac NH3 : R717
- CO2 : R744
- Eau : 718
- 60% NH3, 40% DME : R723
-
Nom de lvnement + date25/11/2006 14
Choix des frigorignes
Critres de scurit et denvironnementCritres de scurit et denvironnement
toxicit ;
inflammabilit ;
effet sur la couche dozone;
effet de serre.
Critres technologiques, oprationnels et conomiquesCritres technologiques, oprationnels et conomiques
masse volumique du liquide leve = compacit
pression de fonctionnement : Pk modre et Pk > Patmproprits arauliques et thermiques : viscosit faible et conductivit
thermique leve ;
compatibilit (huile ; matriaux ; stabilit chimique et thermique) ;
cot et disponibilit.
Critres thermodynamiquesCritres thermodynamiques
efficacit :
12
68
hh
hh
et chaleur latente, levs (cycle thorique)
-
Nom de lvnement + date25/11/2006 15
Les compresseurs frigorifiques
Rle du compresseur
Le compresseur a pour rle daspirer les vapeurs venants de lvaporateur une pression faible et de refouler haute pression ces vapeurs comprimes dans le condenseur
Types de compresseursSur la base de leur fonctionnement, on distingue deux groupes principaux :
-Les compresseurs volumtriques ;* compresseurs pistons (alternatifs)* compresseurs palettes (rotatifs) * Compresseurs hlicodaux ou vis (rotatifs)* compresseurs spirodaux ou scroll (rotatifs)
-Les compresseur centrifuges (compresseurs impulsion).
-
Nom de lvnement + date25/11/2006 16
Grandeurs caractristiques
][mn 4
32
ld
Cpi
=
Grandeurs gomtriques Grandeurs mcaniques Grandeurs nergtiques Grandeurs qualitatifs
1. Grandeurs gomtriques
a. Cylindre C
Cest le volume balay lors dune course daspiration pendant
un tour de larbre
cylindres des nombre :n
[m] course : l
-
Nom de lvnement + date25/11/2006 17
Grandeurs caractristiques
]m[ 60
N n
4
32
sld
Vbal
=
pi&
[tr/min]rotation de vitesse: N
b. Dbit volume balay
Cest le volume balay pendant lunit du temps, il varie
proportionnellement la vitesse de rotation du compresseur
La cylindre est seule une grandeur purement gomtrique
Le dbit volume balay est souvent exprim en m3/h
2
2,
1
1,
N
V
N
V balbal&&
=
-
Nom de lvnement + date25/11/2006 18
Grandeurs caractristiques
vbalasp VV && =
c. Dbit volume aspir
Cest le dbit rellement aspir par le compresseur
[kg/s] vasp
= aspfV
m&
&
d. Dbit massique
Cest le nombre de kilogrammes de fluide ayant circul dans
le compresseur pendant une unit de temps
-
Nom de lvnement + date25/11/2006 19
Grandeurs caractristiques
2. Grandeurs mcaniques
Ces caractristiques dcoulent du fonctionnement du compresseur et de
lexamen du diagramme de fonctionnement
a. Principe de fonctionnement
-
Nom de lvnement + date25/11/2006 20
Grandeurs caractristiques
a. Principe de fonctionnement
Le piston tant la fin de sa course daspiration (point mort bas), le cylindre est totalement rempli de vapeur la pression daspiration Po
AA
Le piston commence sa course de compression. Les clapets daspiration et de refoulement sont ferms. Le Volume diminue et la pression augmente au fur et mesure
MM
-
Nom de lvnement + date25/11/2006 21
Grandeurs caractristiques
a. Principe de fonctionnement
Lorsque la pression dans le cylindre atteint une pression lgrement suprieure la pression Pk, les clapets de refoulement souvrent
BB CC
Les vapeurs continuent de schapper jusquai ce que le piston atteint le point mort haut. Il reste un volume jamais balay espace mort
-
Nom de lvnement + date25/11/2006 22
Grandeurs caractristiques
balV&
kP
a. Principe de fonctionnement
Le piston amorce sa course de dcente, les deux clapets sont ferms. Les clapets daspiration souvrent quand la pression est lgrement infrieure Po. Lespace mort provoque un retard laspiration
DD
BB
AA
CC
DD
PP
VV
oP
-
Nom de lvnement + date25/11/2006 23
Grandeurs caractristiques
( )( )( ) ==
=
=
dlAPP
dlAPPdW
APPF
lFW
i
i
W
0i
0
0
kP
oP
b. Travail indiqu Wi
BB
AA
CC
DD
PP
VV
1l2l
Travail indiqu = aire ABCDA
c. Puissance indique
60
NWW ii =&
-
Nom de lvnement + date25/11/2006 24
Grandeurs caractristiques
evbalv
o
evo
hv
VQ
hmQ
=
=
&&
&&
3. Grandeurs nergtiques
a. Puissance frigorifique
Puissance frigorifique dlivre par un compresseur dpend de :- Caractristiques gomtriques du compresseur- Caractristiques physiques du fluide frigorigne- Conditions de temprature et de pression HP et BP- Rendement volumtrique
b. Production frigorifique volumtrique
v
hQ evv
=
-
Nom de lvnement + date25/11/2006 25
Grandeurs caractristiques
o
k
P
P=
4. Grandeurs qualitatives
a. Taux de compression
b. Rendements du compresseur
weff
Compresseur
wfm
wirr
wfm
wfl
qa
h1
-
Nom de lvnement + date25/11/2006 26
Grandeurs caractristiques
Bilan Bilan nergnergtiquetique
021 =+ aeff qhmhmW &&&&
BILAN FLUIDE
i
wth
wp
= is
hishr
=
Rendement indiquRendement indiqu Rendement isentropiqueRendement isentropique
-
Nom de lvnement + date25/11/2006 27
Grandeurs caractristiques
Rendement mRendement mcaniquecanique
m
wp
weff
=nergie utile relle
nergie consomme
''Qualit" compresseur
Compresseur parfait
compresseur rel
Transformation globale
eff
wth
weff
=
Rendement effectifRendement effectif
-
Technique du froid &
composants frigorifiques
Technique du froid Technique du froid &&
composants frigorifiquescomposants frigorifiques
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LICENCE PROFESSIONNELLE MANAGEMENT DE LA CHANE DU FROID - TRANSPORT ET LOGISTIQUE
3me Cours, 2006
-
Nom de lvnement + date06/12/2006 2
Technologie des compresseurs
Sur la base de leur fonctionnement, on distingue deux groupes principaux :
- Les compresseurs volumtriques ; o la compression du fluide frigorigne se fait par rduction du volume de la chambre de compression :
* compresseurs pistons (alternatifs)* compresseurs palettes (rotatifs) * compresseurs hlicodaux ou vis (rotatifs)* compresseurs spirodaux ou scroll (rotatifs)
- Les compresseur centrifuges (compresseurs impulsion) ; o la compression du fluide est cre par la force centrifuge gnre par une roue aubes. On parle de turbocompresseur.
On les distingue galement par l'association moteur-compresseur
-
Nom de lvnement + date06/12/2006 3
Technologie des compresseurs
Le compresseur ouvert, o le moteur est dissoci du compresseur et raccord par un manchon ou une courroie. L'accs aux diffrents lments est possible pour rparation et la vitesse de rotation est modifiable en changeant la poulie du moteur. Mais ces deux avantages (fort thoriques...) ne compensent pas le dfaut majeur de l'existence d'un joint d'tanchitrotatif la traverse du carter par l'arbre. Ce joint, qui doit tre lubrifipour assurer l'tanchit, est source de fuites... inacceptables aujourd'hui dans un contexte "zro-fuite".
-
Nom de lvnement + date06/12/2006 4
Technologie des compresseurs
Le compresseur hermtique, o moteur et compresseur sont enferms dans une mme enveloppe. Le joint tournant disparat et avec lui le risque de fuite. Mais des contraintes nouvelles apparaissent, dont le fait que le refroidissement du moteur est ralis par le fluide frigorigne lui-mme. Le compresseur hermtique est couramment utilis pour les petites et moyennes puissances : froid domestique, climatiseurs, armoires de climatisation, pompes chaleur, ...
Lchauffement du compresseur hermtique est prjudiciable au cycle frigorifique puisque la temprature l'aspiration du compresseur augmente. De plus, si le moteur vient griller, c'est l'ensemble du circuit frigorifique qui sera pollu : un nettoyage complet du circuit doit tre ralis si l'on veut viter de nouveaux ennuis. En cas de problme, il n'est plus possible de rparer
-
Nom de lvnement + date06/12/2006 5
Technologie des compresseurs
Le compresseur semi-hermtique, qui ralise un compromis entre les deux produits prcdents. Il tente de bnficier des avantages du groupe ouvert (accs aux mcanismes) et du groupe hermtique (limitation des fuites). Mais l'tanchit reste imparfaite (nombre de joints non ngligeable) et le prix est sensiblement plus lev que pour le compresseur hermtique. Le compresseur semi-hermtique est utilis pour les moyennes puissances.
-
Nom de lvnement + date06/12/2006 6
Technologie des compresseurs
Compresseurs pistonsLe compresseur pistons a besoin d'tre lubrifi en permanence. La partie infrieure du carter forme rserve d'huile. La pression rgnant dans le carter est la pression d'aspiration. La pompe huile dlivre une pression suprieure de 0.5 4 bars la pression rgnant dans le carter.
Le compresseur piston est trs sensible l'arrive de fluide liquide : si quelques gouttes de liquide pntrent au niveau des soupapes, elles en provoquent une usure lente. Si du fluide liquide pntre en grande quantit, la destruction des clapets est immdiate. De l, les protections anti-coups de liquide adoptes (ressort puissant sur le chapeau de cylindre, capable de se soulever en cas d'arrive de liquide).
-
Nom de lvnement + date06/12/2006 7
Technologie des compresseurs
Compresseur spiro-orbital, dit "scroll"Le compresseur SCROLL est compos de deux rouleaux identiques en forme de spirale. Le premier est fixe, le second dcrit un mouvement circulaire continu sans tourner sur lui mme. Les spirales sont dphases de 180.
Le mouvement orbital entrane le dplacement vers le centre des poches de gaz, ce dplacement est accompagn d'une rduction progressive de leur volume jusqu' disparition totale.
-
Nom de lvnement + date06/12/2006 8
Technologie des compresseurs
Avantages et inconvnients du compresseur "scroll"une rduction des pices mcaniques en mouvement (suppression des clapets) et donc une plus grande fiabilit, un rendement volumtrique d'un compresseur assez bon grce l'absence d'espaces morts, comme dans les compresseurs pistons, une meilleure modulation de puissance, une plus grande longvit,
un niveau sonore nettement plus favorable (moins de vibrations), surtout pour les appareils hermtiques, une moindre sensibilit aux entres de fluide frigorigne liquide ("coups de liquide" destructeurs des compresseurs pistons), un cot de maintenance galement plus faible, puisque le risque de panne est diminu.
un cot levpuissance limite (
-
Nom de lvnement + date06/12/2006 9
Technologie des compresseurs
Compresseur visle fluide frigorigne gazeux est comprim par une vis hlicodale (un peu comme dans un hache-viande) tournant grande vitesse. Le compresseur est entran par un moteur lectrique.Le rendement volumtrique d'un compresseur vis est bon grce l'absence d'espaces morts, comme dans les compresseurs pistons. Cette proprit permet d'assurer des taux de compression levs avec un bon rendement volumtrique. Le compresseur vis doit tre abondamment lubrifi, pour assurer l'tanchitentre les pices en mouvement et pour rduire le niveau sonore, mais aussi pour refroidir le fluide frigorigne : on peut alors atteindre des taux de compression levs (jusqu' 20) sans altrer le fluide frigorigne.
-
Nom de lvnement + date06/12/2006 10
Technologie des compresseurs
-
Nom de lvnement + date06/12/2006 11
Lubrification et lubrifiants
Hormis les compresseurs secs, toutes les catgories de compresseurs voques auparavant ont besoin d une lubrification
Rles de lhuile de lubrification
La lubrification des pices mcaniques en mouvement du compresseur :
pistons, bielle-manivelle, clapets, ...
lment d tanchit : cylindre / piston ou inter-lobes des vis
Refroidissement
vacuation des dpts
Rduction du bruit
La lubrification des pices mcaniques en mouvement du compresseur :
pistons, bielle-manivelle, clapets, ...
lment d tanchit : cylindre / piston ou inter-lobes des vis
Refroidissement
vacuation des dpts
Rduction du bruit
Types dhuile
Les huiles minrales : utilises avec les CFC et les fluides naturels
Les huiles AB : utilises avec les HCFC
Les huiles synthtiques (POE, PAG, PVE) : utilises avec les HFC
Les huiles minrales : utilises avec les CFC et les fluides naturels
Les huiles AB : utilises avec les HCFC
Les huiles synthtiques (POE, PAG, PVE) : utilises avec les HFC
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Nom de lvnement + date06/12/2006 12
Lubrification et lubrifiants
Caractristiques principales
La miscibilit avec le fluide frigorigne utilis dans le circuit
Viscosit pour assurer un film dhuile suffisant pour la lubrification
Le point de figeage : la temprature laquelle lhuile coule encore
Indice de dsmulsion : pour pallier les problmes de moussage
La miscibilit avec le fluide frigorigne utilis dans le circuit
Viscosit pour assurer un film dhuile suffisant pour la lubrification
Le point de figeage : la temprature laquelle lhuile coule encore
Indice de dsmulsion : pour pallier les problmes de moussage
Choix de lhuile
Il rsulte dun compromis de plusieurs paramtres
Temprature de figeage basse ;
Huile non hygroscopique ;
Viscosit suffisante en haute temprature et faible en basse temprature ;
Faible solubilit du frigorigne dans lhuile
Choix de lhuile
Il rsulte dun compromis de plusieurs paramtres
Temprature de figeage basse ;
Huile non hygroscopique ;
Viscosit suffisante en haute temprature et faible en basse temprature ;
Faible solubilit du frigorigne dans lhuile
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Nom de lvnement + date06/12/2006 13
Lubrification et lubrifiants
Entranement dhuile : comment ?
A larrt de la machine :
la temprature dans l vaporateur augmente : dsorption du frigorigne
la temprature dans le carter diminue : absorption du frigorigne
quivalence de pression : niveau du liquide dans le carter augmente (dautant plus) :
-si la temprature du carter est plus froide
-si l arrt est plus long
-si le rapport de la masse volumique frigorigne/huile > 1
A la mise en marche
chute rapide de pression dans le carter
dsorption du frigorigne et moussage intense
dpart de lhuile dans le circuit : coup d huile
Recommandation : chauffage pendant larrt ou isolement du compresseur
EntraEntranement dnement dhuile : comment ?huile : comment ?
A larrt de la machine :
la temprature dans l vaporateur augmente : dsorption du frigorigne
la temprature dans le carter diminue : absorption du frigorigne
quivalence de pression : niveau du liquide dans le carter augmente (dautant plus) :
-si la temprature du carter est plus froide
-si l arrt est plus long
-si le rapport de la masse volumique frigorigne/huile > 1
A la mise en marche
chute rapide de pression dans le carter
dsorption du frigorigne et moussage intense
dpart de lhuile dans le circuit : coup d huile
Recommandation : chauffage pendant lchauffage pendant larrt ou isolement du compresseurarrt ou isolement du compresseur
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Nom de lvnement + date06/12/2006 14
Lubrification et lubrifiants
Retour dhuile : recommandations Retour dRetour dhuile : recommandations huile : recommandations
Vitesse < 2,5 m/s
Vitesse > 2,5 m/s
Accumulation dhuile
Lhuile avance
Vitesse < 5 m/s Vitesse > 5 m/s
L huile retombe
par gravitL huile monte
normalement
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Nom de lvnement + date06/12/2006 15
Slection du compresseur
La sLa slection du compresseur est une lection du compresseur est une tape importante dans le tape importante dans le dimensionnement ddimensionnement dune machine frigorifiqueune machine frigorifique
Gnralement
Le cahier de charge est dfini pour un point nominal de
fonctionnement :
puissance frigorifique requise ;
temprature dvaporation ;
temprature de condensation ;
donnes du cycle frigorifique ;
fluide frigorigne.
La dLa dmarche consiste marche consiste choisir le compresseur adchoisir le compresseur adquat quat partir partir des catalogues de des catalogues de compressoristescompressoristes
-
Nom de lvnement + date06/12/2006 16
Slection du compresseur
DonnDonnes constructeures constructeur
Fluide frigorigne : dfini
Conditions du cycle frigorifique : 20C laspiration du
compresseur et sans sous-refroidissement
Donnes techniques : volume balay, poids, charge en huile,
raccord HP et BP, niveau sonore,
Performances
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Nom de lvnement + date06/12/2006 17
Slection du compresseur
Cycle constructeur, cycle rCycle constructeur, cycle relel
1*1*
2*2*3*3*
4*4*
20C
11
22334455
6=76=788
PP
hh
-
Nom de lvnement + date06/12/2006 18
Slection du compresseur
6,8hmQo = &&
"1vmVasp &
& =
bal
asp
vV
V
&
&
=
Cycle rel
Hypothse : le rendement volumtrique ne dpend que du taux de compression
*vv =
=
=
=
"*1
"1
6,8
*4*,1*
"1
"*1
*
*
v
v
h
hQQ
vmvm
VV
oo
aspasp
&&
&&
&&
c..d.
-
Nom de lvnement + date06/12/2006 19
Slection du compresseur
* oQ&
Le choix du compresseur (volume balay) se fait donc dans les
tables donnes par le constructeur partir de :
pour avoir une puissance frigorifique la plus proche de :
ko TT et
Le compresseur tant slectionn, quelle est la puissance frigorifique rellement fournie ?
=
"1
"*1
*4*,1
6,8*
v
v
h
hQQ oo&&
-
Nom de lvnement + date06/12/2006 20
Temprature relle de refoulement
effW&
pQ&
1h
2h
fm&
fm&
Bilan compresseur
( )
( ) ( )12
12
1
hhmW
WQ
hhmQW
eff
effp
peff
=
=
=
&&
&&
&&&
( )
( )1212
12
1hhhh
hhmW
is
eff
eff
is
eff
+=
=
&&
La tempLa temprature rrature relle de refoulement est calculelle de refoulement est calcule e partir de HP et h2partir de HP et h2
-
Nom de lvnement + date06/12/2006 21
Composants frigorifiques annexes
Circuit Haute pression
Sparateur dhuile
Rservoir liquide
Dshydrateur
Filtre
Amortisseurs de vibration
Circuit basse pression
Filtre
Sparateur liquide
Bouteille daspiration (anti-coup de liquide)
Circuit Haute pression
Sparateur dhuile
Rservoir liquide
Dshydrateur
Filtre
Amortisseurs de vibration
Circuit basse pression
Filtre
Sparateur liquide
Bouteille daspiration (anti-coup de liquide)
Les composants suivants ont pour rle dassurer un fonctionnement correct du circuit frigorifique
-
Nom de lvnement + date06/12/2006 22
SSparateur dparateur dhuile huile
Rle
Empcher au maximum la circulation de cette huile dans le circuit
frigorifique, la piger et la renvoyer au carter du compresseur
Montage
Vertical, au plus prs du compresseur, favoriser llvation de temprature
Description
Le sparateur se dcompose en deux parties :
- la partie haute sert a sparer l'huile du fluide frigorigne.
- la partie basse sert de rservoir d'huile.
Procds de sparation
-par changement brusque de direction et de vitesse
-par choc sur les parois
- par force centrifuge
Composants frigorifiques annexes
-
Nom de lvnement + date06/12/2006 23
RRservoir de liquide servoir de liquide
Rle
alimenter le dtendeur en liquide de faon permanente l'aide de son tube plongeur ;
compenser les variations de demande en liquide au dtendeur ;
stocker le fluide frigorifique en cas d'intervention sur le circuit BP grce a sa vanne
de service.
Slection
La capacit de la bouteille doit permettre de stocker la charge totale en f.f. 20%
Composants frigorifiques annexes
-
Nom de lvnement + date06/12/2006 24
Lubrification et lubrifiants
DDshydrateurshydrateur
Rle : Il limine efficacement
L'humidit: elle est absorbe et emmagasine. Le dshydrateur empche ainsi la
formation de glace au dtendeur.
Les acides nuisibles. Il emmagasine les acides nuisibles se produisant dans le circuit
frigorifique empchant ainsi toute corrosion.
Les particules trangres: ce sont les boues et produits de dcomposition de l'huile.
Montage
Sur la tuyauterie liquide, verticalement de prfrence
Il faut tenir le dshydrateur obtur jusqu'au moment du montage
-
Nom de lvnement + date06/12/2006 25
Voyant liquide Voyant liquide Rle
Dtecter la prsence de bulle dans la ligne liquide de linstallation
Vrifier le bon fonctionnement du retour dhuile
Indiquer le niveau dans les bouteilles
Indiquer la teneur en humidit du fluide frigorigne
Montage
Le voyant de liquide se monte entre le dtendeur et le dshydrateur
Composants frigorifiques annexes
Fonctionnement
La couleur verte apparat lorsque la quantit d'eau contenue dans le fluide est
infrieure la quantit d'eau maximale admissible.
La couleur jaune nous garantit avec certitude des effets nuisibles provenant de
l'humidit
Lorsque la couleur jaune apparat, il faut remplacer le dshydrateur
-
Technique du froid &
composants frigorifiques
Technique du froid Technique du froid &&
composants frigorifiquescomposants frigorifiques
Mohammed YOUBI-IDRISSICharg de Recherche, Cemagref
Mohammed YOUBI-IDRISSICharg de Recherche, Cemagref
LICENCE PROFESSIONNELLE MANAGEMENT DE LA CHANE DU FROID - TRANSPORT ET LOGISTIQUE
4me Cours, 2006
-
Nom de lvnement + date18/12/2006 2
Echangeurs thermiques
changeurs thermiques :
- systmes de transmission de la chaleur d'un fluide chaud vers un fluide
froid
- Prsents 90% dans les procds industriels (chimie, agroalimentaire,
nergie, )
changeurs thermiques :
- systmes de transmission de la chaleur d'un fluide chaud vers un fluide
froid
- Prsents 90% dans les procds industriels (chimie, agroalimentaire,
nergie, )
- fluide : vapeur, gaz, liquide, mlange liquide/vapeur, ...
- fluide chaud : cde de la chaleur
- fluide froid : absorbe de la chaleur
Modes de transfert de chaleur :Modes de transfert de chaleur :- conduction ( l'intrieur des solides), convection (fluide en mouvement) et rayonnement ( travers les gaz/vapeurs)
-
Nom de lvnement + date18/12/2006 3
Echangeurs thermiques
Classification des changeurs
- nature des fluides
- technologique : tubes, plaques, canaux, caloducs, directs,
- fonctionnel : avec ou sans changement de phase, co-courant,
contre courant, courant crois,
- niveaux de temprature
- compacit (700m/m3), matriaux, mode de transfert, ...
Classification des changeurs
- nature des fluides
- technologique : tubes, plaques, canaux, caloducs, directs,
- fonctionnel : avec ou sans changement de phase, co-courant,
contre courant, courant crois,
- niveaux de temprature
- compacit (700m/m3), matriaux, mode de transfert, ...
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Nom de lvnement + date
Echangeurs thermiques
Echangeurs avec ou sans changement de phase
chaleur sensible : conduit une variation de temprature
chaleur latente : produit un changement de phase
chaleur sensible : conduit une variation de temprature
chaleur latente : produit un changement de phase
SANS CHANGEMENT DE PHASE
chaleur sensible seule
AVEC CHANGEMENT DE PHASE
chaleur latente et/ou sensible
vaporateur : le fluide froid s'vapore
condenseur : le fluide chaud se condense
vaporateur : le fluide froid s'vapore
condenseur : le fluide chaud se condense
18/12/2006 4
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Nom de lvnement + date
Echangeurs thermiques
Echangeurs paroi
COURANTS PARALLELES
fluide chaud fluide chaud
fluide froidfluide froid
co-courants antimthodique quicourant
contre-courants mthodique
COURANTS CROISESnombre de passes
contre-courants mthodique
co-courants antimthodique quicourant
18/12/2006 5
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Nom de lvnement + date
Echangeurs thermiques
Echangeurs tubulaires
Mono-tubulaireMono-tubulaire
Multitubulaire : tubes concentriquesMultitubulaire : tubes concentriques
Multitubulaire immergsMultitubulaire immergs
18/12/2006 6
-
Nom de lvnement + date
Echangeurs thermiques
Multitubulaire tube et calandreMultitubulaire tube et calandre
- classe A : boite fixe, conditions inhabituelles d utilisation (gaz toxique) - classe B : boite flottante, conditions classiques - classe C : tubes en U, applications faible risque
3 classes3 classes
Bote : distributeur + collecteur du fluideBote : distributeur + collecteur du fluide
Calandre : enveloppe mtallique compatible avec le fluide Calandre : enveloppe mtallique compatible avec le fluide
Plaques tubulaires : supports des tubesPlaques tubulaires : supports des tubes
18/12/2006 7
-
Nom de lvnement + date
Echangeurs thermiques
Tubes : diamtre normalis et longueur standard(2,44 / 3,05 / 3,66 / 4,88 / 6,1)
Tubes : diamtre normalis et longueur standard(2,44 / 3,05 / 3,66 / 4,88 / 6,1)
Facilit de maintenance Compacte et conomique
Chicanes : augmentation de la turbulence et de la rigidit, mais dPChicanes : augmentation de la turbulence et de la rigidit, mais dP
Segments Barreaux Disques
18/12/2006 8
-
Nom de lvnement + date
Echangeurs thermiques
Echangeurs spirales
faible encrassement (force centrifuge)
bon change thermique (effet de "swirl")
dmontable
faible encrassement (force centrifuge)
bon change thermique (effet de "swirl")
dmontable
18/12/2006 9
-
Nom de lvnement + date
Echangeurs thermiques
FonctionnementFonctionnement
Echangeurs plaques
18/12/2006 10
-
Nom de lvnement + date
Echangeurs thermiques
Echangeurs plaques
changeurs plaques et joints
- pression limite (15 20 bars)
- temprature
-
Nom de lvnement + date
Echangeurs thermiques
Echangeurs en tubes et ailettes
Ailettes continues ou indpendantesAilettes continues ou indpendantes
Nombre des circuits et des nappesNombre des circuits et des nappes
Surface externe / interneSurface externe / interne
Surface frontale Surface frontale
Permabilit : SF/Surface exposePermabilit : SF/Surface expose
Circuitage : dP , configuration de la machineCircuitage : dP , configuration de la machine
18/12/2006 12
-
Nom de lvnement + date
Echangeurs en mini-canaux
Mini-canaux (< 1mm) , micro-canaux (2 5 mm) Mini-canaux (< 1mm) , micro-canaux (2 5 mm)
circulaires rectangulaires
triangulaires rectangulaires
rainures Avantages
- gain de poids et de compacit (aluminium) + facilit de recyclage
- rduction en quantit de fluide, en perte de charge cot air
- pressions de services leves
Avantages
- gain de poids et de compacit (aluminium) + facilit de recyclage
- rduction en quantit de fluide, en perte de charge cot air
- pressions de services leves
Inconvnient : prix levInconvnient : prix lev
Echangeurs thermiques
18/12/2006 13
-
Nom de lvnement + date
Echangeurs ruissellement
Echangeurs thermiques
18/12/2006 14
-
Nom de lvnement + date
Problmes de fonctionnement
Encrassement : accumulation dlments solides indsirables en surface
- particulire : poussire, fume,
- entartrage
- biologique (microorganismes) ou par raction chimique ( ptrochimie)
Encrassement : accumulation dlments solides indsirables en surface
- particulire : poussire, fume,
- entartrage
- biologique (microorganismes) ou par raction chimique ( ptrochimie)
Corrosion
- chimique ou lectrochimique, partielle ou gnralise
- contraintes mcaniques, stagnation, variation locale de T,
Corrosion
- chimique ou lectrochimique, partielle ou gnralise
- contraintes mcaniques, stagnation, variation locale de T,
Vibrations
- vitesse -20% de Vcritique , plaques entre chicanes,
Vibrations
- vitesse -20% de Vcritique , plaques entre chicanes,
18/12/2006 15
-
Nom de lvnement + date
Coefficient dchange global
Surface de rfrence
- interne
Surface de rfrence
- interne
e
i
ei
ei
i D
D
hDDD
h
K 1ln2
1
11
+
+
=
18/12/2006 16
-
Nom de lvnement + date
NUT et Efficacit
Action sur KS : dpend des fluides et de la gomtrieAction sur KS : dpend des fluides et de la gomtrie
LMTKSQ =&
Action sur DTLM : efficacitAction sur DTLM : efficacit
( ) ( )
=
fecs
fsce
fecsfsce
LM
TT
TT
TTTTT
ln
Pour amPour amliorer la puissance :liorer la puissance :
18/12/2006 17
-
Nom de lvnement + date
NUT et Efficacit
Pour un changeur infiniment long : le fluide qui a une capacit
minimum, subite la plus grande variation de temprature
Pour un changeur infiniment long : le fluide qui a une capacit
minimum, subite la plus grande variation de temprature
( ) ( )efecp TTcmQ = minmax &&
Efficacit :Efficacit :
efec
efsf
efec
scec
max TT
TTou
TT
TTE
==
( )
R
eE
RNUT
+
=+
1
1 1( )
( ) 1
1
1
1
=
RNUT
RNUT
Re
eE
co-courant contre courant
Avec : Avec : minC
KSNUT =
max
min
C
CR =
18/12/2006 18
-
Nom de lvnement + date
NUT et Efficacit
Problme 2
S, K, Cmin, Cmax , T entre. T sortie +
Problme 2
S, K, Cmin, Cmax , T entre. T sortie + Q&
Problme 1
1- calcul de lefficacit
2- calcul de NUT
3- calcul de S
1- calcul de puissance
2- calcul de DTLM
3- calcul de S
Problme 2
1- calcul de NUT
2- calcul de lefficacit
3- calcul de T de sortie
4- calcul de la puissance
1- estimation des T de sortie
2- calcul de DTLM
3- calcul de la puissance
4- dduction des T de sortie
5- comparaison et itration
Problme 2 est le plus rencontr : NUT est la mieux adapte
Problme 1
K, Cmin, Cmax , T e/s. S ?
Problme 1
K, Cmin, Cmax , T e/s. S ?
18/12/2006 19
-
Nom de lvnement + date
Evaporateurs
Point 1Point 1 : Fluide sous-refroidi
Point 2Point 2 : Fluide dtendu, une partie du liquide se vaporiseTitre en vapeur : 20 30%
Point 3Point 3 : Disparition de la dernire goute de liquide Titre en vapeur 100%
Entre 3 et 4Entre 3 et 4 : zone de surchauffe
Evaporateur dtente directe
CtCt frigorigfrigorigne ne
18/12/2006 20
-
Nom de lvnement + date
Evaporateurs
Kes 10 6=Koae 02 15=
Le fluide se refroidie, la diffrence de temprature dpend de lefficacit de lchangeur et des changes thermiques entre le frigorigne et le fluide secondaire.
Dans beaucoup dapplications courantes, on rencontre les vaporateurs refroidisseurs d'air : En climatisation :
En froid commercial :
Evaporateur dtente directe
CtCt fluide secondaire fluide secondaire
Kes 5 3=Koae 01 6=18/12/2006 21
-
Nom de lvnement + date
Evaporateurs
Evaporateur noys
sans recirculation regorgement
vapeurvers compresseur
liquidefrigorigne
Avec recirculation
vers compresseur
liquide
sparateurchambrefroide
pompe
18/12/2006 22
-
Nom de lvnement + date
Evaporateurs
Evaporateur refroidisseurs de liquide
Evaporateurs immersion Evaporateurs immersion
vaporateurs les plus anciens utiliss dans le froid
fluide frigorigne l'intrieur des tubes, vaporateurs surchauffe
vaporateurs les plus anciens utiliss dans le froid
fluide frigorigne l'intrieur des tubes, vaporateurs surchauffe
fluide frigorigne l'intrieur
ou l'extrieur,
vaporateurs surchauffe ou
noys
fluide frigorigne l'intrieur
ou l'extrieur,
vaporateurs surchauffe ou
noys
Evaporateurs multitubulaires Evaporateurs multitubulaires
18/12/2006 23
-
Nom de lvnement + date
Evaporateurs
Evaporateur refroidisseurs de gaz
air
vapeur
liq. frigo.
diffrents typesd'ailettes
Evaporateur plafonnier Evaporateur mural
18/12/2006 24
-
Nom de lvnement + date
Evaporateurs
Evaporateur refroidisseurs de gaz
Evaporateurs pour le froid domestique
Givrage / dgivrage Givrage / dgivrage
CTT roseparoi
-
Nom de lvnement + date
Condenseurs
Fonctionnement dun condenseur
CtCt frigorigfrigorigne ne
Point APoint A : les vapeurs surchauffes entrent dans le condenseur
Point BPoint B : les vapeurs attiennent la temprature de condensation
Point CPoint C : disparition de la dernire bulle de vapeur (fin de condensation)
Point DPoint D : le liquide est sous refroidi
18/12/2006 26
-
Nom de lvnement + date
Condenseurs
Fonctionnement dun condenseur
CtCt fluide secondaire fluide secondaire
Le fluide se rchauffe, la diffrence de temprature dpend de lefficacit de lchangeur et des changes thermiques entre le frigorigne et le fluide secondaire.
Pour les condenseurs air :
Pour les condenseurs eau :
Kes 10 5=Koae 02 10=
Kes 15 5=Koae 02 10=
18/12/2006 27
-
Nom de lvnement + date
Condenseurs
Condenseurs air
Les plus utiliss
- gratuit de l'air
- pas de risque de gel- gratuit de l'air
- pas de risque de gel
-change thermique mdiocre, ailettes souvent ncessaires
- encombrement important
- circulation d'air souvent ncessaire
- temprature variable selon les saisons
- efficacit diminue avec l'altitude
- risque d'encrassement par poussire entre les ailettes
-change thermique mdiocre, ailettes souvent ncessaires
- encombrement important
- circulation d'air souvent ncessaire
- temprature variable selon les saisons
- efficacit diminue avec l'altitude
- risque d'encrassement par poussire entre les ailettes
Avantages Inconvnients
18/12/2006 28
-
Nom de lvnement + date
Condenseurs
Condenseurs eau
Condenseurs eau verticaux
-Ils sont destins la construction d'armoire de
conditionnement d'air et de pompe chaleur.
-Ils offrent la possibilit de stockage du fluide frigorigne
-Ils sont destins la construction d'armoire de
conditionnement d'air et de pompe chaleur.
-Ils offrent la possibilit de stockage du fluide frigorigne
Condenseurs tube en tube -Ils sont constitus par deux tubes enfils lun dans lautre.
-Le fluide frigorigne circule entre les deux tubes.
-Avec ce type de condenseur il faut utiliser un rservoir de liquide.
-Ils sont constitus par deux tubes enfils lun dans lautre.
-Le fluide frigorigne circule entre les deux tubes.
-Avec ce type de condenseur il faut utiliser un rservoir de liquide.
Condenseurs multitubulaires
-eau l'intrieur des tubes
-condensation autour des tubes dans la calandre-eau l'intrieur des tubes
-condensation autour des tubes dans la calandre
18/12/2006 29
-
Nom de lvnement + date
Condenseurs
Condenseurs eau
Avantages Inconvnients
- bon change thermique : faible
encombrement
- temprature relativement constante dans
l'anne
- rcupration de la chaleur cde l'eau aise
- peu bruyants
- bon change thermique : faible
encombrement
- temprature relativement constante dans
l'anne
- rcupration de la chaleur cde l'eau aise
- peu bruyants
- forte consommation d'eau (eau perdue)
cot, rglementation
- entretien et maintenance (corrosion,
entartrage)
- protection contre le gel
- forte consommation d'eau (eau perdue)
cot, rglementation
- entretien et maintenance (corrosion,
entartrage)
- protection contre le gel
18/12/2006 30
-
Nom de lvnement + date
Condenseurs
Condenseurs vaporatifs
Contact air/eau
vaporation dune partie deau
Humidification dair
18/12/2006 31
-
Nom de lvnement + date
Condenseurs
( ) KapprocheTTKTT
KT
airheaue
eausk
eau
73
5
5
,,
,
=
=
Condenseurs vaporatifs
Consommation d'eau 50 100 fois plus faible que pour un circuit eau perdue
TTkk
TTe,eaue,eau
TTs,eaus,eau
TTh,airh,air
approcheapproche
18/12/2006 32
-
Nom de lvnement + date
Coef. d change K :ordre de grandeur
18/12/2006 33
Coefficient global
d'change (W /m .K)
vaporateur plaques Largeur entre plaques : 2 m m 1250
Condenseur plaques Largeur entre plaques : 2 m m 2400
Diam tre des tubes9 m m 14007 m m 14504 m m 1500
Diam tre des tubes9 m m 11007 m m 11504 m m 1200
Tube lisse de diam tre 15 m m 1700Tube ailettes de D = 15 m m 3500
Condenseur extra-tubulaire
Type d'changeur Caractristiques gom triques
vaporateur intra-tubulaire
C ondenseur intra-tubulaire
situation physique Coefficient dchange partiel en W/m2.K
Air en convection naturelle 5-10Air en convection force 30-80Eau en convection force 3000-10000
HFC en vaporation convection force 1000-5000Ammoniac en vaporation 5000-10000
HFC en condensation convection force 1000-3000
-
Nom de lvnement + date
Rcapitulatif
18/12/2006 34
Charge de fluide frigorigne leve
Mdiocre coefficient de transfert (ncessit de
tubes amliors)
Construction de la calandre la pression du
fluide frigorigne (forte pression)
Peut trs difficilement sadapter aux mlanges
zotropes
Perte de pression faible sur le fluide frigorigne
Bonne nettoyabilit des tubes sur le fluide
frigoporteur
Pas de difficult de la distribution du fluide
frigorigne lentre de lvaporateur (pas de
limitation en puissance)
Peut convenir des fluides frigorignes et
huiles non miscibles
tous fluides y compris avec huile
non miscible (NH3) avec une
restriction sur les mlanges
zotropes
eau glycole, saumure
de 1 plusieurs MW
Evaporateur
noy
Perte de pression leve sur le fluide
frigorigne
Nettoyabilit faible du faisceau de tubes (cot
calandre)
Criticit de la distribution du fluide frigorigne
lentre de lvaporateur (limitation en
puissance)
Ne peut convenir des fluides frigorignes et
huiles non miscibles (cas frquents rencontrs
avec lammonia
Charge de fluide frigorigne limite
Bon coefficient de transfert
Construction de la calandre la pression du
fluide frigoporteur (faible pression)
tous avec huiles miscibles
eau glycole ou autres
de 100 kW 1 MW
Evaporateur
intratubulaire
Perte de pression leve sur le fluide
frigorigne
Nettoyabilit rduite du cot fluide de
refroidissement
Implique parfois lemploi dune bouteille haute
pression
Charge de fluide frigorigne limite
Construction de la calandre la pression du
fluide frigoporteur (faible pression)
Adapte tous les fluides y compris les
mlanges zotropes
tous fluides (HFC, NH3)
eau industrielle, eau de tour
de 100 kW plusieurs MW
Condenseur
intratubulaire
Impose des charges de fluides frigorigne
importante
Ncessite une construction de la calandre pour
une pression leve
Mal adapt aux fluides zotrope
Ncessite lutilisation systmatique de tubes
ailettes intgrales en paroi externe pour tous les
HFC
Pas de perte de pression sur le fluide
frigorigne
Matrise du sous refroidissement du condensat
(par noyage des ranges infrieures des tubes)
Assure la fonction de bouteille haute pression
Nettoyage ais des tubes (en cas
dencrassement par leau)
tous fluides (HFC, NH3) avec des
rserves sur les mlanges zotropes
eau industrielle, eau de tour
de 100 kW plusieurs MW
Condenseur
extratubulaire
Limites de la technologie Avantages de la technologieCritres dutilisationTechnologie
dchangeur
-
Nom de lvnement + date
Rcapitulatif
18/12/2006 35
Pertes de pression leve sur le fluide frigorigneNettoyage dlicat des canaux (en cas dencrassement par leau)Fragilit de lappareil (en cas notamment de gel du fluide frigoporteur dans lvaporateur)Ncessit de rgulation adapte pour le dtendeur (temps de rponse leve) de par la faible inertie de lappareil)Ne convient pas lammoniac dans sa version la plus courante (brasure cuivre). Des versions adaptes lammoniac existent toutefois sur le march.
Compacit leve et volume rduit de lchangeur
Impose des charges de fluide frigorigne trs faible
Bon coefficient de transfert Adapt aux fluides HFC y compris aux mlanges zotropes de type R407C de par la circulation en parallle des fluides
tous fluides frigorignes de type HFC Eau, eau glycole (pas adapte au saumure) de quelques kW environ 500 kW
Echangeur plaques brases Condenseur ou vaporateur
Encombrement important de lappareilDomaine dapplication limit aux faibles et moyennes puissances (