mini-projet chambre froide
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Mini-projet : réalisation d’une chambre froide par Kodjo Sokém MILEKO © Octobre 2010 1
Remerciement
Nos sincères remerciements à tous nos camarades de la deuxième année Energétique
de l’Ecole Nationale d’Ingénieur « ENI- ABT » de Bamako. Un merci particulier à M. Arona
COULIBALY qui a accepté de prendre sur son temps pour nous écouter. Nous n’oublions pas
tous ceux qui d’une manière ou d’une autre ont contribué à la rédaction de ce rapport
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Sommaire
Remerciement
Introduction
Conception de la chambre froide
I Contexte …………………………………………………………………………………………………………………..4
II Objectifs …………………………………………………………………………………………………………………..4
III Résultats attendus …………………………………………………………………………………………………...4
3.1 Bilan thermique ……………………………………………………………………………………………4
Dimensionnement et bilan frigorifique
IV Hypothèses de calcul ………………………………………………………………………………………………..7
V Méthodologie …………………………………………………………………………………………………………..7
5.1. Terminologie particulière ……………………………………………………………………………..7
5.2. Les dimensions intérieures de la chambre froide ………………………………………….8
5.3. Bilan frigorifique de la chambre froide ………………………………………………………….9
5.4. Exemple de calcul sur une chambre froide pour la conservation de 13000 kg
de lait cru à Mopti ……………………………………………………………………………………….14
Choix des équipements
VI Critères de choix ……………………………………………………………………………………………………..15
6.1 Quantité totale de chaleur à extraire …………………………………………………………15
6.2 Définition du temps de fonctionnement ……………………………………………………15
6.3 Puissance frigorifique de l’évaporateur ……………………………………………………..15
6.4 Température d’évaporation ……………………………………………………………………….16
6.5 Température de condensation …………………………………………………………………..16
6.6 La capacité nominale du détendeur thermostatique ………………………………….16
VII Choix des équipements …………………………………………………………………………………………..17
7.1 Schémas et diagramme du circuit de base ………………………………………………….17
7.2 Choix du fluide frigorigène ………………………………………………………………………….17
7.3 Choix des évaporateurs ………………………………………………………………………………18
7.4 Choix des compresseurs ……………………………………………………………………………..18
7.5 Choix du condenseur ………………………………………………………………………………….19
7.6 Choix du détendeur thermostatique …………………………………………………………..19
7.7 Présentation de la salle de machine ……………………………………………………………20
VIII Portées et limites ……………………………………………………………………………………………………20
IX Conclusion ……………………………………………………………………………………………………………..21
Annexe
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Introduction
La conservation des aliments vise à préserver leur comestibilité et leurs propriétés
gustatives et nutritives. Elle implique notamment d’empêcher la croissance de
microorganismes et de retarder l’oxydation des graisses qui provoque le rancissement. Les
méthodes courantes de conservation de la nourriture reposent principalement sur un
transfert d’énergie ou de masse qui ont pour objectif d'allonger la durée de vie des produits
alimentaires (pasteurisation et stérilisation, séchage, déshydratation osmotique,
réfrigération et congélation) ou de les transformer par le jeu de réactions biochimiques ou
de changement d'état (cuisson, fermentation, obtention d'état cristallisé ou vitreux…). Ces
transformations sont rarement exclusives et les transferts souvent couplés sont associés à
des changements d’états. La méthode la plus rependue et la plus pratique pour la
conservation domestique et commerciale reste la réfrigération. Elle consiste à maintenir le
produit dans un état proche de celui de départ par le froid. Ceci par contre, ne tue pas les
microorganismes mais ralentit considérables et d’une manière significative leur progression.
L’étude que nous avons menée dont le rapport est le suivant porte sur ce processus de
conservation de denrées. L’exemple a été pris sur la conservation du lait cru produit dans la
région Malienne de Mopti. A cet effet dans la suite de ce document, nous détaillerons,
depuis la présentation du cahier de charge jusqu'au choix des équipements, les différentes
étapes à suivre pour la conception et le dimensionnement d’une chambre froide.
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Conception de la chambre froide
I Contexte Dans le souci d’approfondir les connaissances théoriques reçues au cour de l’année
scolaire, il nous a été confié un mini-projet portant sur la conception et le dimensionnement
d’une chambre froide pour la conservation du lait cru dans la région de Mopti.
II Objectifs Ils sont de deux ordres :
• L’objectif spécifique qui fera ressortir les calculs des charges thermiques à partir
d’un cahier de charge dans lequel nous énumérerons les donnés de base et les
conditions de base de calcul
• Les objectifs globaux qui sont les aboutissants des objectifs spécifiques
III Résultats attendus Nous aurons à concrétiser les objectifs que nous nous sommes fixés un peu plus haut.
3.1. Bilan thermique
3.1.1 Cahier des charges techniques
Pour la conception de notre chambre froide, nous avons établi un cahier de charges
où se trouve les donnés techniques de base pour les calculs de dimensionnement.
- Le produit à conserver est du lait cru. L’entrée journalière est de 13000 kg
à une température de 37,8°C (température moyenne ambiante). Le lait est mis dans des
fûts kraft imperméabilisés composé de papier Fibre Kraft liner entre-collé avec une colle
spécifique puis d'une peinture extérieure imperméabilisante, de diamètre 0,5 m et de
hauteur 1 m
- Consignes d’entreposage : le produit est à maintenir à une température
de 3°C et une hygrométrie de 80% pendant 24 heures (duré d’entreposage). L’entreposage
du produit sera fait sur une hauteur de 2 m et manuellement
- L’entrepôt est à réaliser dans un bâtiment existant déjà. C’est un seul entrepôt orienté Nord-Sud, Est-Ouest et situé dans la région de Mopti de latitude 14,5°
Nord, de longitude 4,2°Ouest et d’altitude 297m. C’est une chambre froide modulaire aux
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panneaux préfabriqués derrière laquelle est placée la chambre des machines. L’accès de la
chambre froide positif pour la réfrigération du lait cru se fait par la route
- La chambre froide se situe dans une région de climat tropical sec
dont la température extérieure est en moyenne de 37,8°C, une hygrométrie de 41,4% et un
rayonnement journalier de 5,85 kWh/m2/jour. En quotidien on ferra rentré 13000kg de lait
cru. La réalisation se fera avec la main d’œuvre (personnel technique de conduite et de
surveillance, personnel de manutention et d’entretien général) prise sur place
- En plus nous précisons que l’entrepôt est réalisé sur sol saint et est
destiné à la commercialisation du lait cru. La perte thermique maximale par les parois est
estimée à 5408,99 kJ
3.1.2 Isolation
L’objectif principal visé pour une chambre froide étant la conservation des denrées, il
est donc très important de penser aux moyens de maintenir le froid produit pour la
conservation de la denrée. Il existe à cet effet, plusieurs matériaux appelés isolant capables
de diminuer de manière considérable les déperditions de la chambre froide vers l’extérieur.
Ceux sont des matériaux caractérisés par leur faible densité et ayant une très faible
conductibilité thermique, non hygroscopiques, imputrescibles, possédant un grand pouvoir
de réflexion, stables entre certaines limites de température, ininflammables, sans action sur
le bois ou le fer en contact avec elles. Elles ne doivent pas être un terrain favorable pour les
rongeurs ou les insectes enfin elles doivent conserver constantes dans le temps leurs
qualités d’isolation, être d’un coût peu élevé et d’un approvisionnement facile.
Un matériau est isolant thermique s’il contient une grande quantité d’air car l’air est
un des meilleurs isolants à condition d’être sec et au repos (λ = 0,020 W/m.K).
Nous avons le choix entre le liège, la fibre de verre, le polystyrène expansé, le styrofoam, les
mousses de poly-méthane les caoutchoucs mousses, la laine de roche, le klégecell et le
foamglass.
Pour notre étude, nous avons pris 0,08 m d’épaisseur de polystyrène expansé
3.1.3 Dispositions constructives de la chambre froide
Pour des raisons économiques et de modernité, notre choix portera sur la
construction modulable, réalisée à l’aide de panneaux sandwichs à âme isolante en
polyuréthane expansé. Les revêtements intérieur et extérieur sont en tôle traitée contre
l’oxydation, peinte avec une peinture laquée cuite au four, ils peuvent être également
constitués par des résines polyesters. L’assemblage des panneaux est réalisé avec des
dispositifs mécaniques divers mais dont beaucoup font appel au système came-axe.
L’étanchéité entre les panneaux est obtenue par serrage des joints d’étanchéité montés en
périphérie de chacune des parois d’un panneau. Ce serrage est réalisé grâce au système
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d’assemblage précité. Les angles des chambres froides ainsi constituées sont réalisés à partir
de pièces de raccordement qui permettent d’assembler entre elles les parois latérales et ces
mêmes parois avec le sol et le plafond.
Les panneaux constituants le sol ont une résistance mécanique capable de supporter des
charges de stockage ou de roulement ; ils sont en plus dotés d’un revêtement intérieur
antidérapant obtenu généralement avec des résines polyesters.
Bien souvent ces sols sont posés sur un chevronnage permettant une ventilation naturelle. La construction modulable nécessite des panneaux préfabriqués constitués d’un isolant
(polyuréthane) dont les faces sont intiment collées à deux feuilles résistantes. L’entrée dans
la chambre frigorifique se fait grâce à une porte constituée de panneaux sandwich à âme
isolante en polyuréthane expansé avec des parements en tôle d’acier galvanisée (comme
pour les panneaux préfabriqués).
L’épaisseur d’isolation de la porte est de 0,80 m
3.1.4 Eclairage de la chambre froide
Afin d’assurer une manufaction dans de bonne condition et la sécurité du personnel,
nous avons préféré utilisé des tubes fluorescences disposés dans les allées de service et des
luminaires étanches. Vu le volume de la chambre froide, nous avons prévu un dispositif
d’avertissement sonore, un voyant lumineux s’éclairant lorsque la chambre est elle-même
éclairée pour permettre au personnel d’y travailler et une porte pouvant s’ouvrir
manuellement pour toute personne se trouvant à l’intérieur.
3.1.5 Migration d’humidité
Un des phénomènes généralement rencontré est la migration de la vapeur d’eau
(tension de vapeur saturante) ambiante vers l’intérieur des chambres froides. Pour éviter
cette migration, nous avons mis en place :
· des isolants étanches par nature (à cellules fermées) ;
· des revêtements pare - vapeur (écran d’étanchéité) sur les parois (faces
chaudes : vers l’extérieur) de la chambre froide (enduits visqueux, flinkote, feuilles minces
d’aluminium, film plastique) ;
· sur la face interne : mise en place d’un revêtement poreux pour assurer la
migration de l’eau vers l’évaporateur.
L’humidité peut altérer les isolants tels que le polystyrène diminuant ainsi leur pouvoir
isolant.
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Dimensionnement et bilan frigorifique
IV Hypothèses de calcul
Pour effectué les calculs de dimensionnement de la chambre froide, nous avons
fait des suppositions suivantes :
� Hauteur des murs : 3,5 m
� Epaisseur du plancher
� Température d’entrée du lait égale à la température ambiante
V Méthodologie
5.1. Terminologie particulière
Avant de commencer le calcul des charges proprement dit nous définissons ici
quelques thermes particuliers qui entre dans les calculs de dimensionnement. Ces
terminologies sont très importantes dans le dimensionnement d’une chambre froide.
Capacité utile de la chambre froide :
Il représente le volume intérieur de l’espace calorifugé, déduction faite du
frigorifère, gainages et autres accessoires.
Ce volume est défini à partir de la hauteur, de la largeur et de la profondeur de la chambre
froide
Volume utile :
Il diffère de la capacité utile. C’est l’emplacement exclusivement réservé aux
produits. On le définit en multipliant la surface sur laquelle on peut disposer les produits par
la hauteur de stockage.
Charge journalière :
C’est la masse de denrées introduites chaque jour régulièrement, dans la chambre
froide. Elle est de 13000 kg/jour.
Charge maximale :
C’est la masse maximale de denrées pouvant être placées dans le volume utile du
réfrigérateur. Elle est fonction de la densité de charge par mètre cube de volume utile ou par
mètre carré de surface utile.
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Réfrigération :
Application du froid consistant à abaisser la température de produits ou denrées en
deçà de la limite de congélation et dans des conditions hygrométriques appropriées.
Température intérieure de la chambre froide (θm) :
Elle est la moyenne arithmétique de quatre valeurs mesurées en régime de
fonctionnement de l’installation.
Température moyenne d’évaporation :
Pour obtenir cette température on a procédé comme suit. On a relevé les
températures du fluide frigorigène à l’entrée de l’évaporateur (première moyenne
arithmétique θ3). Simultanément on relève les températures du fluide frigorigène à la sortie
de l’évaporateur près du bulbe thermostatique du détendeur (deuxième moyenne
arithmétique θ6).
La moyenne arithmétique de θ3 et θ6 est la température moyenne d’évaporation.
5.2. Les dimensions intérieures de la chambre froide
Le choix des dimensions de la chambre froide se fera en fonction des critères suivants :
- Efficacité : pour augmenté l’efficacité on prendra un entrepôt à
surface carrée
- Aération : La plupart des entrepôts ont des murs d'une hauteur de
2,4 à 4,8 m. Les murs bas, de moins de 2,4 m, sont à rejeter parce qu'ils restreignent la
circulation d'air et limitent les possibilités de variations futures dans la disposition des
produits et dans l'utilisation des lieux hors saison, d’où une hauteur de 3,5 m pour notre
chambre froide.
- Disposition des produits : Pour un même volume de produits entreposés,
il est généralement moins coûteux de les empiler que de les étaler sur le plancher. C'est dire
qu'avec des contenants empilables, la surface de plancher peut être réduite et le coût de
construction est moins élevé
- Le volume intérieur (volume brut) d’une chambre est obtenu à partir
du volume utile de la chambre froide et des volumes nécessaires pour la circulation de l’air,
- Contenance totale de la chambre obtenue avec la formule :
CCF = S.H.de.hoc kg Où :
S : surface de la chambre froide en m²
H : hauteur maximale de gerbage en m
de : densité d’entreposage en kg/m3
hoc : coefficient d’occupation au sol des marchandises en %
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Tableau : 1 Coefficients d’occupation du sol d’une chambre froide en fonction du type
d’entreposage des marchandises.
Type d’’’’entreposage Coefficient d’occupation du sol ηoc (%)
Entreposage de marchandises réfrigérées
palettisées à faible rotation
0,65 – 0,70
Entreposage de marchandises réfrigérées
palettisées à rotation rapide
0,45 – 0,50
Entreposage de marchandises congelées
palettisées à faible rotation
0,75 – 0,80
Entreposage de marchandises congelées
palettisées à rotation rapide
0,50 – 0,60
5.3. Bilan frigorifique de la chambre froide
Ce bilan porte sur le calcul des charges thermiques externes et internes :
5.3.1 Charges thermiques externes
� Charge thermique journalière par transmission à travers les parois : Qtrp
Le calcul s'effectue paroi par paroi à savoir les quatre parois verticales puis le
plancher haut (toiture).
Où :
K : coefficient d’échange thermique global de la paroi considérée en W/m² °C
S : surface de la paroi considérée en m²
kl : coefficient d’échange linéique en W/m.K ; il varie de 0,20 à 0,40 W/m.K
Li : longueur intérieure de la liaison en m ;
ΔT : écart de température de part et d’autre de la paroi considérée en °C (les parois
de la chambre ne sont pas nécessairement toutes contre des ambiances aux mêmes
températures partout)
La charge thermique par transmission, en kJ, a pour valeur :
Qtr = 24*3600*Фtr/1000 (kJ)
Фtr = ∑ [(K.S + kl.Li).ΔT] (W)
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- Détermination de K
Il est obtenu par la formule :
11 1i
e i i
Ke
h hλ
=+ Σ +
Où :
he : est le coefficient d’échange thermique superficiel externe (W/m2°C)
∑ei/λi : est la somme des résistances thermiques des différentes couches de
matériaux constituant la paroi (m2°C/W)
ei : est l’épaisseur de la paroi considérée (m)
λi : est la conductivité thermique de la paroi (W/m°C)
hi : est le coefficient d’échange thermique superficiel interne (W/m2°C)
Tableau : 2 Coefficients de transmission thermique K d’une paroi type sandwich composée
d’une âme en mousse rigide de polyuréthane et de deux revêtements métalliques.
Epaisseur d’isolant
(mm)
Coefficient K
(W/m²°C)
Ecart de température
conseillé (°C)
Utilisation jusqu’à
environ
50 0,39 20 -4
60 0,32
75 0,26 34 -10
80 0,24
100 0,19 45 -20
125 0,15 56 -30
150 0,13 70 -45
160 0,12
180 0,11
200 0,10
� Charge thermique journalière due au renouvellement d'air : Qrai
Pour des raisons suivantes (maintenir les denrées en état de fraîcheur ; éliminer
les odeurs ; éviter une modification de la composition de l’air due à la respiration des
produits végétaux et des personnes), nous avons prévu un renouvellement du à l’ouverture
des portes. La quantité d'air neuf admise (par infiltration et par ouverture de la porte) doit
être refroidie de la température extérieure à la température de la chambre froide et
constitue donc une charge thermique. Elle est calculée par :
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Qra = (V*Δh*n)/Vsp (kJ)
Où :
V : volume de la chambre froide vide (m3)
Δh : différence d'enthalpie entre l'air intérieur de la chambre froide et l'air
extérieur (kJ/kgas)
Δh = he - hi avec he : enthalpie spécifique de l’air extérieur
hi : enthalpie spécifique de l’air intérieur
he et hi sont déterminées par le diagramme de Mollier de l’air ou diagramme
psychrométrique de l’air humide. L’humidité relative de l’air de la chambre froide peut alors
être prise égale à 90%.
n : nombre de renouvellement d’air par jour
Vsp : volume spécifique de l’air extérieur (m3/kg)
� Charges thermiques due à l’ouverture des portes : Qp
Le calcul de La charge thermique par ouverture des portes ou autres ouvertures de
manutention passe par la détermination du débit-massique d’air circulant par la porte.
Dans la littérature on donne une expression permettant de calculer ce débit en kg/h :
mop = (8+ 0,067*Δθ) touv*ρai*H*L*(hae – hai)*Cmin*√ [H*(1 – ρae/ρai)] (kg/h)
Où :
Δθ : Ecart de température de l’air entre les 2 côtés de la porte (°C)
touv : temps d’ouverture des portes (mn/h)
ρai : masse volumique de l’air dans la chambre froide (kg/m3)
ρae : masse volumique de l’air de l’autre côté de la porte (kg/m3)
hai : enthalpie de l’air dans la chambre froide (kJ/kg)
hae : enthalpie de l’air de l’autre côté de la porte autre que la chambre froide (kJ/kg)
L : largeur de la porte (m)
H : hauteur de la porte (m)
Cmin : coefficient de minoration dû à la présence éventuelle d’un rideau d’air
(Cmin = 1 dans le cas d’une porte sans rideau)
D’où la charge thermique par renouvellement :
Qpo = mpo *Δh*24 (kJ)
Où :
mpo : débit massique d’air sec entrant (kg/h)
Δh : différence d’enthalpie de part et d’autre de la porte (kJ/kgas)
Δh = hae - hai
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5.3.2 Charges thermiques internes
Elle est représente les charges thermiques internes indépendantes des produits
entreposés et dépendantes des produits entreposés.
5.3.2.1 Charges thermiques internes indépendantes des produits entreposés
� Quantité de chaleur journalière dégagée par le personnel travaillant
dans la chambre froide : Qpers
Elle est obtenue par :
Qpers = (n*Mpers*t*3600)/1000 (kJ)
Où :
n : nombre de personnes opérant dans la chambre froide
Mpers : charge thermique dégagée par une personne en activité en (W)
t : durée de présence de chaque personne dans la chambre froide (h/j)
Tableau : 3 Quantité de chaleur dégagée par unité de temps par une personne en activité
moyenne dans une chambre froide.
Température de la
chambre froide
(°C)
Chaleur dégagée par personne et par heure : Mpers
(W)
Travail dur Travail moyen Travail léger
+10 372 244 186
+7 372 250 198
+4 372 256 209
+2 372 267 221
0 372 273 233
-7 384 314 279
-12 395 337 291
-18 407 372 326
-23 419 407 349
� Charge thermique journalière dégagée due à l'éclairage : Qecl
Les luminaires des chambres froides classiques doivent pouvoir résister au froid, à
l'humidité, être étanches à l'eau, être protégés des contacts avec tous objets (degré de
protection IP 68 d'après les normes NF C 20-010 et 51-115) et être insensibles aux effets de
la poussière.
Elle est exprimée par :
Qecl = 10*S*t*3600/1000 (kJ)
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� Charge thermique journalière dégagée par les ventilateurs de
l'évaporateur : Qvev
On suppose que le moteur du ventilateur tourne en permanence. En effet, pendant la
période de dégivrage, la quantité de chaleur dégagée par celui-ci est supposée être
équivalente à la chaleur dégagée par le moteur de l'évaporateur.
En tenant compte d'une puissance de 30 W/m² de chambre froide, on obtient :
Qvev = 30*S*24*3600/1000 (kJ) Où :
S est la surface intérieure de la chambre froide en m2.
5.3.2.2 Charges thermiques internes dépendantes des denrées entreposées
� Charge thermique journalière par introduction des denrées à
température ambiante extérieure : Qden
La quantité de chaleur à extraire des denrées dans le cas d’une chambre froide
positive ne représente qu’une certaine quantité de chaleur sensible entre la température
d’introduction des produits et la température de la chambre froide correspondant à la
température de stockage.
Qden = mden*cpav*Δθ (kJ)
Où :
mden : masse journalière des denrées à entreposer (kg)
cpav : chaleur spécifique avant congélation des denrées (kJ/kg.K)
Δθ: différence entre la température d’introduction des denrées et la
température de stockage (°C ou K)
Cette charge ne tient pas en compte la chaleur thermique dégagée par l’emballage.
Alors, on la détermine à partir de :
Qemb = memb.cpemb.Δθ (kJ)
Où :
memb : masse des emballages correspond à l’entreposage journalier des denrées (kg)
cpemb : chaleur spécifique des emballages (kJ/kg.K)
Δθ: différence entre la température d’introduction des denrées et la température de
stockage (°C ou K)
� Charge thermique journalière produite par la respiration des denrées :
Qres
Cette charge thermique est évaluée en partant de la chaleur moyenne dégagée qui est de
1,4 Wh/kg/24 heures. On obtient alors :
Qres = 1,4*3600*mden/1000 (kJ)
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� Charge thermique due à la fermentation des denrées : Qferm
Elle est également appelée chaleur de dissociation et est due à une modification
physico chimique des tissus par suite de l’action des liquides biologiques qui s’y trouvent.
C’est la fermentation qui s’accompagne d’un dégagement de chaleur. Sans l’action précoce
du froid, il y aurait putréfaction des produits. La charge correspondante a pour valeur :
Qferm = mden*Lferm (kJ)
Où :
mden : masse journalière des denrées (kg)
Lferm : chaleur spécifique de fermentation des denrées (kJ/kg)
5.4. Exemple de calcul sur une chambre froide pour la conservation de 13000 kg de
lait cru à Mopti
Les applications numériques sont effectuées et reportés dans les tableaux en annexe
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Choix des équipements
VI Critères de choix
6.1 Quantité totale de chaleur à extraite
Elle correspond à la somme de toutes les charges intérieures et extérieure à
enlever pour maintenir le produit à la température désirée. On l’obtient par l’expression
suivante :
QT = ∑Q (kJ)
AN :
QT = 3154898,86 kJ
6.2 Définition du temps de fonctionnement
Le temps de fonctionnement est estimé à 16 heures par jour
6.3 Puissance frigorifique de l’évaporateur
Puissance intermédiaire ΦΦΦΦint
Фint = (QT – Qvev)/3600*t
AN :
Фint = (3154898,86 – 60160,32)/3600*16
Фint = 53,73 kW
Puissance prévisionnelle ΦΦΦΦprev
Фprev = 1,2* Фint
AN :
Фprev = 1,2*53,73
Фprev = 64,48 kW
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Puissance effective ΦΦΦΦ0
Ф0 = QT/3600*t
AN :
Ф0 = 3154898,86/3600*16
Ф0 = 54,77 kW
6.4 Température d’évaporation
Notons que le fonctionnement se fait en régime externe avec un évaporateur à refroidisseur
d’air
- La température de l’air soufflé est de : θas = θar – Δθ Où :
θar = 3°C est la température de l’air repris
Δθ = 7°C est l’écart de température
- La température d’évaporation est de : θ0 = θas – θpa
Où :
θpa = 6°C est le pincement en sortie
θ0 = - 10°C
6.5 Température de condensation
- La température de l’air à la sortie du condenseur est de : θa2 = Δθak+θa1
Où :
Δθak = 6°C est l’écart de températures sur l’air
θa1 = 37,8°C la température de l’air à l’entrée de l’évaporateur
θa2 = 43,8°C
- La température de condensation est de : θk = θa2 – Δθpa
Où :
Δθpa = 4°C est le pincement en sortie
θk = 39,8°C
6.6 La capacité nominale ΦΦΦΦn du détendeur thermostatique
Pour θ 0 = -10°C, une hauteur géométrique h= 6 m et ΔP = 4,7 ; on obtient par
interpolation Фn = 8,8 kW
θas = - 4°C
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VII Choix des équipements
7.1 Schémas et diagramme du circuit de base
Fig. 1 : diagramme P-h d’un circuit frigorifique
Fig. :2 schémas de base d’un circuit frigorifique
7.2 Choix du fluide frigorigene
le fluide frigorigene est le carburant d’une installation frigorifique dans laquelle,
circulant, il est évaporé, comprimé, liquefié et détendu. Il assure le transfert de la chaleur en
recevant, en dessous de la température ambiante, la chaleur, par évaporation, et en la
cedant à nouveau, au dessus de la temperature ambiante, par liquefaction. Le choix du
fluide frigorigene adapté, influe indiscutablement sur la performmence, le coût de
conception et la consomation énergétique d’une installation frigorifique.
Ainsi, nous avons choisi le R22 de la famille des HCFC pour les raisons suivantes :
∗ possibilité d’emploi en moyenne ou haute température
∗ poids moléculaire : 86,48 g/mol
∗ masse volumique de la phase liquide (1,013 bar au point d'ébullition) : 1413 kg/m3
∗ équivalent gaz/liquide (1,013 bar et 15 °C) : 385 vol/vol
∗ point d'ébullition (1,013 bar) : -40,8 °C
∗ Chaleur latente de vaporisation (1,013 bar au point d'ébullition) : 233,95 kJ/kg
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∗ température critique : 96 °C
∗ pression critique : 49,36 bars
∗ masse volumique du gaz (1,013 bar au point d'ébullition) : 4,706 kg/m3
∗ masse volumique de la phase gazeuse (1,013 bar et 15 °C) : 3,66 kg/m3
∗ facteur de compressibilité (Z) (1,013 bar et 15 °C) : 0,9831
∗ masse volumique (air = 1) (1,013 bar et 21 °C) : 3,08
∗ volume spécifique (1,013 bar et 21 °C) : 0,275 m3/kg
∗ chaleur spécifique à pression constante (Cp) (1,013 bar et 30 °C) : 0,057 kJ/ (mole.K)
∗ chaleur spécifique à volume constant (Cv) (1,013 bar et 30 °C) : 0.048 kJ/ (mole.K)
∗ rapport des chaleurs spécifiques (Gamma: Cp/Cv) (1,013 bar et 30 °C) : 1,178253
∗ viscosité (1,013 bar et 0 °C) : 0,0001256 Poise
7.3 Choix des évaporateurs
- ΔФ = 9,71 kW : différence entre la puissance effective et la puissance
effective prévisionnelle.
- θ0 = -10°C
- Δθ = 7°C écart de température entre l’intérieure et la température
d’évaporation
- Ф0 = 54,77 kW
En considérant un coefficient de sécurité le choix à porté sur quatre évaporateurs
refroidisseurs d’air de modèle SK 44 de puissance frigorifique 13,70 kW et de 12 mm
d’écartement entre les ailettes.
Photo1 : évaporateur
7.4 Choix des compresseurs
Puissance du compresseur Pc = mf (h1 – h2) ↔ Pc = 10,23 kW
En tenant compte d’un coefficient de sécurité, nous avons choisi deux compresseurs
de 5,25 kW pouvant fournir chacun une puissance frigorifique de 13,70 kW chacun
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Photo2 : compresseurs
7.5 Choix du condenseur
θa1 = 37,8°C température d’entrée de l’air au condenseur
θk = 39,8°C température de condensation
Δθ = 2°C écart entre la température de condensation et la température d’entrée
de l’air au condenseur
Фk = 65,03 kW
A partir du catalogue et en tenant compte des marges de sécurité, nous avons
porté notre choix sur un condenseur à air de 64,1 kW modèle Ca 76 E2 SL de surface
335 m2, de volume circuit 38 dm
3 et de diamètre 900 mm
Photo3 : condenseur
7.6 Choix du détendeur thermostatique
Pour θ 0 = -10°C, une hauteur géométrique h= 6 m et ΔP = 4,7 ; on obtient par
interpolation Фn = 8,8 kW
D’où le choix d’un détendeur thermostatique de 9,6 kW modèle TX 2/TEX 2-3,0 et d’orifice
n° 05
Photo4 : détendeur thermostatique
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7.7 Présentation de la salle de machine
Photo5 : salle des machines
VIII Portées et limites
La difficulté majeure que nous avons rencontré pendant l’étude a été la collecte des
informations nous aurions voulu travailler avec un fluide frigorigène R 134a mais par
manque d’information suffisante sur l’équipement adéquat, nous avons préféré le R 22.
L’autre handicape a été pour la rédaction de ce rapport. Bien que le temps qui nous été
accordée soit raisonnable, nous avons été conforté a un problème qui nous a énormément
ralenti.
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IX Conclusion
Au terme de ce mini-projet d’étude consacré à la réfrigération du lait cru à Mopti,
nous possédons une très bonne vue d’ensemble sur le sujet grâce une recherche
d’information très poussée. Nous connaissons maintenant les critères de choix à respecter et
les précautions à prendre pour la réalisation de cette technologie. La conservation des
denrées suscite toujours un grand engouement, et reste une nécessité primordiale. Les
attentes des utilisateurs évoluant avec le temps, il est donc obligatoire de continuer à
améliorer la performance des différents éléments entrant dans la réalisation du système.
Parmi les équipements utilisés, le problème du fluide frigorigène reste le plus compliquer car
il faut arriver à obtenir dans ce cas un bon rendement avec un fluide qui respect au
maximum les lois de la protection de l’environnement. Ce qui n’est pas toujours évident.
Tout de même il est à noter les études prometteuses qui portent l’utilisation du CO2.
Ainsi nous disons un merci chaleureux à notre professeur M. Arona COULIBALY pour nous
avoir ouvrir les yeux sur ces réalités.
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Annexe
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� Données de base
- Coefficient d’échange thermique global des murs verticaux et du plafond : 0,24
W/m2°C et 0,679 W/m
2°C
- coefficient d’échange linéique : kl = 0,30 W/m.K
- masse volumique du lait cru : 1032 kg/m3
- section d’un fût : 0,50 m
- capacité d’un fût : 200 l
- nombre de fût : 63
- épaisseur de l’isolant : 0,08 m
Tableau4 : dimensions et caractéristiques de la chambre froide
Capacité utile 81,25 m3
Contenance totale de la chambre froide 25066,8 kg
Hauteur de la chambre froide 3,5 m
Surface intérieure de la chambre froide 23,21 m2
Largeur de la chambre froide 4,82 m
Profondeur de la chambre froide 4,82 m
Volume utile 25,20 m3
Hauteur de la porte 2,05 m
Largeur de la porte 1,30 m
Surface du plafond 23,21 m2
Surface du plancher 23,21 m2
Surface du mur Est 16,87 m2
Surface du mur Ouest 14,21 m2
Surface du mur Nord 16,87 m2
Surface du mur Sud 16,87 m2
Surface de la porte 2,67 m2
� Charges thermiques extérieures
Tableau5 : Charges thermiques extérieures journalières par transmission à travers les parois
Parois Différence de
température Δθ (°C)
La puissance par
transmission (W)
La charge thermique
par transmission (kJ)
Est 30 164,84 14242,52
Ouest 30 145,51 12572,24
Sud 27 148,36 12818,27
Nord 29 159,35 13767,77
Porte 30 62,60 5408,99
Plafond 30 198,61 17160,08
Plancher 15 252,14 21785,23
Total des apports 1131,41 97753,82
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Tableau6 : autres apports extérieures
La charge thermique due au renouvellement d’air (kJ) 59729 ,73
La charge thermique due à l’ouverture des portes (kJ) 1157029 ,61
� Charges thermiques intérieures
Tableau7 : charges thermiques internes indépendantes des produits entreposés
La charge thermique due aux personnels 1325,81
La charge thermique due à l’éclairage 278,50
La charge thermique due aux ventilateurs des
évaporateurs
60160,32
Tableau8 : charges thermiques internes dépendantes des denrées entreposées
La charge thermique due à l’introduction des denrées (kJ) 1741740
La charge thermique due aux emballages (kJ) 19000,80
La charge thermique due à la respiration des denrées (kJ) 65520
La charge thermique due la fermentation (kJ) 12090
� Charge thermique totale
QT = 3154898,86 kJ
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Référence :
Document du cour de froid
Mémotech génie énergétique
www.abza.com
www.fao.org