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Variantes du cycle àcompression de vapeur
Froid indirect : circuit à frigoporteurCycle mono étagé et alimentation par regorgementCycle bi-étagé en cascade
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Froid direct et froid indirect� Froid direct
– Le frigorigène est amené jusque sur le lieu d’utilisation• Avantages : meilleure efficacité• Inconvénients : quantité de fluide frigorigène, impossible si
fluide toxique et lieu public– 99% des applications de petite puissance
� Froid indirect– Le froid est transporté par un fluide intermédiaire : le
« frigoporteur »• Avantages : installation compacte, moins de fluide frigorigène,
possibilité de « confiner » le fluide au local technique et donc d’utiliser par exemple des fluides toxiques
• Inconvénients : efficacité diminuée• Frigoporteur = eaux glycolées (monoéthylène glycol,
polypropylène glycol), saumures
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Froid indirect : circuit à frigoporteur
� Un tube distribue le frigoporteur pour tous les postes
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Cycle mono-étagé et alimentation par regorgement
1
23
45 7
6
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Cycle cascade deux étages
Utilisation du froid à des températures très basses (-60°C)
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Principaux composants des installations frigorifiques
Echangeurs de chaleurCompresseurComposants divers
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Echangeurs réfrigérateur� Evaporateur roll bond
� Condenseur tubes fils
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Echangeurs tubulaires
� Coaxial
� En serpentin
� Tube en tube
Echangeurs pour l’eau et pour des petites puissances
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Echangeurs multitubulaires
� Moyenne puissance (>12 kW)
� Grand nombre de tubes : échangeurs compacts
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Echangeurs à air : batteries à ailettes
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AIR
FRIGORIGENE
EAU
EAU
TOUR DE REFROIDISSEMENTD’EAU
AIR
EAU
EAU
FRIGORIGENE
CONDENSEUR A EFFET D’EVAPORATION
Condenseurs évaporatifs
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Dégivrage des évaporateurs
� L’air ambiant contient de la vapeur d’eau� Cette vapeur d’eau se solidifie au contact de la paroi à
température négative => le givre� Ce givre forme une couche isolante qui diminue l’efficacité des
échangeurs� Il est ainsi nécessaire de dégivrer périodiquement les
évaporateurs :– Par soufflage d’air chaud– Par des résistances électriques chauffantes placées sur
l’évaporateur– Par les gaz chauds (on utilise en général le gaz chaud au
refoulement du compresseur)– Par inversion de cycle (pour les machines frigorifiques pouvant
également fonctionner en pompe à chaleur)
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Echangeurs de chaleur
Echangeurs à plaque
Eau et liquide
Echangeurs co-axiaux
Echangeurs multitubulaires
Echangeurs multitubulaires
Condenseurs évaporatifs
Batteries àailettes
Air et gaz humides
Batterie à ailettesBatteries àailettes
Air sec, gaz
CondenseursEvaporateursFluide externe
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Echangeurs à plaques
� Assemblage de plaques– Le frigorigène passe dans une plaque sur deux– Echangeur très compact, coefficients d’échange
élevés– Démontable, peut être nettoyé
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Echangeurs à surface raclée� Pour des produits qui cristallisent
– Les lames raclent la paroi froide pour éviter l’obstruction de l’écoulement
– Ex : produits de type beurre, chocolat, crème glacée
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Performances des échangeurs
� Coefficients d’échange globaux U
800-2500
100-600
100-200
15-60
5-15
U (W/m²K)
3Liquide convection forcée en plaques
10Liquide convection forcée en tubes (pompes)
12Liquide convection naturelle
15Air convection forcée (ventilateurs)
20Air convection naturelle
Ecart T Type d’échangeur
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Technologie des compresseurs (1/2)
� Ouverts– Le moteur est séparé du compresseur
� Semi-hermétiques (hermétiques accessibles)
– Le moteur est indissociable du compresseur, mais l’ensemble peut être ouvert
� Hermétiques– Le moteur est indissociable du
compresseur et l’ensemble est enfermédans une cloche hermétique
Moteur
Partie moteurPartie compresseur
Arbre moteur
Refoulement
Aspiration Clochehermétique
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Technologie des compresseurs (2/2)
� Compresseurs à piston– La compression s’effectue par
un mouvement alternatif d’un piston dans une chambre (cylindre)
� Compresseurs à vis– Le gaz est comprimé par
réduction progressif du volume dans une vis d’archimède
� Compresseurs scroll (à spirale)– Le gaz suit un parcours en
forme de spirale et est comprimé par réduction progressive du volume
1 10 100 1000
Scroll
Pistons
Vis
Puissance
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Compresseurs à piston : principe
Aspiration sortieévaporateur
Refoulement vers le condenseur
Basse pression
Haute pression
� Le plus utilisé� <0,5 kW à 300kW� Taux de compression
déterminé par les échangeurs
� Réduction de puissance possible si plusieurs cylindres
� Plage de vitesses limitée
� Flux discontinu du fluide (vibrations)
� Très sensible aux « coups de liquide »
huile
clapets
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Cylindrée d’un compresseur à pistons
Point mort haut
Point mort bas
cCnD
Cylindree4
2π=C :coursedu piston
D : diamètre du pistonC : course du pistonnc : nombre de cylindres
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Compresseurs à vis
� Installations de fortes puissances (30 à 800 kW)
� Flux continu du fluide (moins de vibrations)
� Rendement volumétrique excellent
� Dispositif de réduction de puissance
� Taux de compression interne fixe (existe aussi en variable)
� Bruyant� Lubrification importante =>
appareillage (pompe à huile, récupérateurs, etc…)
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Compresseurs scroll
� Faibles puissances : 1,5 à 25 kW� Flux continu du fluide� Pas de soupape, d’espace mort� Excellent rendement volumétrique� Peu de vibrations, bruit faible
� Limités à de faibles débits� Pas de système interne de réduction de
puissance
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Régulation par tout ou rien� Régulation de la température d’une chambre froide
Fonctionnement compresseur
TempsTempérature
Temps
ConsigneDifférentiel
Marche
Arrêt
Arrêt du compresseur
Redémarrage du compresseur
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Centrale frigorifique
� Plusieurs compresseurs en parallèle : régulation de puissance
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Régulation en cascade
� Centrale à 4 compresseurs
xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx
Pression
Arrêt
Démarrage Compresseur2
Compresseur1
xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx
Tous les compresseurs en fonctionnement
Tous les compresseursà l'arrêt
Compresseur3
Compresseur4
Arrêt
Arrêt
Arrêt
Démarrage
Démarrage
Démarrage
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Rendements d’un compresseur
ciis WW && η=
isW&
isη
Puissance théorique d’un compresseur isentropique
espace mort, irréversibilitésrendement isentropique
Puissance de compression
Puissance mécanique sur l’arbre du compresseur
pertes mécaniques dansle compresseur et transmissionmη rendement mécanique
mmi WW && η=
pertes électriques (effet Joule)elecη rendement électrique
elecelecm WW && η=Puissance électrique
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Composants divers
DétendeursDéshydrateursVoyant de liquideVannesBouteilles de liquide
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Détendeur
� Permet de passer de la haute à la basse pression
� On crée une perte de charge artificielle en faisant passer le fluide par un orifice étroit
� Son rôle lorsqu’il est àouverture variable est de contrôler le remplissage en liquide de l’évaporateur
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Détendeur thermostatique� le bulbe contient un fluide en équilibre liquide-
gaz– la pression dans le bulbe varie avec la température de
la sortie d’évaporateur
bulbe
détendeur
évaporateur
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Détendeur thermostatique
� L’ouverture du détendeur dépend de la pression (~température) dans le bulbe
xxx
xxxxxxxxxxxxxxxxxx
Pb
krxr
Fluide HP
BP
Tb
xxx
Pb
Fluide HP
BP
xr
Tb augmentesiaugmente
xxxxxxxxx
diminue
le pointeau se déplace vers le bas
Pekrxr Pe
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Principe du détendeur thermostatique
� Si la pression dans le bulbe est faible– le pointeau remonte => le détendeur est fermé
� Si la pression dans le bulbe est élevée– le pointeau descend => le détendeur est ouvert
F b
F r F e
P b
P e
T b
P b
T b
F l u i d eH a u t ep r e s s i o n
B a s s ep r e s s i o n
P e
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Déshydrateur
Photo Carly
� Elimine les éventuelles traces d’humidité� Filtre les impuretés
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Voyant de liquide
Photo Carly
� Permet de visualiser l’écoulement à la sortie du condenseur� Placé après le déshydrateur => permet de détecter son
colmatage� Si l’installation manque de frigorigène => bulles
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Réservoir de liquide
� Rôle de réservoir de stockage� Facilite l’ouverture de l’installation pour la maintenance