1 / 57

La réfrigération

La réfrigération. Principes de base. Les appareils domestiques. Si les appareils de réfrigération domestique sont très différents. Leur principe de « production » de froid est identique. Méthodes de production. Procédés thermodynamiques. Mélanges réfrigérants. Détente d’un gaz comprimé.

juro
Télécharger la présentation

La réfrigération

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. La réfrigération Principes de base

  2. Les appareils domestiques Si les appareils de réfrigération domestique sont très différents. Leur principe de « production » de froid est identique A. Diouris

  3. Méthodes de production Procédés thermodynamiques Mélanges réfrigérants Détente d’un gaz comprimé L’évaporation d’un liquide Fusion et la sublimation A. Diouris

  4. Mélanges réfrigérants • La dissolution de certains sels dans l’eau entraîne une absorption de chaleur. • Pour atteindre les températures les plus basses possible, il faut mélanger le sel à de la glace ; ce qui a pour effet d’abaisser le point de fusion, par conséquent de congélation. • Le passage de l’eau « glace » à l’état de solution met en œuvre la chaleur latente de fusion ; ce qui a pour effet un refroidissement complémentaire. A. Diouris

  5. Installation frigorifique à absorption • Le cycle frigorifique à absorption, connu depuis 1777, est le procédé de production de froid le plus ancien. • En 1810, J. LESLIE construisait la première machine fonctionnant à eau (fluide frigorigène) et acide sulfurique (agent absorbant). • En 1859, F. CARRE fit une découverte fondamentale concrétisée par la mise au point d’une machine frigorifique à absorption travaillant en continue à partir d’un mélange binaire eau/ammoniac ; de telles machines fonctionnent aujourd’hui dans une plage de T° allant de 0°C à – 60°C. • Dans les machines frigorifiques à absorption de faible puissance (réfrigérateur ménager mis au point par PLATEN et MUNTERS en 1922) le mélange binaire eau/ammoniac utilise l’hydrogène comme gaz tampon pour équilibrer les pressions A. Diouris

  6. Installation frigorifique à absorption • Les installations frigorifiques à absorption utilisent pour la production de froid des mélanges binaires formés à partir d’un fluide frigorigène et d’un absorbant. • Les installations frigorifiques à absorption présentent un côté basse pression, celui de l’évaporateur et un côté haute pression, celui du condenseur. • L’aspiration et la compression des vapeurs de fluide frigorigène ont lieu à partir d’un phénomène de « compression thermique », qui a lieu grâce au système absorbeur, pompe à solution et bouilleur . • Il faut donc distinguer dans toute machine frigorifique à absorption deux circuits : celui de fluide frigorigène entre bouilleur, condenseur, évaporateur et absorbeur, et le circuit du mélange binaire solvant et fluide frigorigène entre l’absorbeur et le bouilleur. • Pour créer une différence de pression, entre haute et basse pression, l’absorbeur doit être refroidi et le bouilleur chauffé. A. Diouris

  7. Installation frigorifique à absorption A. Diouris

  8. Détente d’un gaz comprimé En comprimant rapidement un gaz à température ambiante, les calories qui y sont contenues se trouvent confinées dans un volume plus réduit La rapidité de la compression ne leur laisse pas le temps de s’évacuer ; alors la température du gaz s’élève. Inversement, en détendant un gaz préalablement comprimé, à température ambiante, on constate que sa température s’abaisse A. Diouris

  9. Installation frigorifique à compression • Les installations frigorifiques à compression se composent de quatre parties : l’évaporateur, le compresseur, le condenseur et le détendeur. • Le circuit est rempli d’un liquide facilement vaporisable : le fluide frigorigène • La chaleur « Q » cédée au fluide frigorigène par le milieu extérieur qui se refroidit autour de l’évaporateur entraîne la formation de vapeur par changement d’état du fluide frigorigène. • Cette vapeur est aspirée, comprimée et refoulée par le compresseur auquel on fournit l’énergie W. • La quantité de chaleur extraite de l’évaporateur, augmentée de l’énergie de compression W est évacuée dans le condenseur par le milieu qui l’entoure et qui par conséquent s’échauffe. • Dans le condenseur, le fluide cède sa chaleur tout d’abord sous forme sensible puis sous forme latente, et se liquéfie. A. Diouris

  10. Condenseur QC = Q + W W Détendeur Compresseur Q Évaporateur Installation frigorifique à compression La détente du fluide frigorifique liquéfié depuis la pression de condensation jusqu’à la pression d’évaporation s’effectue généralement par laminage dans un organe de détente. Du mélange de vapeur détendue et de liquide froid se trouvant au niveau de l’évaporateur, seul la vapeur retourne au compresseur; le cycle va pouvoir recommencer. A. Diouris

  11. Détente d’un gaz comprimé Froid ? Chaud ? Juste des sensations Les unités de mesure • 2°) Le degré Fahrenheit 0° Fahrenheit • mélange glace +Sel 0°F = - 17,8°C 100° Fahrenheit • Température du corps humain 100°F = 37,8°C • 1°) Le degré Celsius 0°Celsius • Fusion de la glace • Solidification de l ’eau 100° Celsius • Ébullition de l’eau • 3°) Le degré Kelvin 0° Kelvin • 0° absolu 0°K = -273°C A. Diouris

  12. °F °C °C °F 100 37,8 40 104,0 95 35,0 35 95,0 90 32,2 30 86,0 85 29,4 28 82,4 80 26,7 26 78,8 75 23,9 24 75,2 70 21,1 22 71,6 65 18,3 20 68,0 60 15,6 18 64,4 55 12,8 16 60,8 50 10,0 14 57,2 45 7,2 12 53,6 40 4,4 10 50,0 35 1,7 8 46,4 30 -1,1 6 42,8 25 -3,9 4 39,2 20 -6,7 2 35,6 15 -9,4 0 32,0 10 -12,2 -2 28,4 5 -15,0 -5 23,0 0 -17,8 -10 14,0 -5 -20,6 -20 -4,0 -10 -23,3 -30 -22,0 Table de correspondance F = 9/5 x C°+ 32 C = 5/9x( F°-32) A. Diouris

  13. Quantité de chaleur L’étude du froid, c’est l’étude de la chaleur Chaleur latente : C’est la quantité de chaleur nécessaire au passage de l’état solide à l’état liquide et inversement Chaleur spécifique (ou chaleur massique) C’est la quantité de chaleur nécessaire à l’élévation (ou à l’abaissement) de 1°C de la température d’un corps La quantité de chaleur a une unité : le Joule IJ = 0,239 10-3 kcal 1Kcal = 4190J A. Diouris

  14. Quantité de chaleur Trois règles de base à retenir : 1°) Comme l’eau, la chaleur contenue dans la matière ne peut être détruite ; on ne peut que la déplacer. 2°) La chaleur recherche toujours un équilibre. 3°) Suivant les états, les caractéristiques des corps changent. A. Diouris

  15. Transfert de la chaleur Le rayonnement A. Diouris

  16. Transfert de la chaleur La conduction A. Diouris

  17. Transfert de la chaleur La convection A. Diouris

  18. Propriétés de la matière Changement d’états physiques Fusion Vaporisation Solide Liquide Gaz Solidification Condensation A. Diouris

  19. + 100 + 100 + 80 + 80 + 60 + 60 + 40 + 40 + 20 + 20 0 0 - 20 - 20 Q1 = 41kJ Q1 = 41kJ Q2 = 334kJ Q3 = 420kJ Propriétés de la matière(exemple de l’eau) Plaque chauffante Bloc de glace à – 20°C 1ère étape : le bloc de glace est porté de -20°C à 0°C Bloc de glace à 0°C Eau à 0°C 2ème étape : fusion à T°constante c’est à dire passage de l’état solide (glace) à l’état liquide eau Eau à 0°C 3ème étape : la T° de l’eau est portée De 0°C à 100°C A. Diouris

  20. + 120 + 120 + 100 + 100 + 80 + 80 Q4 = 2258kJ Q4 = 2258kJ Q5 = 38kJ Propriétés de la matière(exemple de l’eau) Eau à 100°C Vapeur à 100°C 4ème étape : vaporisation par ébullition de l’eau à T° constante.La vapeur se trouvant au dessus de l’eau est dite humide Vapeur à 100°C la T° reste constante et égale à 100°C jusqu’à vaporisation de la dernière goutte.La vapeur est dite sèche Vapeur à 120°C 5ème étape : la T° de la vapeur saturée sèche est portée à 120°C. On parle alors de vapeur surchauffée. A. Diouris

  21. °C + 120 + 100 + 80 + 60 + 40 + 20 0 - 20 Q4 = 2258kJ Q1 = 41kJ Q2 = 334kJ Q3 = 420kJ Q5 = 38kJ Quantité de chaleur(exemple de l’eau) A. Diouris

  22. Influence de la pression Unité de mesure : Le Pascal (Pa) Toutefois plusieurs autres unités sont couramment utilisées : Le Newton par mètre carré 1 N/m2 = 1PA Le bar 1 bar = 100 000 Nm2 L'Atmosphère 1 atm = 1,013 bar L'atmosphère technique 1 at = 1kgf/cm2 =0,98 bar Le torr (mm Hg) 1 atm = 760 mmHg Pression absolue On appelle ainsi la pression par rapport au vide Pression relative Ce terme qualifie la pression qui règne à partir de la pression atmosphérique A. Diouris

  23. Vide Vide mbar bar 3 2 4 5000 1000 0 4000 2000 3000 5 -1 0 Influence de la pression Pression Absolue Pression Relative Pression Atm. A. Diouris

  24. Influence de la pression • Il existe trois catégories d’appareils pour mesurer une pression: Les baromètres, utilisés pour mesurer la pression atmosphérique, donc une pression comptée à partir du vide absolue Les manomètres: la plupart d’entre-eux sont gradués de manière à ce que l’aiguille soit en face du zéro lorsque le manomètre n’est pas raccordé, c’est à dire qu’il est soumis a la pression atmosphérique. Lorsque l’on utilise le manomètre, il indiquera la pression qui règne en plus de la pression atmosphérique, on l’appelle pression relative. Les vacuomètres ou déprimomètres, que l’on utilise pour mesurer une pression atmosphérique et comptée à partir du zéro absolu. A. Diouris

  25. 1013mbar 1520mbar -76 cm Hg Influence de la pression A retenir : PLUS LA PRESSION AUGMENTE, PLUS LA TEMPERATURE D'ÉBULLITION AUGMENTE. PLUS LA PRESSION DIMINUE, PLUS LA TEMPERATURE D'ÉBULLITION DIMINUE. A. Diouris

  26. P (bar) État Vapeur P atm 0 °C Relation pression / température État liquide État liquide - vapeur 100 A. Diouris

  27. P (bar) 10 R22 5 H2O + 3,7 + 2,6 + 0,98 P atm °C - 60 - 40 100 150 50 Relation pression / température A. Diouris

  28. Fluoro • Carbone • Chloro C Cl F Les CFC • Les • C F C A. Diouris

  29. H H H C C C H H H H H H H • le méthane • CH4 • l’éthane • C2H6 Les CFC • sont fabriqués à partir d’hydrocarbures tels que : • ou A. Diouris

  30. F H • Dichlorofluorométhane • CCl2F2 ou R12 • Trichlorofluorométhane • CCl3F ou R11 F Cl Cl C H H Cl Cl • +23,7°C • -29,8°C Cl H F Les CFC • dans lesquels les atomes d ’hydrogène ont été remplacés par du fluor et/ou du chlore • lorsque tous les atomes d ’hydrogène ont été remplacés ... • … le réfrigérant est dit « totalement halogéné » A. Diouris

  31. H F F C H H • Monochlorodifluorométhane • CHClF2 ou R22 Cl H • -40,8°C Les HCFC • un HCFC est un CFC qui contient encore des atomes d’hydrogène donc non totalement halogéné A. Diouris

  32. F H • Tétrafluoroéthane • CH2FCF3 ou R134a C C F F • -26,5°C F H Les HFC • les HFC sont les produits qui ne contiennent pas de chlore A. Diouris

  33. Relation pression / température R22 R134a A. Diouris

  34. Les fluides frigorigènes A. Diouris

  35. Température d’ébullition du R134a -26°C Température du jour - 30°C Température du jour +20°C R134a en ébullition R134a à l’état liquide A. Diouris

  36. P P atm °C 60 100 120 40K 20K Relation pression / température État liquide - vapeur Zone de vapeur surchauffée Zone du liquide sous-refroidi A B Surchauffe Sous-refroidissement A. Diouris

  37. L’enthalpie Ce terme souvent employé dans les calculs thermodynamiques est considéré comme un contenu de chaleur. H= I + PV H enthalpie I énergie interne (moléculaire) P pression absolue V volume A pression constante, la variation d’enthalpie est égale à la quantité de chaleur fournie ou enlevée à une substance. L’accroissement de l’enthalpie pendant la compression adiabatique* équivaut à l’énergie mécanique fournie pour assurer la compression. Lorsqu’un gaz est comprimé dans des conditions telles que le temps de compression ne permette aucun échange de chaleur entre le gaz et son environnement, la compression est dite adiabatique. A. Diouris

  38. P (bar) 250 225 200 175 150 125 100 75 50 25 500 1000 1500 2000 2500 2500 3500 Enthalpie (KJ/kg) Diagramme enthalpique K Point critique Zone de Liquide Sous refroidi Zone de vapeur Surchauffée Courbe de saturation Vapeur Courbe de saturation Liquide Zone de mélange Eau + vapeur A. Diouris

  39. P Enthalpie Le circuit FrigorifiqueL’évaporateur 6 7 1 0 BP Surchauffe A. Diouris

  40. P 0 Enthalpie Le circuit FrigorifiqueLe compresseur 2 1 A. Diouris

  41. P 0 Enthalpie Le circuit FrigorifiqueLe condenseur Sous-refroidissement Désurchauffe 5 3 2 13 HP 4 A. Diouris

  42. P Enthalpie Le circuit FrigorifiqueLe capillaire 13 HP 5 6 0 BP A. Diouris

  43. Circuit frigorifique A. Diouris

  44. P Enthalpie Circuit frigorifique Quantité de chaleur évacuée par le condenseur Sous-refroidissement Désurchauffe 5 3 2 HP 4 compression 1 7 6 BP évaporation Travail du compresseur Surchauffe Production frigorifique de l’évaporateur A. Diouris

  45. P Enthalpie Circuit frigorifique(Coefficient de performance) Quantité de chaleur évacuée par le condenseur COP = Énergie fournie par le compresseur Travail du compresseur Quantité de chaleur évacuée par le condenseur A. Diouris

  46. P Enthalpie Circuit frigorifique(Efficacité) Quantité de chaleur absorbée par l’évaporateur Efficacité = Énergie fournie par le compresseur Travail du compresseur Quantité de chaleur absorbée par l’évaporateur A. Diouris

  47. Circuit frigorifique A. Diouris

  48. Circuit frigorifique(Diagramme enthalpique) A. Diouris

  49. L’humidité Notion d’humidité Humidité maximum Humidité relative Condensation Le givre A. Diouris

  50. L'humidité de l'air Gr/m3 Courbe de saturation à la pression atmosphérique (100% d'humidité) T° A. Diouris

More Related