cours froid industriel 4 gp 2013 introduction(partie1)

8/16/2019 Cours Froid Industriel 4 GP 2013 Introduction(Partie1)

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Cours:

Froid

industriel-Introduction-

Université Ibn Zohr

Ecole Nationale des SciencesAppliquées

Agadir

Pr. AZZABAKH Aniss

Département de Génie des Procédés, de lEnergie ! delEn"ironnement

#$me année C%cle Ingénieur G&P

Année universitaire : 2012 - 2013


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ème

ann e

C%cle IngénieurGP

I. Introduction.

II. Importance du froid.

III. Procédés de production de froid.

III.1. Refroidissement direct et indirect

III.2. Les différents procédés

III.2.1. Réfrigération par compression

III.2.2. Réfrigération par absorption

III.2.3. Réfrigération par adsorption

IV. Les fluides frigorigènes

IV.1. Définition

IV.2. Réglementation

IV.3. Classification et nomenclature

IV.3.1. Corps purs alogènes

IV.3.2. Les mélanges !éotropes

IV.3.3. Les mélanges a!éotropes

IV.3.". Les #drocarbures

IV.3.$. Les composés inorgani%ues

IV.". Critères de sélection

IV.$. Données

IV.$.1. Les &'C et les &C'C

IV.$.2. (élanges des &'C

IV.$.3. Les #drocarbures

IV.$.". 'luides inorgani%ues

V. Conclusion

Plan )

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PR. *. *++*,*-& /0* D**DIR 2C45R ) 'R4ID I0D56RI/L 7281292813:


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C%cle IngénieurGP I. Introduction )

La tecni%ue frigorifi%ue est une partie constituante de la

termod#nami%ue %ui traite le comportement des corps solides

li%uides et ga!eu;.

4n fait inter


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6ermod#nami%uement parlant la notion de =froid ne;iste

pas )

le =froid= nest généré %ue lors%ue la caleur est transportée

dun endroit basse température > une autre > aute

température il est nécessaire lapport de lénergie .

"C45R ) 'R4ID I0D56RI/L 7281292813: PR. *. *++*,*-& /0* D**DIR


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/noncé de Clausius du second principe de la termod#nami%ue

? La caleur ne peut passer spontanément d@un corps froid une température inférieure > celle

ambiante 7 produire du froid

: le s#stème termod#nami%ue réalisant

cette opération prend le nom de macine frigorifi%ue . L@effet utile est

la caleur e;traite 7ou le froid produit: > la source froide.

$C45R ) 'R4ID I0D56RI/L 7281292813: PR. *. *++*,*-& /0* D**DIR


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Pour alimenter le s#stème termod#nami%ue on utilise

alors) oit une énergie mécani%ue ou é%ui


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Compression AbsorptionTravail Chaleur

QC

QF

TC

TF

QC

QF

TC

TF

Pas de froid, la chaleur est évacuée

E C45R ) 'R4ID I0D56RI/L 7281292813: PR. *. *++*,*-& /0* D**DIR


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Pour transférer de la caleur dun milieu > basse température température plus éle 6 c

5n pénomène e;otermi%ue 7pour reFeter la caleur au milieu

caud: s@effectuant > la température 6 c du puits caud pour reFeter

la caleur


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Le milieu %ui dans le s#stème frigorifi%ue est le siège de

ces pénomènes est dénommé fluide frigorigène ou réfrigérant .

Dans le s#stème le fluide frigorigène peut subir une

transformation %ui le laisse dans un état final différent de

l@état initial 7transformation ou


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#stème ou


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Dans l@é


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/;emple )

Le réfrigérateur domesti%ue comprend un é


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C%cle IngénieurGP II. Importance du froid )

Le froid trou


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C%cle IngénieurGP II. Importance du froid )

/n général les aliments sont périssables cest pour%uoi ils nécessitent

certains conditions de traitement de conser


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C%cle IngénieurGP III. Procédés de production de froid )

Le froid peut Htre produit directement ou indirectement.

4n parle de refroidissement direct lors%ue la substance >

refroidir 7par e;emple lair: est en contact arefroidir 7lair: et le fluide circulant en circuit fermé dans la

macine. Le fluide intermédiaire est appelé fluide frigoporteur.

1$C45R ) 'R4ID I0D56RI/L 7281292813:

III.1. Refroidissement direct et indirect )

PR. *. *++*,*-& /0* D**DIR

èmeème


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La production de froid pour les besoins domesti%ues commerciau;

et industriels nécessitent lutilisation dun dispositif capable

de;traire de la caleur dans le milieu > refroidir pour la reFeter

dans un milieu dit e;térieur ce dispositif %ui obéit nécessairement

au second principe de la termod#nami%ue est appelé ? macine

frigorifi%ue A.

La conception la réalisation et le;ploitation et9ou le sui


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Production de froid

Basés en milieu chimi!ues Basés en milieu ph"si!ues

#lévation de la

températureChan$ement d%état #pansion de $a& #ffets spéciau

Fusion

'ublimation

(aporisation

)a& idéau

)a& réels

#ffet

thermoélectri!ue

#ffet

ma$nétoélectri!ue

#ffet ma$néto*

thermoélectri!ue

1E C45R ) 'R4ID I0D56RI/L 7281292813:

III.2. Les différents procédés )

PR. *. *++*,*-& /0* D**DIR

èmeème


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1GC45R ) 'R4ID I0D56RI/L 7281292813:

III.2.1. Réfrigération par compression )

III. Procédés de production de froid )

PR. *. *++*,*-& /0* D**DIR

èmeème


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1JC45R ) 'R4ID I0D56RI/L 7281292813:E"aporateur

(élange

Li%uide N Vapeur

76 /V* P , :

Le réfrigérant sé


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28C45R ) 'R4ID I0D56RI/L 7281292813:


PR. *. *++*,*-& /0* D**DIR

Cette macine %ui comporte un seul compresseur porte aussi le

nom de macine frigorifi%ue > simple étape. Lors%ue la température du milieu > refroidir de


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21C45R ) 'R4ID I0D56RI/L 7281292813:

III.2.2. Réfrigération par absorption )


PR. *. *++*,*-& /0* D**DIR

5ne macine > absorption est une macine %ui dé


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22C45R ) 'R4ID I0D56RI/L 7281292813:


PR. *. *++*,*-& /0* D**DIR

Comparaison entre le compresseur dune macine > absorption 7termi%ue: et celui dune

macine de compression mécani%ue

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23C45R ) 'R4ID I0D56RI/L 7281292813:

III.2.2. Réfrigération par absorption )


PR. *. *++*,*-& /0* D**DIR

Le fonctionnement dune macine > absorption est possible parlintermédiaire de caleur a


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2"C45R ) 'R4ID I0D56RI/L 7281292813:

Réfrigération par absorption )

PR. *. *++*,*-& /0* D**DIR

5n générateur dans le%uel sera

cauffée la solution ammoniacale.

5n rectificateurséparateur d@eau libérant

l@ammoniac des gouttelettes d@eauentraQnées.

5n condenseur

5n détendeur

5n é


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2$C45R ) 'R4ID I0D56RI/L 7281292813:

Réfrigération par absorption )

PR. *. *++*,*-& /0* D**DIR

5n générateurrecti fieur %ui reToit de la source caude un flu; de caleur et dans le%uel

entre la solution rice > aute pression précauffée dans lécangeur de solution 7,:. Il en

sort dune part la


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é

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2E C45R ) 'R4ID I0D56RI/L 7281292813:

III.2.3. Réfrigération par adsorption )


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7en protot#pes:

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C%cle IngénieurGP IV. Les fluides frigorigènes )

2GC45R ) 'R4ID I0D56RI/L 7281292813: PR. *. *++*,*-& /0* D**DIR

IV.1. Définition )

Le fluide frigorigène permet les écanges de caleur dans un s#stème frigorifi%ue par ses cangements détat %ui sont l é la température

ambiante autrement dit le fluide frigorigène doit Htre li%uide > cette ambiance.

Plusieurs t#pes en e;istent 7%ui sont les plus utilisés:) ceu; > base de

clorofluorocarbures 7C'C: #droclorofluorocarbures 7&C'C: et

#drofluorocarbures 7&'C:.

Il e;iste également des fluides dits ? naturels A comme les #drocarbures 7&C:

le dio;#de de carbone 7C42 : et lammoniac 70& 3 : %ui sont utilisés dans la

réfrigération industrielle.

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2JC45R ) 'R4ID I0D56RI/L 7281292813: PR. *. *++*,*-& /0* D**DIR

IV.2. Réglementation )

Les C'C 7fortement alogénés: les &C'C 7partiellement

alogénés: et les &'C 7pas de Clore: sont des composés stables %ui

ont des durées de


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38C45R ) 'R4ID I0D56RI/L 7281292813: PR. *. *++*,*-& /0* D**DIR

IV.2. Réglementation )

1JGE ) ignature du Protocole de (ontréal relatif au; substances

appau base de &C'C > compter de 281$: et le règlement n G"29288

relatif > certains ga! > effet de serre fluorés.

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IV.3. Classification et nomenclature)

Les fluides frigorigènes sont identifiés par une numérotation %ui est

définie par le standard *&R*/3" et par la norme internationale

I4G12 . /lle concerne aussi bien les alogènes %ue les fluides

naturels.

Pour caractériser un fluide frigorigène on utilise une notation du

t#pe R WX+ a


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IV.3.1. Corps purs alogènes )

Les C'C 7clorofluorocarbures: comme le R11 et R12 appelés

aussi 'réons. Ils sont dits fortement alogénés car ils

contiennent du Cl et '.

Les &C'C 7#droclorofluorocarbures: comme le R22 ou

R"8J. Ils sont dits partiellement alogénés et contiennent moins

de Cl et de ' %ue les C'C.

Les &'C 7#dro fluorocarbures: comme le R13"a et le R"8".

Ils ne contiennent pas de Cl.

Ces corps sont utilisés > létat pur ou en mélange !éotropi%ue

a!éotropi%ue ou encore pseudo a!éotropi%ue.

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C%cle Ingénieur

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IV.3.2. Les mélanges !éotropes )

Ce sont des mélanges dont la composition en pase sa une pression donnée la température


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3"C45R ) 'R4ID I0D56RI/L 7281292813: PR. *. *++*,*-& /0* D**DIR

Pour les mélanges de corps purs identi%ues mais dans des proportions

différentes on associe une lettre maFuscule en fin de numérotation par

e;emple )

R"8E* ) R329R12$9R13"a a


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3$C45R ) 'R4ID I0D56RI/L 7281292813: PR. *. *++*,*-& /0* D**DIR

IV.3.". Les #drocarbures )

Ils sont les composés organi%ues %ui contiennent du carbone et

d#drogène les plus utilisés en production du froid

0éanmoins les #drocarbures légers 7Fus%u@au propane inclus:

sont classés a


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3E C45R ) 'R4ID I0D56RI/L 7281292813: PR. *. *++*,*-& /0* D**DIR

IV.". Critère de sélection )

Les anciennes règles de sélection pour une bonne utilisation des fluides

frigorigènes ont été basées sur des considérations termod#nami%ues et

tecni%ues )

5ne température criti%ue éle 18: pour

a


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3GC45R ) 'R4ID I0D56RI/L 7281292813: PR. *. *++*,*-& /0* D**DIR

Des C4P et puissances frigorifi%ues


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3JC45R ) 'R4ID I0D56RI/L 7281292813: PR. *. *++*,*-& /0* D**DIR

L4DP 74!one Depletion Potential: )

Cest le potentiel dappau

limpact de lémission dun Yg du triclorofluorométane 7R11:.

Les C'C ont un 4DP Z 1 ce %ui les rendent agressifs en lori!on de 188 ans:.

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"8C45R ) 'R4ID I0D56RI/L 7281292813: PR. *. *++*,*-& /0* D**DIR

Pour %uantifier limpact total sur leffet de serre un indicateur a été

introduit. Il sagit du 6/I 76otal /%ui lori!on de

188 ans pour le fluide considéré

(asse du fluide

'raction de fluide récupérée

en fin de


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% gGP

% gGP IV. Les fluides frigorigènes )


IV.$. Données )

IV.$.1. Les &'C et les &C'C )

+éfri$érant Formuleasse molaire

-$.mol/

Tb

-0/

Tc

-0/

Pc

-Pa/12P

)3P

-455 ans/

6FC*78 CH2F2 52,024 221,50 351,26 5,777 0 650

6FC*489 CHF2CF3 120,022 224,66 339,17 3,618 0 2800

6FC*47:a CH2FCF3 102,031 274,07 374,27 4,065 0 1300

6FC*4:7a CH

2

FCHF2 84,041 225,92 345,97 3,769 0 3800

6FC*498a CH3CHF2 66,051 249,10 386,41 4,512 0 140

6CFC*487 CHCL2CF3 152,931 300,84 456,82 3,666 0,014 90

6CFC*48: CHCLFCF3 136,476 263,00 395,35 3,615 0,03 470

(empératuredé)ullition

(empératurecritiquePression critique

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% gGP



IV.$.2. (élanges de &'C )

+éfri$érantFormule

;pourcenta$es<

asse molaire

-$.mol/

Tb

-0/

Tc

-0/

Pc

-Pa/12P

)3P

-455 ans/

+*:5:A R-125/143a/134a

(44/52/4) 97.6 -46.6 72.1 3.74 0 3260

+*:5=A R-32/125/134a

(20/40/40) 90.11 -45.2 81.9 4.49 0 1770

+*:5=B R-32/125/134a

(10/70/20) 102.94 -46.8 74.4 4.08 0 2290

+*:5=C R-32/125/134a

(23/25/52) 86.20 -43.8 87.3 4.63 0 1530

+*:5=2 R-32/125/134a

(5/15/80)

90.96 -39.4 91.6 4.48 0 1360

+*:5=# R-32/125/134a

(25/15/60) 83.78 -42.8 88.8 4.73 0 1360

+*:45A R-32/125

(50/50) 72.58 -51.6 72.5 4.95 0 1730

+*95=A R-125/143a

(50/50)

98.86 -47.1 70.9 3.79 0 3300

ème

ann e

C%cle Ingénieur

ème

ann e

C%cle Ingénieur


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% gGP



IV.$.3. Les #drocarbures )

+éfri$érant Formule asse molaire

-$.mol/

Tb

-0/

Tc

-0/

Pc

-Pa/12P )3P

-455 ans/

+c*8=5 CH2CH2CH2 42.08 -33.5 125.2 5.58 0 ------

+*8>5 CH3CH2CH3 44.10 -42.1 96.7 4.25 0 20

+*?55 CH3CH2CH2CH3 58.12 -0.5 152 3.80 0 20

+*?55a CH (CH3)2CH3 58.12 -11.6 134.7 3.64 0 20

+*4=5 CH3CH3 30.07 -88.6 32.2 4.87 0 20

+*48=5 CH3CHCH2 42.08 -47.7 92.4 4.57 0 ------ IV.$.". 'luides inorgani%ues )

+éfri$érant Formuleasse molaire

-$.mol/

Tb

-0/

Tc

-0/

Pc

-Pa/12P )3P ;455 ans<

+*=4@ H2O 18.02 100 374.2 22.1 0


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% gGP

% gGPV. Conclusion )

Le coi; du fluide frigorigène ou réfrigérant de fonctionnement est la première

étape primordiale > prendre en considération dans la conception des

installations frigorifi%ues positi

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