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Manosque les Iscles SÉMINAIRE BACCALAURÉAT GÉNIE ÉLECTROTECHNIQUE

Il faut s'inspirer du corps humain :
lorsque nous transpirons, la sueur produit une sensation
de froid, car elle prend de la chaleur sur notre peau
en s'évaporant.
Pour une chambre froide, le principe est identique :
un liquide (le fluide frigorigène) en s’évaporant prend de la
chaleur à l'intérieur de la chambre et ainsi la refroidit.
Production de froid

Elle est constituée d'un circuit fermé dans lequel circule
un fluide frigorigène à l'état liquide ou gazeux,et comprend
4 éléments principaux:
• 2 échangeurs de chaleur
• 2 éléments permettant le changement de pression
La machine frigorifique

Définition des quatre principaux organes du
circuit frigorifique

Il condense le fluide frigorigène, en transmettant la chaleur
vers l’extérieur .
Il évapore le fluide frigorigène en absorbant la chaleur de la
chambre. L’évaporateur est placé dans l’enceinte à refroidir.
Les échangeurs de chaleur :
1 / Evaporateur
C’est un échangeur de chaleur fonctionnant à basse pression.
2 / Condenseur
C’est un échangeur de chaleur fonctionnant à haute pression.

Le changement de pression :
Il aspire les vapeurs de fluide frigorigène à basse pression
et les comprime à haute pression.
3 / Détendeur
C’est un dispositif de détente de la haute pression
en basse pression, au travers duquel le fluide frigorigène
s’écoule vers l’évaporateur.
4 / Compresseur

Bouteille
Filtre
Détendeur
Evaporateur
Compresseur
Condenseur
Chambre froide
Q1
Q2
Extérieur
HP
BP
Θ condenseur> θ extérieur
Θchambre > θ Evaporateur
W

•La majeure partie des échanges de chaleur se fait en
chaleur latente,
donc avec changement d'état physique du fluide,
d'où le nom de changement de phase.
Un système de réfrigération fonctionne
donc entre deux niveaux de pression :
la partie haute pression HP (maxi 26 bar) qui s'étend
du compresseur jusqu'à l'entrée dans le détendeur
la partie basse pression BP, qui s'étend
de la sortie du détendeur jusqu'au compresseur
En résumé

Pour suivre l'évolution du fluide frigorigène et
dimensionner une installation :
les frigoristes utilisent le diagramme de Mollier

Canevas du diagramme
Pression bar
H Enthalpie kJ/kg
Isobare
Isotherme
Isochore
Isotitre
Liquide
Θ=cst
P=cst
V=cst
%en vapeur
Courbe de saturation

Le cyclefrigorifique

Basse pression: 2 bar
Haute pression: 16 bar
Température entrée compresseur: 10 °C
Température sortie compresseur: 62°C
Surchauffe: 5°C
Sous refroidissement: 4°C

Tracé de la phase de compression
Le compresseur aspire les vapeurs saturées à 2 bars et à la température de
10°C. Ce point se situe à l'isobare 2 bars et isotherme 10°C. ( H1 )
La compression est une transformation isentropique : le point de sortie est
situé sur l'isobare 16 bars et l'isotherme à 62°C. ( H2 )
Pendant la compression, le fluide
absorbe une quantité d'énergie
équivalente au travail fourni par le
compresseur :
W = H2 - H1 = 440 - 410 = 30 kJ/kg

Tracé condensation
La condensation est une transformation isobare. A la sortie du condenseur, le
fluide est juste saturé (100% liquide) et reste à la même température pendant cette
transformation.
Son rôle est d'évacuer la chaleur
prise à l'évaporation et la chaleur due
au travail de compression.
La quantité de chaleur évacuée est :
H2 - H3 = 440 - 240 = 200 kJ/kg
Sous refroidissement

Tracé détente et évaporation
La détente se produit sans échange de chaleur. C'est une
transformation isenthalpique. La pression passe de 16
bars à 2 bars. Une partie du fluide s'est vaporisée lors de
cette transformation. ( H3 ) ( H4 )
L'évaporation a pour rôle essentiel
d'absorber la chaleur.
Pour pouvoir réaliser l'évaporation,
le fluide va capter l'énergie de l'air
ambiant.
L'énergie absorbée est dans
l'exemple :
W = H1 - H4=440 - 240 = 200 kJ/kg
surchauffe

1 2
3
4
5
6
7

Début 18 ème
William Cullen
Production de glace
1876
Chambre froide
Ether Ammoniaque CFC
1930
Chlorofluorocarbone
HFC
Couche d’ozone
Très toxique
1987
hydrofluorocarbone
Protocole de Montréal
inflammable Gaz à effet de serre
Historique sur les fluides frigorigènes
Protocole de
Kyoto
1997

Quelques formules
• La puissance de l’évaporateur Ф0 est donnée par la relation :
• Ф0 = qm x ( h1 - h6)
• La puissance théorique du compresseur P est donnée par la relation:
• P = qm x ( h2 - h1)
• La puissance du condenseur est donnée par la relation :
• Фk = qm x ( h2 - h5)
• qm étant le débit massique du fluide exprimé en kg.s-1
• Le coefficient de performance théorique (cop) de l’installation est le rapport du froid
produit au travail de compression soit
1
2
6
1
h
h
h
h
COP




DOSSIER TECHNIQUE
Fiche signalétique &
technique

FICHE SIGNALETIQUE
• Nom : FP10 - Groupe froid positif
• Concepteur / constructeur : ERM Automatismes
Industriels

Sécurité :
Mise en oeuvre de pressostats HP et BP
FICHE TECHNIQUE
Encombrement : P x L x H : 1550 x 900 x 1550 mm.
Masse : 200 Kg.
Structure : Châssis en structure tubulaire aluminium.
Sources d’énergie : Alimentation électrique : réseau 400V
alternatif triphasé (3 phases + neutre + PE), 50 Hz
avec un régime de neutre TT. Puissance absorbée maximale : 1500W.
Niveau sonore : < 60 dB(A)

DOSSIER TECHNIQUE
Schéma général de principe

IDENTIFICATION DES DIFFERENTS ELEMENTS
Interrupteur
sectionneur
général (Q1)
Pupitre de
commande
Pupitre de
mesure
Coffret
électrique
Chambre froide
Unité
hermétique de
production
frigorifique

Indicateurs de température :
Entrée détendeur (H4),
Bulbe détendeur (H5),
Aspiration compresseur (H6),
Refoulement compresseur (H7)
Régulateur de
température (U1)
Pressostat(B1)
et manomètre
haute pression
Pressostat (B2) et
manomètre basse
pression
Pupitre de
commande

HP
BP
H7
H6
H4
H5

Ouvrir une fenêtre explorer et taper l’adresse
http://....................... .
La supervision c’est possible

Configuration IP de la passerelle et
utilisation de la supervision
Exploitation pédagogique possible
Bilan énergétique
Régulation

IP : 192.168.1.1
Classe : C
Masque : 255.255.255.0
IP :172.16.1.250
Classe : B
Masque : 255.255.0.0
HUB
Situation de départ
Classe A de 0.0.0.0 à 127.255.255.255 1 octet
Classe B de 128.0.0.0 à 191.255.255.255 2 octets
Classe C de 192.0.0.0 à 223.255.255.255 3 octets
IP : 192.168.1.1
Classe : C
Masque : 255.255.255.0
IP :172.16.1.250
Classe : B
Masque : 255.255.0.0
HUB
Situation de départ

Test avec un navigateur pour visualiser le site
embarqué de la passerelle

IP :172.16.1.200
Classe : B
Masque : 255.255.0.0
IP :172.16.1.250
Classe :B
Masque :255.255.0.0
HUB
Situation intermédiaire

Test avec un navigateur pour
visualiser le site embarqué de la
passerelle

IP : 192.168.1.50
Classe : C
Masque : 255.255.255.0
IP : 192.168.1.250
Classe : C
Masque : 255.255.255.0
HUB
Situation finale

Test avec un navigateur pour visualiser le
site embarqué de la passerelle

Utilisation de la supervision
embarquée
Vérifier la concordance entre les températures sur la machine et celle sur le
synoptique
Créer un journal de bord avec les grandeurs présentes sur la machine

Tracer l'évolution de la température de l'enceinte en fonction du temps

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