frigorifique, génie
[SIZE=3][COLOR=#999999][FONT="]1[/font][/color][/size]
[SIZE=3][/size]
[SIZE=3][COLOR=black][FONT="]PRÉSENTATION[/font][/color][/size]
[LEFT]frigorifique, génie, ensemble des connaissances théoriques et techniques relatives à la réfrigération.
La première machine frigorifique est imaginée par l’Américain Evans en 1805. Mais c’est à Londres, en 1835, qu’un autre Américain, Perkins, réalise le premier circuit frigorifique avec de l’éther comme fluide frigorigène. Cette machine, qui fabrique de la glace, n’a pas retenu l’attention des industriels. L’industrie du froid ne prend son essor que plusieurs dizaines d’années plus tard, notamment avec l’emploi des moteurs électriques.[/left]
[SIZE=3][COLOR=#999999][FONT="]2[/font][/color][/size]
[SIZE=3][/size]
[SIZE=3][COLOR=black][FONT="]PRINCIPES THERMODYNAMIQUES[/font][/color][/size]
[LEFT]La production du froid est basée sur le principe de l’extraction de la chaleur du milieu à refroidir. Par exemple, un liquide qui s’évapore, ou un gaz comprimé qui se détend, empruntent de la chaleur au milieu qui les entoure et le refroidissent. Or, selon le second principe de la thermodynamique, « la chaleur ne peut passer spontanément d’un corps de température donnée à un autre corps de température supérieure ». Aussi, pour extraire de la chaleur à un corps et ensuite la rejeter dans les milieux naturels que sont l’air ou bien l’eau, il faut disposer d’un système frigorifique, et fournir de l’énergie à ce système.
D’emblée, il faut préciser que seule la chaleur extraite du milieu le moins chaud est utile dans les machines frigorifiques. La chaleur rejetée est sans utilité, voire constitue une gêne. Dans le cas particulier des pompes à chaleur, c’est au contraire le rejet de la chaleur qui constitue l’effet utile. L’idéal obtenu avec une « thermo-frigo-pompe », est de produire du froid et simultanément d’utiliser la chaleur rejetée.[/left]
[SIZE=3][COLOR=#999999][FONT="]3[/font][/color][/size]
[SIZE=3][/size]
[SIZE=3][COLOR=black][FONT="]LES TYPES DE MACHINES FRIGORIFIQUES[/font][/color][/size]
[LEFT]Deux types de machines frigorifiques sont actuellement les plus répandus : la machine à compression mécanique, qui est de loin la plus utilisée, et la machine à absorption, qui peut fonctionner sans électricité, avec du butane, du pétrole, ou même à l’énergie solaire.
L’absorption, le transfert et le rejet de la chaleur se font grâce à un fluide frigorigène confiné dans un circuit étanche.
L’ébullition et la condensation de ce fluide sont les transformations de base du cycle. Le fluide frigorigène restant à l’état fluide (liquide ou gaz), il circule facilement d’un élément du circuit à un autre.
[SIZE=3][COLOR=black][FONT="]Le circuit frigorifique à compression mécanique est constitué pour l’essentiel de quatre éléments fondamentaux :
• l’évaporateur, qui est un échangeur thermique entre le milieu à refroidir (air, eau) et le fluide frigorigène, qui se vaporise en prélevant la chaleur au milieu à refroidir ;
• le compresseur, qui aspire les vapeurs produites par l’évaporateur sous basse pression, et les refoule sous haute pression vers le condenseur. Les compresseurs à piston sont les plus répandus, mais depuis les années quatre-vingt, les compresseurs à spirale, à vis, et rotatifs, prennent une place de plus en plus importante ; des compresseurs centrifuges sont employés lorsque des puissances frigorifiques élevées doivent être développées (plusieurs milliers de kilowatts) ;
• le condenseur, qui est un échangeur thermique entre le fluide frigorigène et le fluide de refroidissement (air, eau, etc.) ; le fluide frigorigène se condense et réchauffe le fluide de refroidissement. À la sortie du condenseur, le fluide frigorigène est à l’état saturant (ou état sous-refroidi) ;
• le détendeur, qui a comme rôle de régler le débit de liquide frigorigène admis à l’évaporateur. Le détendeur thermostatique, le plus utilisé, régule la surchauffe des vapeurs de fluide frigorigène à la sortie de l’évaporateur ; il assure ainsi une alimentation du compresseur en vapeur surchauffée.
Avant le protocole signé à Montréal en 1987, les fluides frigorigènes les plus utilisés étaient des dérivés du méthane et de l’éthane contenant du chlore : les chlorofluorocarbones (CFC) et les hydrochlorofluorocarbones (HCFC). Ils sont appelés à disparaître, parce qu’ils sont potentiellement destructeurs de la couche d’ozone. Les CFC et les HCFC sont remplacés par d’autres produits ne contenant pas de chlore.[/font][/color][/size][/left]
[SIZE=3][COLOR=#999999][FONT="]4[/font][/color][/size]
[SIZE=3][/size]
[SIZE=3][COLOR=black][FONT="]LE FROID MÉNAGER, LE FROID COMMERCIAL ET LE FROID INDUSTRIEL[/font][/color][/size]
[LEFT]Les réfrigérateurs et les congélateurs (conservateurs) domestiques permettent, respectivement, de conserver les aliments à + 5° C et – 20° C, dans de petits volumes adaptés à la vie familiale. Le fluide frigorigène utilisé dans ces appareils a été pendant longtemps le R 12 (CFC) ; il est aujourd’hui remplacé par le R 134a ou le R 600a.
Les commerces de proximité ainsi que les supermarchés possèdent des chambres froides et des vitrines réfrigérées de conservation (+ 2° C), et des vitrines de congélation à – 20° C, dont le volume intérieur peut atteindre 100 m3. Les chambres froides industrielles ou les tunnels de congélation refroidissent et conservent les denrées jusqu’à – 25° C. Le volume des chambres froides peut atteindre plusieurs milliers de mètres cubes. Le fluide frigorigène de prédilection est l’ammoniac, mais dans l’avenir, il sera de plus en plus souvent remplacé par le R 134a et le R 404A. Notons l’importance du froid dans la conservation des denrées alimentaires : on estime qu’un tiers des 4,5 milliards de tonnes de denrées produites chaque année sur la planète nécessite un stockage réfrigéré. Par ailleurs, la chaîne du froid, de la production à la consommation, doit être scrupuleusement respectée.
La climatisation et le conditionnement de l’air sont les autres applications importantes du froid. Les installations frigorifiques ont alors pour but de refroidir, et éventuellement de déshumidifier, l’air des locaux. Les installations peuvent être à refroidissement direct, l’évaporateur étant situé dans la pièce à refroidir. Le fluide frigorigène doit alors être dépourvu de toute toxicité pour éviter les accidents en cas de fuite. Le groupe de compression est placé à proximité de l’évaporateur pour limiter les pertes de charge et obtenir de bonnes performances de la machine.[/left]
Les installations à refroidissement indirect abaissent la température de l’eau naturelle, ou de l’eau glycolée qui reste liquide à des températures négatives. Cette eau est pulsée vers des échangeurs qui refroidissent l’air ambiant.