La r

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
3
Méthodes de production
Procédés thermodynamiques
Mélanges réfrigérants
Détente dun gaz comprimé
Lévaporation dun liquide
Fusion et la sublimation
4
Mélanges réfrigérants

• La dissolution de certains sels dans leau
  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 dabaisser le point de
  fusion, par conséquent de congélation.
• Le passage de leau glace à létat de
  solution met en œuvre la chaleur latente de
  fusion ce qui a pour effet un refroidissement
  complémentaire.

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 dune machine
  frigorifique à absorption travaillant en continue
  à partir dun mélange binaire eau/ammoniac de
  telles machines fonctionnent aujourdhui dans une
  plage de T allant de 0C à 60C.
• 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 lhydrogène comme
  gaz tampon pour équilibrer les pressions

6
Installation frigorifique à absorption

• Les installations frigorifiques à absorption
  utilisent pour la production de froid des
  mélanges binaires formés à partir dun fluide
  frigorigène et dun absorbant.

• Les installations frigorifiques à absorption
  présentent un côté basse pression, celui de
  lévaporateur et un côté haute pression, celui du
  condenseur.

• Laspiration et la compression des vapeurs de
  fluide frigorigène ont lieu à partir dun
  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 labsorbeur et le bouilleur.

• Pour créer une différence de pression, entre
  haute et basse pression, labsorbeur doit être
  refroidi et le bouilleur chauffé.

7
Installation frigorifique à absorption
8
Détente dun 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 sévacuer alors la température du
gaz sélève.
Inversement, en détendant un gaz préalablement
comprimé, à température ambiante, on constate que
sa température sabaisse
9
Installation frigorifique à compression

• Les installations frigorifiques à compression se
  composent de quatre parties lévaporateur, le
  compresseur, le condenseur et le détendeur.

• Le circuit est rempli dun liquide facilement
  vaporisable le fluide frigorigène

• La chaleur Q cédée au fluide frigorigène par
  le milieu extérieur qui se refroidit autour de
  lévaporateur entraîne la formation de vapeur par
  changement détat du fluide frigorigène.

• Cette vapeur est aspirée, comprimée et refoulée
  par le compresseur auquel on fournit lénergie W.

• La quantité de chaleur extraite de lévaporateur,
  augmentée de lénergie de compression W est
  évacuée dans le condenseur par le milieu qui
  lentoure et qui par conséquent séchauffe.

• Dans le condenseur, le fluide cède sa chaleur
  tout dabord sous forme sensible puis sous forme
  latente, et se liquéfie.

10
Installation frigorifique à compression
La détente du fluide frigorifique liquéfié depuis
la pression de condensation jusquà la pression
dévaporation seffectue généralement par
laminage dans un organe de détente. Du mélange de
vapeur détendue et de liquide froid se trouvant
au niveau de lévaporateur, seul la vapeur
retourne au compresseur le cycle va pouvoir
recommencer.
11
Détente dun gaz comprimé
Froid ?
Chaud ?
Juste des sensations
Les unités de mesure

• 2) Le degré Fahrenheit
• 0 Fahrenheit
• mélange glace Sel
• 0F - 17,8C
• 100 Fahrenheit
• Température du corps humain
• 100F 37,8C

• 1) Le degré Celsius
• 0Celsius
• Fusion de la glace
• Solidification de l eau
• 100 Celsius
• Ébullition de leau

• 3) Le degré Kelvin
• 0 Kelvin
• 0 absolu
• 0K -273C

12
Table de correspondance
C 5/9x( F-32)
F 9/5 x C 32
13
Quantité de chaleur
Létude du froid, cest létude de la chaleur
Chaleur latente Cest la quantité de chaleur
nécessaire au passage de létat solide à létat
liquide et inversement
Chaleur spécifique (ou chaleur massique) Cest
la quantité de chaleur nécessaire à
lélévation (ou à labaissement) de 1C de la
température dun corps
La quantité de chaleur a une unité
le Joule IJ 0,239 10-3 kcal 1Kcal 4190J
14
Quantité de chaleur
Trois règles de base à retenir
1) Comme leau, 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.
15
Transfert de la chaleur
Le rayonnement
16
Transfert de la chaleur
La conduction
17
Transfert de la chaleur
La convection
18
Propriétés de la matière
Changement détats physiques
Vaporisation
Fusion
Solide
Liquide
Gaz
Condensation
Solidification
19
Propriétés de la matière (exemple de leau)
Bloc de glace à 20C
Plaque chauffante
1ère étape le bloc de glace est porté de -20C
à 0C
Bloc de glace à 0C
Eau à 0C
2ème étape fusion à Tconstante cest à dire
passage de létat solide (glace) à létat liquide
eau
Eau à 0C
3ème étape la T de leau est portée De 0C à
100C
20
Propriétés de la matière (exemple de leau)
Eau à 100C
Vapeur à 100C
4ème étape vaporisation par ébullition de leau
à T constante.La vapeur se trouvant au dessus de
leau est dite humide
Vapeur à 100C
la T reste constante et égale à 100C jusquà
vaporisation de la dernière goutte.La vapeur est
dite sèche
Vapeur à 120C
5ème étape la T de la vapeur saturée sèche est
portée à 120C. On parle alors de vapeur
surchauffée.
21
Quantité de chaleur(exemple de leau)
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
23
Influence de la pression
Pression Absolue
Pression Relative
Pression Atm.
24
Influence de la pression

• Il existe trois catégories dappareils 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 dentre-eux sont
gradués de manière à ce que laiguille soit en
face du zéro lorsque le manomètre nest pas
raccordé, cest à dire quil est soumis a la
pression atmosphérique. Lorsque lon utilise le
manomètre, il indiquera la pression qui règne en
plus de la pression atmosphérique, on lappelle
pression relative.
Les vacuomètres ou déprimomètres, que lon
utilise pour mesurer une pression atmosphérique
et comptée à partir du zéro absolu.
25
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.
26
Relation pression / température
État liquide
État liquide - vapeur
100
27
Relation pression / température
28
Les CFC

• Les
• C F C

29
Les CFC

• sont fabriqués à partir dhydrocarbures tels que

• ou

30
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 

31
Les HCFC

• un HCFC est un CFC qui contient encore des atomes
  dhydrogène donc non totalement halogéné

32
Les HFC

• les HFC sont les produits qui ne contiennent pas
  de chlore

33
Relation pression / température
R22
R134a
34
Les fluides frigorigènes
35
Température débullition du R134a -26C
Température du jour 20C
Température du jour - 30C
R134a en ébullition
R134a à létat liquide
36
Relation pression / température
État liquide - vapeur
Zone de vapeur surchauffée
Zone du liquide sous-refroidi
A
B
Surchauffe
Sous-refroidissement
37
Lenthalpie
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 denthalpie
est égale à la quantité de chaleur fournie ou
enlevée à une substance.
Laccroissement de lenthalpie pendant la
compression adiabatique équivaut à lénergie
mécanique fournie pour assurer la compression.
Lorsquun 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.
38
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
39
Le circuit FrigorifiqueLévaporateur
6
7
1
0
BP
Surchauffe
40
Le circuit FrigorifiqueLe compresseur
2
1
41
Le circuit FrigorifiqueLe condenseur
Désurchauffe
Sous-refroidissement
5
3
2
13
HP
4
42
Le circuit FrigorifiqueLe capillaire
13
HP
5
6
0
BP
43
Circuit frigorifique
44
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 lévaporateur
45
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
46
Circuit frigorifique(Efficacité)
Quantité de chaleur absorbée par lévaporateur
Efficacité
Énergie fournie par le compresseur
Travail du compresseur
Quantité de chaleur absorbée par lévaporateur
47
Circuit frigorifique
48
Circuit frigorifique(Diagramme enthalpique)
49
Lhumidité
Notion dhumidité
Humidité maximum
Humidité relative
Condensation
Le givre
50
L'humidité de l'air
Gr/m3
Courbe de saturation à la pression atmosphérique
(100 d'humidité)
T
51
Pré condenseur
52
Le givre
Le passage de l'état vapeur à l'état liquide puis
de l'état liquide à l'état solide absorbe de
nombreuses calories
De plus Le givre "isole" l'évaporateur. L'échang
e de température est ralenti Le rapport de
fonctionnement du compresseur augmente
53
Le givre

• Dans une famille le réfrigérateur est ouvert en
  moyenne 60 fois par jours
• A chaque ouverture, 75 de lair froid est
  remplacé par de lair chaud
• La température annuelle moyenne dans une cuisine
  est de 20C
• Le taux dhumidité moyen dune cuisine est 70
• Considérant un réfrigérateur à dégivrage
  semi-automatique de 240L net
• Quelle quantité deau pénètre en une semaine
  dans ce réfrigérateur à dégivrage
  semi-automatique a cause des ouvertures des
  portes?

54
Le givre
Quantité deau par litre dair dans la
cuisine 17,15 X 0,70 / 1000 0,012gr
Quantité deau à chaque ouverture de porte 240 X
0,75 X 0,012 2,16gr
Quantité deau par semaine 2,16 X 60 X 7 907gr
55
Principe de fonctionnement des combinés
1) Combiné à 1 compresseur      Plus produits
Faible coût de production.   Points
faibles Régulation Mise en œuvre relativement
complexe Fonctionnement irrégulier dans les
ambiances froides
56
Principe de fonctionnement des combinés
2) Combiné à 2 compresseurs      Plus produits
Très bonne régulation Bon fonctionnement en
faible température ambiante. Technologie
simple   Points faibles Coût de production
57
Exercice
Sachant que La chaleur spécifique du rosbif est
de 0,75kcal/kg, (celle-ci est denviron de moitié
en dessous de son point de congélation à
1C) Sa chaleur latente de solidification est de
59,20kcal/kg Calculez (en kcal) la quantité de
chaleur quil faut extraire d1 kg de rosbif à
20C pour lamener à une température de 18C ?
Solution
58
Exercice
Sachant que La chaleur spécifique du rosbif est
de 0,75kcal/kg, (celle-ci est denviron de moitié
en dessous de son point de congélation à
1C) Sa chaleur latente de solidification est de
59,20kcal/kg Calculez (en kcal) la quantité de
chaleur quil faut extraire d1 kg de rosbif à
20C pour lamener à une température de 18C ?
Solution
1) pour amener la viande à sa température de
solidification, il faut lui retirer
0,75 (20 1) 15,75kcal
2) Pour congeler la viande, il faut retirer
59,20 kcal
3) Pour congeler la viande, il faut
0,75/2 (18 - 1) 6,375 kcal
Soit 81,325 kcal
59
La congélation
Chaleur latente de solidification