Etude d'un entrepôt frigorifique polyvalent PDF

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‫وزارة التعليم العالي والبحث العلمي‬ MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ETDE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE ‫جامعة اإلخوة متنوري قسنطينة‬ UNIVERSITE DES FRERES MENTOURI CONSTANTINE ‫كلية علوم التكنولوجيا‬ Faculté des Sciences de la Technologie .‫ هندسة التكييف‬:‫قسم‬ Département : Génie Climatique. Mé...

Description

‫وزارة التعليم العالي والبحث العلمي‬ MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ETDE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE

‫جامعة اإلخوة متنوري قسنطينة‬ UNIVERSITE DES FRERES MENTOURI CONSTANTINE ‫كلية علوم التكنولوجيا‬ Faculté des Sciences de la Technologie

.‫ هندسة التكييف‬:‫قسم‬ Département : Génie Climatique.

Mémoire présenté en vue de l’obtention du Diplôme de Master en Génie Climatique

Option : Systèmes Frigorifiques et Energies renouvelables

Thème : Etude d’un entrepôt frigorifique polyvalent

Présenté par : HAFSI Khebab.

Encadreur : Ma. HAMDOUCHE Kh.

Promotion 2015 /2016.

REMERCIMENTS

Tout d'abord, je tiens à exprimer mes grands remerciements, à Dieu tout puissant pour la volonté et la patience qui m’a donné durant toutes ces années d’études. A mon promoteur «Ma. HAMDOUCHE. Kh » qui a assumé la direction de mon travail, qu’il veuille trouver ici l’expression de ma reconnaissance, pour sa patience, sa constante présence, ses conseils et son aide. Je tiens également à présenter mes sincères remerciements au président et aux membres de jury qui ont accepté de juger ce modeste travail. Mes remerciements aussi à tous les enseignants qui ont contribué à ma formation ainsi qu'à tous les enseignants du département du génie climatique. Je tiens à remercier également mes amis ainsi tous ceux qui de près ou de loin, m’ont aidé à la réalisation de ce travail.

En fin, j’exprime mes vifs remerciements à ma famille pour sa patience, ses conseils et ses encouragements.

Sommaire. Entrepôt frigorifique polyvalent

Sommaire. Sommaire des tableaux. Sommaire des figures. Remercîments. Dédicaces. Introduction générale.

2 4 5 6 7 8

Chapitre 1. Présentation et conception de l’entrepôt. Introduction. 1. Les entrepôts frigorifiques. 2. Les opérations frigorifiques. 2.1. Pré-réfrigération. 2.2. Réfrigération. 2.3. Congélation. 2.4. Surgélation. 2.5. Décongélation. 3. L’entrepôt frigorifique relatif au projet. 4. Les données climatiques et paramètres du site. 5. Affectation des denrées. 6. Tonnage et Manutention. 6.1. Tonnage. 6.2. Manutention. 6.2.1. Matériels utilisés.

9 10 10 10 10 10 10 11 11 12 13 13 14 15 15

Chapitre 2. Isolation thermique. Introduction. 1. Le choix de l’isolation. 1.1. Le polystyrène. 1.2. Le polyuréthane. 2. Structure des parois, plafond et plancher de l’entrepôt frigorifique. 2.1. Structure du plafond, des murs et des portes. 2.2. Structure du plancher. 3. Méthode du calcul des épaisseurs de l’isolant. 3.1. Le calcul du coefficient d'échange intérieur αi. 3.2. Le calcul du coefficient d'échange extérieur αe.

19 19 19 19 20 20 20 21 21 27

Chapitre 3. Bilan frigorifique. Introduction. 1. Transfert de chaleur. 1.1. Equilibre thermique. 2. Les modes de transfert thermique. 2.1. Par conduction. 2.2. Par rayonnement. 2.3. Par convection. 3. Les apports thermiques. 3.1. Les apports externes. 3.1.1. Les apports par transmission. 3.1.2. Les apports dus au renouvellement d'air. 3.1.1.1. Les apports dus au renouvellement d'air systématique. 3.1.1.2. Les apports dus au renouvellement intempestif. 3.2. Les apports internes. 3.2.1. Les apports dus à l'introduction des denrées. 3.2.2. Les apports dus à l’éclairage. 3.2.3. Les apports dus au personnel. 3.2.4. Les apports thermiques dus à la manutention. 3.2.5. Les apports dus au refroidissement de L’emballage. 3.2.6. Les apports dus aux moteurs des ventilateurs et aux résistances. 3.2.6.1. La puissance des moteurs des ventilateurs. 3.2.6.2. La puissance du dégivrage. 4. Vérification de la température du SAS.

34 34 34 34 34 35 35 36 36 36 39 39 41 42 42 43 43 44 45 45 46 47 47

Chapitre 4. Choix et calcul thermodynamiques des systèmes frigorifiques Introduction. 1. Choix d’installation frigorifique. 2. Choix du système de production du froid. 3. Choix du fluide frigorigène. 3.1. Le R404A. 3.2. Le R134A. 4. Les principaux paramètres de fonctionnement du cycle frigorifique. 4.1. La température de condensation. 4.2. La température d’évaporation. 4.3. La pression de condensation et d'évaporation. 4.4. Le taux de compression. 5. Choix des machines frigorifiques. 5.1. La machine à compression mécanique mono étagée. 5.1.1. Principe de fonctionnement.

50 50 50 50 51 53 54 54 54 54 54 57 57 58

5.1.2. Bilan frigorifiques de l'installation mono étagée. 5.2. La machine à compression mécanique bi étagée. 5.2.1. Principe de fonctionnement. 5.2.2. Type d’injection. 5.2.2.1. La machine à compression mécanique bi étagée à injection totale. 5.2.2.2. La machine à compression mécanique bi étagée à injection partielle. 5.2.3. Bilan frigorifiques de l'installation bi étagée.

58 60 60 61 62 63 63

Chapitre 5. Dimensionnement et choix des éléments des installations. Introduction. 1. Le compresseur. 1.2. Dimensionnement. 1.2.1. La cylindré. 1.2.2. Le volume balayé. 1.2.3. Le débit volumétrique. 1.2.4. Le débit massique réel du fluide. 1.2.5. La puissance réelle du compresseur. 1.2.6. La puissance frigorifique réelle. 1.2.7. Le temps réel de fonctionnement de l’installation. 2. Le condenseur. 1.2.7. Le temps réel de fonctionnement de l’installation 2.1. Le condenseur à air (à ailettes). 2.1.1. Dimensionnement du condenseur à air. 3. L’évaporateur. 3.1. Evaporateur de refroidissement d’air à détente directe. 3.2. Dimensionnement de l’évaporateur. 4. Le détendeur. 4.1. Principe de fonctionnement. 4.2. Dimensionnement du détendeur thermostatique. 5. Les appareils annexes de l'installation. 5.1. Séparateur d'huile. 5.1.1. Principe de fonctionnement du séparateur d'huile. 5.1.2. Dimensionnement du séparateur d’huile. 5.2. Réservoir de liquide. 5.2.1. Dimensionnement du réservoir de liquide pour les installations. 5.2.2. Dimensionnement la BRI pour les installations bi étagées. 5.3. Filtre déshydrateur. 5.4. Le voyant. 5.5. Le clapet de retenue. 5.6. L’électrovanne. 5.7. Tuyauterie de l'installation. 5.7.1. Rôle de la tuyauterie.

77 77 77 78 78 78 79 79 79 79 80 81 81 86 87 88 92 92 93 94 94 95 95 97 97 98 99 100 100 101 101 102

5.7.2. Dimensionnement des conduites. 6. Axonométrie de la tuyauterie.

102 107

Chapitre 6. Régulation. 1. Régulation 2. Type des régulations. 2.1. La régulation de la basse pression. 2.1.1. Principe de la régulation par tirage au vide. 2.1.1.1. Régulation par tirage au vide automatique 2.1.1.2. Régulation par tirage au vide unique 2.2. Régulation de la haute pression. 2.3. Régulation par variation de nombre de compresseur. 3. Les appareils de régulation. 3.1. Les pressostats. 3.1.1. Pressostat simple. 3.1.2. Pressostat plage neutre. 3.1.3. Pressostat différentiel. 3.2. Les thermostats. 3.3. Régulateurs de pression de condensation. 3.4. Régulateurs de pression d’évaporation. 3.5. L’hygrostat. 3.6. Le détendeur. 4. L’électricité. 5. Choix de système de régulation. Conclusion générale. Références. Annexes.

116 116 117 117 119 120 121 124 125 125 126 126 127 127 128 128 128 128 129 129 131 132 133

Sommaire des tableaux. Titre du tableau.

Page

Numéro

Chapitre 1 : Présentation et conception de l’entrepôt. Tableau 1.1 :

Les caractéristiques des chambres de l’entrepôt.

11

Tableau 1.2 :

Les données climatiques et les paramètres du lieu de l’entrepôt.

12

Tableau 1.3 :

Distribution des denrées sur les chambres.

13

Tableau 1.4 :

Les propriétés thermodynamiques des denrées à entreposer.

14

Tableau 1.5 :

Calcul de tonnage appliqué aux chambres froides.

15

Tableau 1.6 :

Calcul de masse totale et la masse journalière des denrées entreposées.

16

Chapitre 2 : Isolation thermique. Tableau 2.1 :

Détail de structure des murs, des portes du plafond.

20

Tableau 2.2 :

Structure du plancher.

20

Tableau 2.3 :

Coefficient C et n.

22

Tableau 2.4 :

Propriété physique de l’air.

23

Tableau 2.5 :

Les vitesses de l’air de l’extérieure et l’intérieure des chambres.

25

Tableau 2.6 :

25

Tableau 2.7 :

Régime d’écoulement en fonction des coefficients C, m, n pour la convection forcée. Le coefficient global de transfert de chaleur K [Chambre 01].

Tableau 2.8 :

Le coefficient global de transfert de chaleur K [Chambre 02].

31

Tableau 2.9 :

Le coefficient global de transfert de chaleur K [Chambre 03].

31

Tableau 2.10 :

Le coefficient global de transfert de chaleur K [Chambre 04].

31

Tableau 2.11 :

Le coefficient global de transfert de chaleur K [Chambre 05].

32

Tableau 2.12 :

Le coefficient global de transfert de chaleur K [Tunnel].

32

Tableau 2.13 :

Le coefficient global de transfert de chaleur K [SAS].

32

30

Chapitre 3 : Bilan frigorifique. Tableau 3.1 :

Les valeurs de ∆T’ en fonction de latitude, l’orientation et les parois.

37

Tableau 3.2 :

Les apports de chaleur par transmission. [Chambre 01]

37

Tableau 3.3 :

Les apports de chaleur par transmission. [Chambre 02]

37

Tableau 3.4 :

Les apports de chaleur par transmission. [Chambre 03]

37

Tableau 3.5 :

Les apports de chaleur par transmission. [Chambre 04]

38

Tableau 3.6 :

Les apports de chaleur par transmission. [Chambre 05]

38

Tableau 3.7 :

Les apports de chaleur par transmission. [Tunnel]

38

Tableau 3.8 :

Les apports de chaleur par transmission. [SAS]

39

Tableau 3.9 :

Les apports totaux par transmission pour chaque chambre.

39

Tableau 3.10 :

[ε] Nombre de renouvellement d’air par jour.

40

Tableau 3.11 :

Les apports dus au renouvellement d'air systématique.

40

Tableau 3.12 :

La quantité de chaleur introduite par infiltration d'air par m2.

41

Tableau 3.13 :

Les apports dus au renouvellement d'air intempestif.

41

Tableau 3.14 :

Les apports dus à l'introduction des denrées.

42

Tableau 3.15 :

Les apports dus à l’éclairage.

43

Tableau 3.16 :

Quantité de chaleur dégagée par personne en activité moyenne selon T°.

44

Tableau 3.17 :

Les apports dus au personnel.

44

Tableau 3.18 :

Les apports dus au refroidissement de l'emballage.

45

Tableau 3.19 :

La somme des apports de chaleur de l'entrepôt.

46

Tableau 3.20 :

La puissance effective de l'évaporateur [la puissance frigorifique].

47

Tableau 3.21 :

Vérification de la température du SAS.

48

Chapitre 4 : Choix et calcul thermodynamiques des systèmes frigorifiques Tableau 4.1 :

Type de fluide pour les chambres.

51

Tableau 4.2 :

Les caractéristiques de R404A.

52

Tableau 4.3 :

Les caractéristiques du fluide R134a.

54

Tableau 4.5 :

Ecart de température ΔT pour le calcul température d’évaporation.

55

Tableau 4.6 :

Le type de machine suivant le taux de compression.

56

Tableau 4.7 :

Les paramètres de fonctionnement de l’installation.

57

Tableau 4.8 :

Evolution du FF R134a dans le circuit frigorifique mono-étagé [Ch.1, 2].

66

Tableau 4.9 :

Evolution du FF R404 dans le circuit frigorifique bi-étagé [Ch. 3].

68

Tableau 4.10 :

Evolution du FF R404A dans le circuit frigorifique mono-étagé[Ch.4, 5].

70

Tableau 4.11 :

Evolution du FF R404 dans le circuit frigorifique bi-étagé [TC].

72

Tableau 4.12 :

Bilan de l'installation de la machine frigorifique mono-étagée.

74

Tableau 4.13 :

Bilan effectué de l'installation de la machine frigorifique mono-étagée.

74

Tableau 4.14 :

Bilan de l'installation de la machine frigorifique bi-étagée.

75

Tableau 4.15 :

Bilan effectué de l'installation de la machine frigorifique bi-étagée.

75

Chapitre 5 : Dimensionnement et choix des éléments des installations. Tableau 5.1 Tableau 5.2 Tableau 5.3 Tableau 5.4 Tableau 5.5 Tableau 5.6 Tableau 5.7 Tableau 5.8 Tableau 5.9 :

Dimensionnement des compresseurs de l’installation. Dimensionnement des compresseurs de l’installation. Caractéristiques géométriques des condenseurs de l'installation. Caractéristiques thermodynamiques de l'air pour Tm = 40 [°c]. Dimensionnement des condenseurs de l'installation. Caractéristiques géométriques des évaporateurs de l'installation. La conductivité thermique en fonction de la température. Caractéristiques thermodynamiques de l'air en fonction de Tm. Dimensionnement des évaporateurs de l'installation.

78 79 80 82 83 86 88 89 92

Tableau 5.10 : Tableau 5.11 : Tableau 5.12 : Tableau 5.13 : Tableau 5.14 : Tableau 5.15 : Tableau 5.16 : Tableau 5.17 : Tableau 5.18 : Tableau 5.19 : Tableau 5.20 : Tableau 5.21 : Tableau 5.22 : Tableau 5.23 :

La puissance nominale du détendeur thermostatique. Caractéristiques des détendeurs thermostatiques de l'installation. Conversion de Peff pour le choix du Séparateur d’huile. Caractéristique du séparateur d’huile pour chaque cycle. Caractéristique du réservoir de liquide pour chaque installation. Caractéristique de la BRI pour l’installation bi étagée. La vitesse d’écoulement dans la tuyauterie. Coefficient de perte de charge singulière ζ. Perte de charge totale [Chambre 01]. Perte de charge totale [Chambre 02]. Perte de charge totale [Chambre 03]. Perte de charge totale [Chambre 04]. Perte de charge totale [Chambre 05]. Perte de charge totale [Tunnel de congélation].

94 94 96 97 98 98 102 104 106 106 106 106 107 107

Sommaire des figures. Titre de la figure

Page

Numéro

Chapitre 1 : Présentation et conception de l’entrepôt. Figure 1.1 : Figure 1.2 : Figure 1.3 :

Plan de l’entrepôt. Projection du lieu du projet dans le plan réel. Plan de positionnement des caisses dans une chambre froide.

12 13 17

Chapitre 2 : Isolation thermique. Figure 2.1 : Figure 2.2 :

Structure des murs des portes du plafond et plancher. Disposition de la Ch 04 par rapport l’environnement et des chambres.

20 26

Chapitre 4 : Bilan frigorifique. Figure 4.1 : Figure 4.2 : Figure 4.3 : Figure 4.4 : Figure 4.5 : Figure 4.6 : Figure 4.7 : Figure 4.8 : Figure 4.9 : Figure 4.10 : Figure 4.11 :

Machines à compression mécanique mono étagée. Machine à compression mécanique bi-étagée. Machine bi-étagée à injections totale. Diagramme enthalpique du cycle à injection totale. Machine bi-étagée à injections partielles. Diagramme enthalpique du cycle à injection partielle. Les débits entrant et sortant du BRI. Cycle frigorifique mono-étagé pour la Chambre 1,2. Cycle frigorifique bi-étagé pour la Chambre 3. Cycle frigorifique bi-étagé pour la Chambre 4, 5. Cycle frigorifique bi-étagé pour le Tunnel de congélation.

57 60 61 61 62 62 67 63 69 71 73

Chapitre 5 : Dimensionnement et choix des éléments des installations. Figure 5.1 : Figure 5.2 : Figure 5.3 : Figure 5.4 : Figure 5.5 : Figure 5.6 : Figure 5.7 : Figure 5.8 : Figure 5.9 : Figure 5.10 : Figure 5.11 : Figure 5.12 : Figure 5.13 :

Coupe transversale et longitudinale d’ailette. Séparateur d’huile. Réservoir de liquide horizontale Filtre déshydrateur. Le voyant. L’électrovanne. Axonométrie de la chambre 01. Axonométrie de la chambre 02. Axonométrie de la chambre 03. Axonométrie de la chambre 04. Axonométrie de la chambre 05. Axonométrie du tunnel de congélation. Axonométrie de l’entrepôt.

81 96 97 99 100 101 108 109 110 111 112 113 114

Chapitre 6 : Régulation. Figure 6.1 : Figure 6.2 : Figure 6.3 : Figure 6.4 :

Schéma Fluidique d’une installation frigorifique. Régulation tout ou rien. Circuit de puissance et commande de tirage au vide automatique. Circuit de puissance et de commande de tirage au vide unique.

118 119 120 121

Figure 6.5 : Figure 6.6 : Figure 6.7 : Figure 6.8 : Figure 6.9 : Figure 6.10 : Figure 6.11 : Figure 6.12 : Figure 6.13 : Figure 6.14 : Figure 6.15 :

Schéma électrique de la régulation Pump-down. Loi des signaux se rapportant à un moteur à 3 vitesses Loi des signaux. Les plages de pression. Abaque donnant la puissance frigorifique en fonction du nombre du Cp. Pressostat simple. Pressostat plage neutre. Pressostat différentiel. Thermostat. Circuit de commande de Pumpdown automatique. Circuit de commande de Pumpdown unique améliorée.

121 122 122 123 124 125 126 126 126 128 129

Introduction : Le froid trouve de nombreuses applications dans des domaines très divers (industries alimentaires,

médecine,

confort

thermique,

pétroléochimie…)

et

ces

technologies

d’applications suivent de nouveaux critères d’utilisation surtout après les accords internationaux qui ont interdisé et remplacé certaines substances néfastes pour l’environnement. Néanmoins, le domaine alimentaire dont le froid occupe une place indispensable car il permet de limiter les gaspillages et de prolonger les durées de conservation des produits ce qui permet un élargissement des échanges.

Dans le cadre de ce contexte de la conservation et de la congélation des viandes, une étude d’un entrepôt polyvalent a été abordée dans le but de mieux choisir d’une part les machines frigorifiques les plus adaptés à notre système dont le fluide frigorigène utilisé se caractérise par une meilleure performance en face les exigences environnementales.

C’est pour cela ce modeste travail est subdivisée en six chapitres : Chapitre 01 : qui est consacré à la présentation et la description de l’entrepôt [Situation géographique, données climatiques, architecture, affectation des denrées et leurs conditions de stockage, Tonnage et manutention]. Chapitre 02 : qui se résume au type d’isolation thermique utilisé et les coefficients de transfert de chaleur calculés. Chapitre 03 : qui est consacré à la détermination du bilan frigorifique [Les apports internes et externes]. Chapitre 04 : décrit les cycles frigorifiques des machines utilisées qui satisfait nos besoins pour une bonne production du froid. Chapitre 05 : a une grande importance consacrée au dimensionnement des composants des circuits frigorifiques avec des détails de fonctionnement [composants principaux et annexes]. Chapitre 06 : il traite la régulation avec quelques exemples utilisables pour notre cas.

Chapitre 1 : Présentation et conception de l’entrepôt. Introduction : Le but de ce chapitre est de donner une présentation et une description générales de l’entrepôt frigorifique à étudier en citant et comptant s...