CNAM Etude expérimentale des mélanges HCs

HAL Id: dumas-01835113https://dumas.ccsd.cnrs.fr/dumas-01835113

Submitted on 11 Jul 2018

HAL is a multi-disciplinary open accessarchive for the deposit and dissemination of sci-entific research documents, whether they are pub-lished or not. The documents may come fromteaching and research institutions in France orabroad, or from public or private research centers.

L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, estdestinée au dépôt et à la diffusion de documentsscientifiques de niveau recherche, publiés ou non,émanant des établissements d’enseignement et derecherche français ou étrangers, des laboratoirespublics ou privés.

Étude expérimentale des mélanges HCsÉmile Semaan

To cite this version:Émile Semaan. Étude expérimentale des mélanges HCs. Thermique [physics.class-ph]. 2015. �dumas-01835113�

https://dumas.ccsd.cnrs.fr/dumas-01835113

https://hal.archives-ouvertes.fr

CNAM É tude expe rimentale des me langes HCs Mémoire présenté pour l′obtention du diplôme

d′ingénieur

Préparé par

EMILE SEMAAN

Spécialité

ÉNERGÉTIQUE – FROID ET CLIMATISATION

Président du jury

Dr. Christophe Marvillet

Membres Dr.Toni Jabour

Dr.Francois Khoury

2014 – 2015

Remerciements

Avant de commencer la présentation de ce travail, je profite de l’occasion pour remercier toutes les

personnes qui ont contribué de près ou de loin à la réalisation de ce projet de fin d’études.

Je tiens à exprimer mes vifs remerciements pour mon grand et respectueux professeur, Dr.Francois

Khoury d’avoir accepté de m’encadrer pour mon projet de fin d’études, ainsi que pour son soutien,

ses remarques pertinentes et son encouragement.

Au terme de ce travail, je tiens à exprimer ma profonde gratitude et mes sincères remerciements à

mes amis dans le cadre de travail à l’école des arts et métiers, les professeurs M. Antoine Haddad

et M. Degaulle koubayati pour tout le temps qu’ils m’ont consacré, et les conseils précieux qu’ils

m’ont prodigués tout au long de la réalisation de ce projet. Je tiens aussi à remercier vivement le

Dr. Tony Jabbour, le chef de département mécanique et énergétique pour leur direction précieuse

du projet.

J’adresse également mes remerciements au Dr.Christophe Marvillet le président du jury.

Mes remerciements vont aussi à tous mes professeurs, enseignants et famille qui m’ont soutenu et

encourage’ jusqu’au bout, et qui n’ont pas cessé de me donner des conseils très importants en

signe de reconnaissance. Je souhaite enfin à l’institut de l’ISAE, plus de réussite et de

développement pour les futures générations d’étudiants.

Étude expérimentale des réfrigérants et mélanges

d′hydrocarbures pour remplacer le HFC-134a et le R22 dans

l′appareil de climatisation et de réfrigération

CNAM Etude expérimentale des mélanges HCs

Mémoire d’Ingénieur en Énergétique - Emile Semaan 2015 Page 2

SOMMAIRE

Page

Liste des figures…………………………………………………………………………… 4

Liste des tables…………………………………………………………………………….. 6

Abstrait………………………………………………………………………………...…….. 7

1. Introduction ……………………………………………………………………….......... 8

1.1 Effet de CFC et de HFC sur l′environnement ………..……………………….... 8

1.2 Les réfrigérants hydrocarbures ………………….………..……………………... 9

1.3 Utilisation des réfrigérants hydrocarbures sur une échelle globale ………..... 10

2. Etudes expérimentales………………………………………………………………… 12

2.1 Appareil expérimental chargé de HFC-134a …………………………............... 12

2.2 Procédés expérimentaux d′installation et d’essais………………………....... 14

2.3 Outillages et équipements nécessaires……………………………..…............ 15

3. Préparation des mélanges…………………………………………………………….. 17 3.1 Mélange zéotropique……………….……………………………………………... 17

3.2 Démarche à suivre pour la technique de remplissage et de vidange……....... 18

3.2.1 La préparation technique de l′appareil ………………………………….. 19

3.2.2 Les procédés de contrôle et de régulation……………………………….. 21

4. Essais expérimentaux et résultats………………………………………………….. 22

4.1 Le HFC-134a pur …………….……………………………………………………. 22

4.1.1 Calculs………………………………………………………………………... 27

4.1.2 Discussion……………………………………………………………………. 28

4.2 Le propane R290 pur …………….……………………………………………….. 30

4.2.1 Calculs………………………………………………………………………... 31

4.2.2 Discussion……………………………………………………………………. 32

4.3 Mélange de trois d′hydrocarbures ……………………………….………………. 33

4.3.1 Mélange propane/butane/isobutane 70%/25%/5%................................ 33

4.3.2 Mélange propane/butane/isobutane 50%/40%/10%.............................. 34

4.3.3 Calculs………………………………………………………………………... 36

4.3.4 Discussion……………………………………………………………………. 37

4.4 Mélange de deux hydrocarbures…………………………………………………. 40

4.4.1 Mélange propane/butane60%/40%........................................................ 40

4.4.2 Mélange propane/isobutane60%/40%................................................... 41

4.4.3 Calculs………………………………………………………………………... 42

4.4.4 Discussion……………………………………………………………………. 43



Page

4.5 Mélange de deux hydrocarbures avec le HFC-134a…………………………… 46

4.5.1 Mélange propane/isobutane/HFC40%/30%/30%................................... 46

4.5.2 Mélange propane/butane/HFC40%/30%/30%........................................ 47

4.5.3 Calculs……………………………………………………………………… 48

4.5.4 Discussion…………………………………………………………………… 50

5. Etude expérimentale sur l′appareil de climatisation chargé de R22……….…... 53

5.1 Le HCFC-22 pur…………………………………………………………………. 54

5.1.1 Calculs et résultats…………………………………………………………… 55

5.2 Le propane R290 pur …………………………….……………………………… 56

5.2.1 Calculs ……………………………………………………………………… 57

5.2.2 Discussion…………………………………………………………………… 58

6. Les procédures de sécurité ………………………………..………………………… 60

6.1 Limite pratique d′inflammabilité …………………………………….…………… 60

6.2 Les sources d′allumage ………………………………….……………………… 60

6.3 Identification des sources d′allumage potentielles …………….……………….. 60

6.4 Le secteur de remplissage ………………….…………………………………… 62

6.5 Transport et stockage de réfrigérant d′hydrocarbure ………………….……… 63

6.6 Etiquetage des appareils………….……………………………………………… 63

7. Conclusion……………………………………..……………………………….............. 65

8. Références……………………………….………………………………………............ 67

Annexes …………………..….……………………………………………………….......... 68



Liste des figures

Page

Fig.2.1 - Schéma de l′appareil expérimental d’un réfrigérateur domestique didactique …. 12

Fig.2.2 - Schéma mécanique de l′appareil expérimental……………………………………. 13

Fig.2.3 - Schéma électrique de l′appareil expérimental………………………………………. 14

Fig.3.1 - Effet de glissement de la température dans l′évaporateur ………………………... 17

Fig.3.2 - Phénomène de surchauffe dans l′évaporateur……………………………………… 17

Fig.3.3 - Effet de charger le mélange comme liquide ou gaz……………………………… 18

Fig.3.4 - Mise au vide de la bouteille de récupération………………………………………... 19

Fig.3.5 - Procédure de récupération du R134a du système…………………………………. 19

Fig.3.6 - Récupération du R 134a de l′installation par un appareil spécial de récupération

du Type ITE- MINI-R2………………………………………………………………….. 19

Fig.3.7 - Piquage par soudage OA sur le condenseur partie HP…………………………… 20

Fig.3.8 - Piquage par soudage OA sur l′évaporateur partie BP…………………………….. 20

Fig.3.9 - Changement du déshydrateur R134a par un autre compatible à l′HC ………… 20

Fig.3.10 - Détection de la fuite par la bouteille d’azote ……………………………………… 20

Fig.4.1 - Mesure de l′impureté du R 134a ……………………………………………………… 23

Fig.4.2 - Procédure de vacuum de deux côtés (HP et BP) …………………………………... 24

Fig.4.3 a -Technique de remplissage du R-134a pur …………………………………………. 24

Fig.4.3 b - Relèvement des valeurs de pression et température de Saturation pour une

masse chargée de 50g par point. …………………………………………………… 25

Fig.4.4 - Mesure de la consommation électrique du compresseur chargé du R-134a …… 25

Fig.4.5 - Mesure de l'ampérage pour le R 134a……………………………………………….. 25

Fig.4.6 - Placer le DATTA LOGGER après réglage dans les deux compartiments……….. 26

Fig.4.7 - Relever les profiles de température pour les deux compartiments ………………. 26

Fig.4.8 - Profil de température en forme zigzag pour les deux compartiments……………. 29

Fig.4.9 - Courbe de saturation pour le HFC-134a …………………………………………….. 29

Fig.4.10 - Mesure de l'impureté pour le R 290 pur par l'identifier ID 1000 PRO …………... 30

Fig.4.11 - Remplissage du R290 pur …………………………………………………………… 31

Fig.4.12 - Placer le DATTA LOGGER à l'intérieur des deux compartiments ……………… 31

Fig.4.13 - Profil de température de R290 en forme zigzag pour les deux compartiments… 32

Fig.4.14 - Courbe de saturation pour le propane R290………………………………………. 33

Fig.4.15 - Evacuation du propane vers l'extérieur par un tuyau flexible ……………………. 34

Fig.4.16 - Résultats d′impureté pour les 3 hydrocarbures R 290,R 600 et R600a mesurés

par l'identifier ID 1000 PRO ……………………………………………… 34

Fig.4.17 - Remplissage de l'isobutane dans la bouteille de mélange ………………………. 35

Fig.4.18 - Remplissage du butane dans la bouteille de mélange ………………………… 35

Fig.4.19 - Remplissage du propane dans la bouteille de mélange ………………………….. 35

Fig.4.20 - Remplissage du mélange doit être en phase liquide et avec un tube capillaire... 35

Fig.4.21 - Profil de température du mélange (a) pour les deux compartiments …………... 38

Fig.4.22 - Profil de température du mélange (b) pour les deux compartiments …………… 39

Fig.4.23 - Comparaison entre les différentes courbes de saturation ………………………. 39



Fig.4.24 - Mesure de l'impureté : a) pour le R 290 pur et b)pour le R600 pur …………….. 41

Fig.4.25 - Remplissage du mélange liquide par un tube capillaire à l′aspiration du

compresseur …………………………………………………………………………… 41

Fig.4.26 - Profil de température du mélange (a) pour les deux compartiments …………… 44


Fig.4.28 - Comparaison entre les différentes courbes de saturation ……………………….. 45

Fig.4.29 - Remplissage 30% du R 600a dans la bouteille de mélange …………………….. 47

Fig.4.30 - Remplissage du R134a 30% du mélange dans la bouteille ……………………… 47

Fig.4.31 - Remplissage du R134a 30% du mélange dans la bouteille ……………………… 47

Fig.4.32 - Résultat du mesure d′exactitude des gaz mélangés tirer par l’identifier ……… 48

Fig.4.33 - Profil de température du mélange (a) pour les deux compartiments …………… 51


Fig.4.35 - Comparaison entre les différentes courbes de saturation ……………………….. 52

Fig.5.1 - Appareil expérimental didactique de climatisation (split system) ……………… 53

Fig.5.2 - Chambre isolée ……………………………………………………………………… 53

Fig.5.3 - Schéma de l′appareil expérimental : a) mécanique et b) électrique ……………… 54

Fig.5.4 - Profil de température de R22 pour l′air de soufflage ……………………………… 56

Fig.5.5 - Profil de température de R290 pour l’air de soufflage en forme zigzag …………. 59

Fig.5.6 - Comparaison entre les deux courbes de saturation ………………………………... 59

Fig.6.1 - Disposition d′aération …………………………………………………………………. 62

Fig.6.2 - Stockage des cylindres d'hydrocarbure …………………………………………….. 63

Fig.6.3 - Type d′étiquette HR12: a et b ………………………………………………………… 64



Liste des tables

Page

Table 1.1 - Comparaison entre les réfrigérants CFC - HFC et HC…………………………….… 9

Table 1.2 - Caractéristiques des différents réfrigérants………………………………………….. 10

Table 2.1 - Réfrigérateur spécifications…………………………………………………………… 12

Table 4.1 - Valeurs de pression et température de saturation pour le HFC-134a pur……….… 27

Table 4.2 - Valeurs de P, T, E et w•c pour le HFC-134a…………………………………………... 28

Table 4.3 - Valeurs de TSat, CP, et période active pour le R-134a………………………........... 28

Table 4.4 - Valeurs de pression et température de saturation pour le propane pur……………. 31

Table 4.5 - Valeurs de P, T, E et w•c pour le R290 pur……………………………………………. 32

Table 4.6 - Valeurs de TSat, CP, et période active pour le R290 pur……………………………. 32

Table 4.7 - Valeurs de pression et température de saturation pour le mélange(a)…………..… 36

Table 4.8 - Valeurs de pression et température de saturation pour le mélange (b)……………. 36

Table 4.9 - Comparaison entre les valeurs de P, T, E et w•c pour les deux

mélanges (a) et (b)……………………………………………………………………… 37

Table 4.10 - Comparaison entre les valeurs de TSat, CP, et période active pour les deux

mélanges…………………………………………………………………………………. 37

Table 4.11 - Valeurs de pression et température de saturation pour le mélange (a)............... 42

Table 4.12 - Valeurs de pression et température de saturation pour le mélange (b)…………. 42

Table 4.13 - Comparaison entre les valeurs de P, T , E et w•c pour les deux mélanges

(a)et(b)… ……………………………………………………………………………… 43

Table 4.14 - Comparaison entre les valeurs de TSat, CP avec la période active des deux

mélanges…………………………………………………………………………………. 43

Table 4.15 - Valeurs de pression et température de saturation pour le mélange (a)…………… 49

Table 4.16 - Valeurs de pression et température de saturation pour le mélange (b)………….. 49

Table 4.17 - Comparaison entre les valeurs de P, T, E et w•c pour les deux mélanges

(a)et(b)…………………………………………………………………………………… 49

Table 4.18 - Comparaison entre les valeurs de TSat, CP avec la période active des deux

mélanges………………………………………………………………………………… 49

Table 5.1 - Spécifications de l′unité de climatisation……………………………………………… 53

Table 5.2 - Valeurs de pression et température de saturation pour le R22 pur…………………. 55

Table 5.3 - Valeurs de P, T , E et w•c pour le R22 pur……………………………………………. 55

Table 5.4 - Valeurs de TSat, C, et période active pour le R22 pur…………………………………. 55

Table 5.5 - Valeurs de pression et température de saturation pour le propane pur……………. 57

Table 5.6 - Valeurs de P, T, E et w•c pour le R290 pur…………………………………………… 57

Table 5.7 - Valeurs de TSat, CP, et période active pour le R290 pur………………………………. 57

Table 7.1 - Comparaison des réfrigérants adoptés avec le R 134a………………………………. 67



Abstrait

Ce travail présente une étude expérimentale sur l'application des mélanges d'hydrocarbure

pour remplacer le HFC-134a dans un réfrigérateur ménager et le R22 dans un appareil de

climatisation séparé. Pour le réfrigérateur Les hydrocarbures étudiés sont le propane

(R290), le butane (R600) et l’isobutane (R600a). Dans l’expérience, un réfrigérateur est

conçu pour travailler avec le HFC-134a d'une capacité brute de 70L. Dans la présente

étude, une méthode expérimentale appelée « essai de consommation d'énergie(ECT) »

était utilisée. L′énergie, et la puissance du compresseur consommées à l'admission et la

sortie du compresseur sont enregistrées et analysées comme les distributions de la

température à diverses positions dans le réfrigérateur. Les mélanges et les réfrigérants

utilisés dans les deux appareils sont : le Mélange de trois hydrocarbures, le mélange de

deux hydrocarbures, le mélange de deux hydrocarbures avec le HFC-134a, le propane pur

et le R22 pur. Les expériences sont exécutées avec les réfrigérants dans les mêmes

conditions de charge et à une température ambiante de 25 °C. Les résultats prouvent que

le mélange propane/butane 60%/40% est le réfrigérant alternatif le plus approprié au HFC-

134a, ainsi que 40% de propane de la masse de R22 chargée dans l′appareil de

climatisation est un meilleur alternatif pour remplacer le HCFC-22.



1. Introduction L′introduction montre pourquoi nous devons employer des réfrigérants alternatifs autres

que les CFC, HCFC et HFC, et quelles solutions de rechange sont disponibles. Elle montre

les avantages des réfrigérants d′hydrocarbures et en particulier le mélange hydrocarbure

(R290/R600) et où ils sont employés.

1.1. Effet sur l′environnement des CFC, HCFC et du HFC1

Quand les CFCs sont dégazés dans l’atmosphère et pénètrent dans le stratosphère ou ils

sont fortement décomposés par le rayon ultraviolet du soleil. Cette décomposition libère le

chlore qui épuise l’ozone. L’ozone est formé de 3 atomes d′oxygène au lieu de deux. Un

atome de chlore a le potentiel de détruire des milliers de molécules d′ozone. La couche

d′ozone nous protège contre le rayonnement ultraviolet, car l′épuisement de cette couche

provoque des maladies comme les cancers de peau, les cataractes de l′œil et par suite

réduise les rendements de récolte. L′appauvrissement de cette couche provoque un trou

dangereux (trou d’ozone) au dessus de l′antarctique.

Les chlorofluorocarbones (CFC) et hydrochlorofluorocarbons (HCFCs) sont une grande

classe des produits chimiques contenant du chlore et ont a peu prés des propriétés

communes, par exemple : l′ininflammabilité, l′intoxité et la compatibilité matérielle, cela

amené à une utilisation répandue dans les industries et dans le monde entier

particulièrement comme dans les systèmes de réfrigération et de climatisation.

La réunion du programme d'environnement des nations unit (UNIP) a décidé l'élimination

progressive des CFC-11 et CFC-12, utilisés principalement dans les appareils de

réfrigération et de climatisation, et la remplacement des HCFCs en 1998 par d’autres

alternatives. Puisque les propriétés thermo-physiques du HFC-134a sont très semblables à

ceux du CFC-12 et est également non toxique. Les fabricants Américains ont recommandé

le réfrigérant HFC-134a comme remplacement potentiel. Pour le CFC-12 dans des

réfrigérateurs ménagers. Cependant, tandis que les potentiels d'appauvrissement de la

couche d'ozone de HFC-134a relatif au CFC-11 sont très bas (<0.0005), les potentiels de

réchauffement global sont extrêmement hauts (1300 de GWP) voir (table 1.1 et 1.2). Pour

cette raison, la production et l'usage du HFC-134a seront achevés dans un avenir proche.

1-Manuel du Protocole de Montréal relatif à des substances qui appauvrissent la couche d’ozone



1.2. Les Réfrigérants d'hydrocarbures

Les hydrocarbures sont des substances naturelles qui sont obtenues à partir des

raffineries après distillation. Ils ont été employés comme réfrigérants depuis

longtemps dans des petits et moyens systèmes de réfrigération à basse température.

Les réfrigérants d′hydrocarbures (HCs) sont des bons alternatifs pour des raisons

suivantes:

• les réfrigérants d'hydrocarbures sont disponibles pour des applications très larges,

comme le remplacement direct du R12 et du R134a.

• ils ne présentent pas des impacts sur l'environnement en comparaison avec les

HFCs et les HFCs.

• ils sont compatibles avec le cuivre et les huiles minérales standards.

• les procédures de service et d′entretien sont semblables que pour les

réfrigérants R12, R22 et R134a sauf les conditions de sécurité

• les systèmes de réfrigération utilisant les hydrocarbures doivent être conçus de sorte

que la fuite ne soit pas dangereuse.

• pendant la fabrication, l'équipement approprié devrait être utilisé pour charger les

systèmes, et le secteur de remplissage doit être ventilé.

• des techniciens de service doivent être formés pour manipuler les réfrigérants

d′hydrocarbures sans risque

Refrigerants ODP GWP Infla

mm

able

Toxique Compatibilité

avec les matériaux

Autres issues

CFC haut haut Non Non Bon

HCFCs bas haut Non Non Bon sera mis en phase

dehors

HFCs zero haut Non Non besoin de changement

de déshydrateur

certains problèmes de

joint

humidité et

contamination

dans les systèmes,

il y a un sérieux

problème

Hydrocarbures

(HC)

zero Très bas Oui Non Bon

Ammoniac zero zero Oui Oui ne peut pas employer

les composants de

cuivre

Toxicité

limite l'utilisation

de manière significative

Table 1.1- Comparaison entre les réfrigérants CFC - HFC et HC2

2 - ECOFRIG,Consulting Group for Environmental Economics and Policies.



1.3. Utilisation des réfrigérantes d'hydrocarbure sur une échelle globale

Le propane (R290) a été employé dans le monde entier dans les grands systèmes

industriels depuis longtemps.

• 90% de réfrigérateurs ménagers et de congélateurs en Allemagne et en suisse

(y compris les modèles «nofrost») Fonctionnent avec l′isobutane

(R600a).Beaucoup d'autres pays européens suivent l’exemple. Le volume

global actuel de production est de plusieurs millions d'unités par an.

• les refroidisseurs de boissons utilisent les hydrocarbures sont disponibles en

Allemagne comme l'Elster et nofrost.

• 95% des refroidisseurs d'eau (jusqu'à 300 kilowatts) produits par Bonus en

propane ou un mélange de propane et de l'éthane en Suède.

Presque tous les réfrigérateurs ménagers d'hydrocarbures construits jusqu'à présent

utilisent l'isobutane (R600a) et le mélange HC (R290/R600a ou/R600) d'isobutane /

propane ou butane sont semblables dans l'opération au R12 et R134a.

Table1.2 - Caractéristiques des différents réfrigérants3

La performance obtenue était plus grande que cela obtenue à partir du CFC-12 pour les

mêmes conditions expérimentales, des ingénieurs et des physiciens ont étudié

expérimentalement la capacité de réfrigération, la puissance du compresseur et le

coefficient de performance (COP) d'un réfrigérateur (R12) ménager fonctionnant avec un

mélange de propane/butane. Les résultats ont indiqués que l’application du mélange du

propane et du butane est valable pour le remplacement de CFC-12 dans le réfrigérateur

3 -SomchaiWongwises, Nares Chimres, Energy Conversion and Management 46 (2005) 85-100, March 2004

No.

Code Chemical formula

Molecu-lar weight

Boiling point (°C) at 101.325 kPa

Critical temperature (°C)

Critical pressure (MPa)

Latent heat (kj/kg)

Hazard to life group classification

Explosive limits In air,% by volume

ODP GWP (100yr)

1 12 CCl2F2 120.9 -29.8 112 4.14 165.24 6 Nonflamm

able 0.82 8100

2 134a CH2FCF2 102.0 -26.1 101.1 4.06 216.87 6 Nonflamm

able 0 1300

3 50 CH4 /méthane 16.04 -161.5 -82.5 4.638 510.54 5b 4.9-15 0 20

4 170 C2H6 /éthane 30.07 -88.8 32.2 4.891 487.03 5b 3.3-10.6 0 20

5 290 C3H8 /propane 44.1 -42.07 96.7 4.25 423.33 5b 2.3-7.3 0 20

6 600 C4H10 /butane 58.13 -0.5 152 3.8 385.77 5b 1.6-6.5 0 20

7 600a C4H10 /isobutane 58.13 -11.73 134.7 3.64 364.25 5b 1.8-8.4 0 20



ménager.et autres ont examiné l'exécution d'un mélange du propane et isobutane utilisé

dans des réfrigérateurs.

Une analyse thermodynamique a montré que le coefficient de performance (COP) du

système a augmenté jusqu'à 2.3% par rapport au CFC-12. Les résultats ont indiqué

qu'un mélange de butane, de propane et de HFC-134a ont donné une excellente

exécution...D’autres ont entrepris une étude expérimentale sur l'utilisation de l'isobutane

dans un réfrigérateur ménager. Les résultats ont prouvé que le coefficient de performance

(COP) était comparable à ceux obtenus quand le CFC-12 et le HCFC-22 ont été

employés comme réfrigérants.

Puisque les hydrocarbures, par exemple le gaz de pétrole liquéfié, sont des substances

alternatives et de prix acceptable, leur utilisation comme réfrigérant dans les réfrigérateurs

et la climatisation domestiques est très convenable. Dans la présente étude, la principale

préoccupation est d′obtenir les résultats expérimentaux de l'utilisation des réfrigérants

suivants dans les appareils de réfrigération à basse et moyenne pression:

• HFC-134a pur

• Propane pur

• Propane/butane 60%/40%

• Propane/isobutane 60%/40%

• Propane/butane/isobutane 70%/25%/5%

• Propane/butane/isobutane 50%/40%/10%

• Propane/butane/HFC-134a 40%/30%/30%

• Propane/isobutane/HFC-134a 40%/30%/30%

• HCFC - 22

L'étude expérimentale conduit à des divers rapports de mélange dans le même

réfrigérateur.

A la fin des expériences, les hydrocarbures purs ou mélangés les plus appropriés sont

considérés comme réfrigérant alternatif au HFC-134a et au R-22.



2. Etudes expérimentales 2.1. Appareil expérimental chargé de HFC-134a

Les schémas de principe mécanique et électrique de l'appareil didactique expérimental

sont montrés d’après les (Figures2.1, 2.2 et 2.3).Ils consistent essentiellement à un

réfrigérateur domestique qui a été conçu pour fonctionner avec du HFC-134a. Les

caractéristiques du réfrigérateur utilisé sont montrées dans le (table2.1).Le réfrigérateur a

deux compartiments séparés: compartiment de stockage de nourriture fraîche (FSC frais)

et compartiment de stockage d'aliments surgelés (FSC congelé).

Le réfrigérateur est monté sur une plate-forme de bois dur. Tous les côtés des plateaux

sont ouverts pour permettre la circulation d'air. Le plateau prolongé d′une distance de 300

millimètres horizontalement vers l′avant et dans chaque côté du réfrigérateur. Sa partie

supérieure est de 300 millimètres au-dessus du niveau du plancher. Il n'y a aucun

équipement dans la salle d'essai, et donc, il n'y a aucune émission de chaleur

d'équipements. La vitesse de l'air à proximité du réfrigérateur est moins de 0.25 m/s.

Fig. 2.1 - Schéma de l’appareil expérimental d’un réfrigérateur domestique didactique

Gross capacity Freezer storage capacity Nominal electrical input Nominal current and voltage Compressor type Refrigerant Charged mass

40 l 30 l 106 W 0.9 A, 220 V Reciprocating, hermetically sealed HFC-134a 250 g

Table 2.1- Spécifications du réfrigérateur



Fig. 2.2 - Schéma mécanique de l’appareil expérimental



Fig. 2.3 - Schéma électrique de l’appareil expérimental

2.2. Procédés expérimentales d′installation et d′essais

Dans la présente étude, une méthode expérimentale appelée « essai de consommation

d'énergie (ECT) » était utilisée. Les mélanges de réfrigérants ont été préparés à l′Ecole

des Arts et Métiers – Dekwaneh et qui ont été divisées en trois groupes: trois

hydrocarbures, deux hydrocarbures et deux hydrocarbures avec HFC-134a. Les

températures de l'air dans le compartiment de stockage de nourriture fraîche (FSC frais) et

dans le compartiment de stockage des aliments surgelés (FSC congelé) ont été surveillées

et ont été enregistrées sans interruption à chaque minute. Ensuite, l'énergie consommée

en 12h est mesurée par un compteur digital en kwh. Sa précision est de ±1%.La pression

et la température du réfrigérant à l'admission et à la sortie du compresseur étaient

enregistrées. La température a été surveillée et enregistrée sans interruption par un

thermomètre digital «LCD panel, TPM-10».Le courant électrique consommée par le



compresseur a été mesurée par un multimètre digital du type MT87 avec haute précision.

Toutes les expériences ont été faites dans une chambre à une température de 25 °C et

d’humidité relative de 60% mesurée par un Hygromètre. Toutes les conditions à l’intérieur

et à l′extérieur du réfrigérateur sont les mêmes pour toutes les expériences.

2.3. Outillages et équipements nécessaires4

a) Balance digital : - Specification: 3kg/6g/15kg/30kg/32kg

- Precision : 1/200

- Out Electric power: 240V (+10% ~ -15%); 50±2 Hz ;

b) Multimètre digital :

- Modèle: MT87

- Courant alternatif:0.0~ 400A.

- Tension AC: gamme 1v ~ 450v.

- Tension DC: gamme 1v ~ 600v.

c) Compteur digital :

- Monophasé

- Affichage LCD

d) Machine de récupération du fluide frigorigène :

-Type: MINI-R2

- Réfrigérant: 12, 22, 134a, 401A/B, 402A/B, 404A, 500, 502,

407A/B/C

- Pression: 25 bar

e) Thermomètre digital :

- Intervalle de mesure: -50oC ~ +70oC

- Précision: ±1oC(±2F)

- Power: DC1.5V AG13

4 - Gisela Wahlen,A program to save the ozone layer, GTZ Proklima, http://www.gtz.de/proklima



f) Pompe à vide:

- Model VE225

- Pumping speed (50Hz): 2 m3/ h

-Total ultimate pressure: 5(5x10-2) Pa(mbar)

- Oil capacity: 0,28 l

- Motor: 0,22(0,3) kw( hp)

g) Refrigerant identifier:

- Sample parameters: Vapor only, oil-free, 300 psi (2MPa) Maximum

- Detected compounds: R12, R134a, R 22, Hydrocarbons, Air

- Refrigerant sample size:0.3 ounces (8.5 grams) per sample

- Power: 9-15 VDC, 2 Amps Maximum

- Operational temperature: 40-130˚ F

h) Data Logger:

- Marge de mesure (Température): -40°C à 85°C

- Précision (Température) : ±0.5°C (± 1 °F)

- Résolution : 0.01 °C

- Précision (Temps) : +/- 100 ppm @ 75°F

- Alimentation : 3.0V (Batterie lithium)

i) Bouteille de récupération:

Deux types : bleu américain et jaune européen

►Ne pas remplir le cylindre plus que 80% de son volume. Le

poids de remplissage devrait être marqué sur le cylindre de

récupération.

j) Analyseur:

- Mesurer la pression et la température

- Evacuer et remplir l’installation

k) Bouteilles des réfrigérants HCs:

Bouteilles d′hydrocarbures butane/propane/isobutane

R600/R290/R600a.



3. Préparation des mélanges5

3.1. Mélange zéotropique

Le réfrigérant du mélange d'hydrocarbure est une substance zéotropique Ceci signifie qu'il

ne se comporte pas comme une substance simple pure durant les phases de

condensation et d′évaporation c.à.d. la température et la pression durant les phases

d′évaporation et de condensation sont différentes et par suite présente un glissement de

température

entre les deux durant le

changement d'état. Donc il est

représenté par deux courbes

de saturation différentes

suivant les indications de la

figure 3.1.

Fig. 3.1 - Effet de glissement de la température dans l’évaporateur

Le mélange d'hydrocarbure a

un glissement de température

approximativement de 8 K. pour

cette raison, une accumulation

inégale du givre peut se produire

sur l′évaporateur. Ce n'est pas

habituellement un problème.

Illustrations schématiques fig. 3.2.

Fig.3.2 - Phénomène de surchauffe dans l’évaporateur

5 - ECOFRIG,Consulting Group for Environmental Economics and Policies.



Puisque le réfrigérant est un

mélange zéotropique, le

remplissage d'une composition

incorrecte en mélange affecte le

système, dans ce cas la

pression augmente lors du

fonctionnement et le compresseur

pourrait devenir surchargé. C’est

pour cela il est nécessaire de

remplir le système par un

mélange de composition liquide

correcte (Fig.3.3)

Fig.3.3 - Effet de charger le mélange comme liquide

ou gaz

Selon le fournisseur, les cylindres réfrigérants sont délivrés avec des vannes liquide et à

gaz. Par exemple le HR12 et le HR134a sont fournis dans des cylindres qui ont une

vanne simple d’aspiration liquide. Si la vanne liquide d’aspiration est adaptée, le cylindre

doit être utilisé tout droit, si le cylindre contient une seul vanne à gaz, dans ce cas il faut

renverser le cylindre

3.2. Démarche à suivre pour la technique de remplissage et de vidange

Avant de réaliser les essais et relever les résultats des différentes réfrigérants, il faut

réaliser les deux procédures techniques suivantes :

- La préparation technique de l’appareil.

- Les procédés de contrôle et de régulation.



3.2.1. La préparation technique de l′appareil

a) Réaliser le vacuum de la bouteille par une

pompe à vide (fig. 3.4)

b) Récupération du réfrigérant R134a

Fig.3.4 - Mise au vide de la bouteille

de récupération

Le réfrigérant R134a est nuisible à l′environnement, pour cela, il faut le récupérer et

l′entreposer dans des cylindres spéciaux (bouteille de récupération).

Une machine et un cylindre de récupération sont utilisés pour récupérer le R134a

(Figures 3.5 et 3.6).La machine est très simple, elle comporte un compresseur

hermétique et des filtres. Le réfrigérant est aspiré en phase gazeuse du système

puis il est filtré et refoulé sous forme liquide dans la bouteille de récupération. Des

réfrigérants différents ne devraient pas être mélangés dans une machine ou dans un

cylindre de récupération.

Ne pas remplir le cylindre plus que 80% de son volume. Le poids de remplissage

devrait être marqué sur le cylindre de récupération.

Fig. 3.5 - Procédure de récupération du R134a du système

Fig.3.6 - Récupération du R 134a de

l′installation par un appareil spécial de

récupération du Type ITE- MINI-R2



c) Souder les piquages des manomètres et des thermomètres par un poste de soudage

oxyacétylénique (OA) afin de relever les valeurs de température et de pression de

saturation de l′évaporateur et du condenseur comme indiquent les figures 3.7 et 3.8.

Fig.3.7 - Piquage par soudage OA sur le

condenseur partie HP

Fig.3.8 - Piquage par soudage OA sur

l′évaporateur partie BP

d) Remplacer le déshydrateur par un autre

spécial pour les réfrigérants d′hydrocarbure

(Fig. 3.9).

Fig.3.9 - Changement du déshydrateur R134a

par un autre compatible à l′hydrocarbure

e) Comprimer l′installation avec l’azote (N2)

pour détecter la fuite après soudage

(fig.3.10)

Fig.3.10 - Détection du fuite par la bouteille

de N2



3.2.2. Les procédés de contrôle et de régulation6

a) Utiliser une pompe à vide pour vidanger l′installation du Type VE série 225 (fig. f)

b) Mesurer l’impureté et l’exactitude de remplissage du gaz pur ou mélangé en utilisant

l′identifier réfrigérant. ID 1000 PRO.(fig. g)

c) Remplir l′installation par réfrigérant pur ou par le mélange d′hydrocarbure nécessaire

à l’aide des analyseurs spéciaux.(fig. j)

d) Relever les valeurs de pression et de température de saturation à chaque masse de

remplissage de 50g par point

e) Utiliser une balance digitale pour peser l’exactitude de remplissage. (fig. a)

f) Installer des thermomètres digitales du Type Elitech TP M10 dans les deux

compartiments congelés et frais pour indiquer la température interne. (fig. e)

g) Régler la température du déclenchement et d′enclenchement du thermostat de -10 à

- 20 °c (on-off) dans les deux compartiments

h) Utiliser un appareil spécial le DATA LOGGER pour tracer le profil de température et

de dégivrage dans les deux compartiments (fig. h)

i) Régler par l′ordinateur le DATA LOGGER durant 12h de fonctionnement puis placer

l′appareil dans les compartiments

j) Installer le DATA LOGGER sur l′ordinateur pour relever les profils de température

et de dégivrage en fonction du temps

k) Mesurer la consommation par un compteur digital en kwh pour 12h de

fonctionnement (fig. c)

l) Mesurer l′ampérage par un multimètre du Type MT87 (fig. b)

6 - Voir le paragraphe 2.3 (Outillages et équipements nécessaires), page 15.



4. Essais expérimentaux et résultats

Les réfrigérants et les mélanges utilisés dans l′expérience sur le réfrigérateur domestique

chargé du R134a sont :

Le HFC-134a pur

Le propane pur

Mélange propane/butane/isobutane 70%/25%/5%

Mélange propane/butane/isobutane 50%/40%/10%

Mélange propane/isobutane 60%/40%

Mélange propane/butane 60%/40%

Mélange propane/isobutane/HFC-134a 40%/30%/30%

Mélange propane/butane/HFC-134a 40%/30%/30%

4.1. Le HFC - 134a pur

1) Après la préparation technique de l′appareil et avant de réaliser la technique de

remplissage et de vidange, Il faut mesurer l′impureté du réfrigérant pour le R134a

pur par l′appareil de réfrigérant « identifier» du Type ID1000PRO (Figure 4.1) et

résultat (R1) car l′impureté du réfrigérant à une influence sur la précision des

résultats (annexe1 fig. 1)

2) Réaliser la technique de vidange à l′aide d′une pompe à vide du Type VE Série 225

pour faire le vacuum de l′installation jusqu'à ce que le manomètre indique une

pression de- 30 PSI. (Figure 4.2)

3) Remplir l′installation par le HFC - 134a de masse 250g puis relever les valeurs de

pression et de température de saturation pour chaque masse de remplissage 50g

par point en utilisant un analyseur pour le R 134a et une balance digitale avec une

bouteille de R 134a (Figure 4.3 a et b et Table 4.1)

4) Relever les valeurs de pression et de température à l′entrée et à la sortie du

compresseur (Table 4.2)

5) Mesurer la consommation électrique du compresseur en kWh durant 12h de

fonctionnement par un compteur digital (table 4.2 et fig.4.4)

6) Mesurer le temps du fonctionnement du compresseur durant la plage de régulation

du thermostat (période active) en minute pour le R134a par un chronomètre

(table.4.3)



7) Utiliser un multimètre du Type MT87 pour mesurer l′ampérage du compresseur

afin de calculer la puissance effective w•c (table 4.2 et fig.4.5)

8) Régler le DATA LOGGER par l′ordinateur puis placer l′appareil dans les deux

compartiments frais et surgelés (fig.4.6 et annexe 1 fig.3)

9) Installer le DATA LOGGER sur l′ordinateur puis relever les profils de température et

de dégivrage en fonction du temps durant 12h de fonctionnement de l′appareil (fig.

4.7et fig. 4.8)

10) Tracer la courbe de saturation pour le R134a en utilisant les points de saturation

d′après la (table 4.1 et fig. 4.9)

Fig.4.1 - Mesure de l'impureté du R 134a



Fig.4.2 - Procédure de vacuum de deux côtés (HP et BP)

Fig.4.3 a -Technique de remplissage du R-134a pur



Fig.4.3 b - Relèvement des valeurs de pression et température de

Saturation pour une masse chargée de 50g par point.

Fig.4.4 - Mesure de la consommation électrique

du compresseur chargé du R-134a

Fig.4.5 - Mesure de l'ampérage pour le R 134a



Fig.4.6 - Placer le DATTA LOGGER après réglage dans les deux compartiments

Fig.4.7 - Relever les profils de température pour les deux compartiments



4.1.1. Calculs

a) Calcul de la chaleur latente en (KJ/Kg)7: d′après la loi de Raoult la pression du

mélange est donnée en fonction des concentrations molaires en phase liquide et

des pressions saturantes des corps purs à la même température par:

P= XRaPoRa+ XRbPoRb+ XRcPoRc

Avec Ra,Rb et Rc sont les fluides frigorigènes.

Les concentrations molaires Xi ou Yi sont reliées aux concentrations massiques.

Cette formule de conversion est celle correspondant aux concentrations réelles

dans les phases liquide et vapeur et elle n′est pas nécessairement égale à la masse

molaire correspondant a la concentrations nominale du mélange.

De même on peut écrire la formule de la chaleur latente totale d’un mélange :

Cpaxby(Ti) = a.Cp(Tc) (x) + b.Cp(Tc) (y) + c.Cp(Tc) (z)

Cp : Chaleur latente en kJ/kg

a,b,c: pourcentage de la masse mélangée du réfrigérant

Pour le HFC-134a pur de masse 250 g @ T= -21,8°C

On trouve Cp R134a = 212 kJ/kg (voir annexe 3)8

b) Calcul de la puissance électrique du compresseur en watts(w)

Pour le HFC-134a pur de masse 250g

IA= 1,3A U= 220V Cos Φ = 0, 75

Peff = U I Cos Φ = 220 x1, 3 x 0, 75 = 214, 5 W = w• Comp

c) Tableaux pour le HFC-134a pur de masse 250g pour 50 g/point

FF Pts. PS (BP)bar TS (BP)°C PS (HP)bar TS (HP) °C

1 1 -25 6 20

R – 134a 2 1,5 -18 8 25

m=250g 3 2 -10 10 40

essais 50g/pts. 4 2,5 -5 12 46

5 3 0 13 50

Table 4.1 - valeurs de pression et température de saturation pour le HFC-134a pur

7 - Francis Meunier, Paul Rivet, Marie-franceTenier, Froid Industriel, RPF Dunod, Paris, N°5443, Juin 2007.

8 - http://softadvice.informer.com/Coolpack_Refrigeration_Calculator.html



Réfrigérants E12h (kwh) T in (°C) T out (°C) P in (bar) P out (bar) w•c(w)

HFC-134a 2.5 -20 45 1.4 12 214.5

Table 4.2 - Valeurs de P, T, E et w•c pour le HFC-134a

Réfrigérants T sat (°C) Chaleur latente (kJ/kg) Période active (min)

HFC-134a -21.84 212 8.15

Table 4.3 - Valeurs de TSat, CP, et période active pour le R-134a

4.1.2. Discussion

Le HFC-134a est un réfrigérant employé dans le monde entier. Dans cette étude, en

employant 250 g de HFC-134a, le réfrigérateur a consommé 2.5 kwh en 12h. Les

distributions de la température de l'air refroidi à l'intérieur du compartiment de stockage de

nourriture fraîche (FSC frais) et le compartiment de stockage d'aliments surgelés (FSC

congelé) sont semblables. Le processus commence à la fin de la période de dégivrage où

la température des deux compartiments surgelés et frais (FSC) atteint 17°C et 8-9 °C

respectivement. A la fin du dégivrage, le compresseur est mis en marche (fin de la période

de dégivrage). La température diminue sans interruption jusqu'à -20 °C pour le FSC

congelé et 3°C pour le FSC frais à ce moment le thermostat donne une commande pour

faire arrêter le compresseur, dans ce cas la température augmente jusqu'au -10 °C pour le

FSC congelé et 7 °C pour le FSC frais. En atteignant la température maximale, le

thermostat redémarre le compresseur, qui fait diminuer la température de nouveau, et

ainsi, le processus se répète, suivant les indications montrées par la figure 4.8.

Le graphique montre un modèle en zigzag jusqu'à ce que la période de dégivrage

commence. Les distributions de l′air sont semblables dans le FSC congelé. L′ordre des

températures est le résultat d'une plus basse température de l′air ayant une densité plus

élevée que l'air à une température plus élevée. Ceci signifie que l'air avec une plus basse

température sortant de l′évaporateur ira vers le bas du compartiment d'entreposage FSC.

Par conséquent, la température à ce point est également basse. Pour le HFC-134a, le

temps de fonctionnement du compresseur est de 8.15 minutes (ceci s'appelle la période

active).C'est le temps nécessaire pour diminuer la température d′environ de – 10°C à -20

°C pour le FSC congelé et de 7 à 3 °C pour le FSC frais. La durée du cycle opératoire de

dégivrage est de 9.95 mn. La température de saturation est de - 21.84°C. La valeur de la

chaleur latente à cette condition de travail est de 212kJ/kg.



Fig.4.8 - Profil de température en forme zigzag pour les deux compartiments

Fig.4.9 - Courbe de saturation pour le HFC-134a



4.2. Le propane pur (R290)

1) Avant de faire l′essai du R290, il faut récupérer le HFC-134a dans la bouteille de

récupération par une machine de récupération spéciale indiquer préalablement par

la figure 3.2.

2) Réaliser la technique de vidange par une pompe à vide comme précédemment.

3) Mesurer l′impureté du R290 par le réfrigérant identifié (fig. 4.10) et résultat (R2).

4) Remplir l′installation par le réfrigérant R290 de masse 250g pour 50g/points puis

relever les valeurs de température et de pression de saturation (table 4.4) et (figure

4.11)

5) Relever les valeurs de pression et de température à l′entrée et à la sortie du

compresseur (table 4.5).

6) Mesurer la consommation électrique en Kwh durant 12h de fonctionnement du

compresseur par un compteur digitale (table 4.5)

7) Mesurer le temps de fonctionnement du compresseur (période active) R290 durant la

plage de régulation du Thermostat en minute pour le R290 pur Par un chronomètre

d’après (table 4.6).

8) Régler le DATA LOGGER par l’ordinateur puis placer l′appareil dans les deux

compartiments (figure 4.12)

9) Relever les profils de température et de dégivrage en fonction du temps durant 12h

de fonctionnent de l′appareil (figure4.13)

10) Tracer la courbe de saturation pour R290 (figure 4.14)

Fig.4.10 - Mesure de l'impureté pour le R 290 pur par l'identifier ID 1000 PRO



Fig.4.11 - Remplissage du R290 pur

Fig.4.12 - Placer le DATTA LOGGER à

l'intérieur des deux compartiments

4.2.1. Calculs

a) Calcul de la chaleur latente en (KJ/Kg)

Propane 100% pur de masse 125g (50% de R-134a)

CpT= (100% R290+0% R600+0%R600a) @T = -35,37°C

CpR290 = 416,7 kJ/kg (annexe 3 table R290)

b) Calcul de la puissance électrique du compresseur en watts(w)

pour le propane pur 100% de masse 125g

IA =1,58A U= 220V Cos Φ= 0, 75

Peff = U I Cos Φ = 220 x 1, 58 x 0, 75 = 260 W = W Comp

c) Tableaux pour le HC-290 de masse 125g pour 25 g/point

FF pts PS (BP)bar TS (BP)°C PS (HP)bar TS (HP) °C

1 1 -40 6 8

R 290 2 1,3 -30 8 18

m=125g 3 2 -25 10 21

essais 25g/pts 4 3,2 -12 11 30

5 4,5 -5 12,5 39

Table 4.4 - Valeurs de pression et de température de saturation pour le propane pur



Réfrigérants E12h (kwh) Tin (°C) T out (°C) P in (bar) P out (bar) w•c (w)

Propane 100% 1.5 -17 48 2.6 17 260

Table 4.5 - Valeurs de P, T, E et w•c pour le R290 pur

Réfrigérants Tsat (°C) Chaleur latente (kJ/kg) Période active(min)

Propane/butane/isobutane 100%/0%/0%

-35.37 416.7 2

Table 4.6 - Valeurs de TSat, CP, et période active pour le R290 pur

4.2.2. Discussion

L′hydrocarbure utilisé dans la présente étude est le propane pur. Le réfrigérateur

chargé de 125g de propane pur montre la plus petite quantité d'énergie consommée par

jour. Cependant, il y a une différence dans la période active et la durée du cycle

opératoire de dégivrage. Le «on-time» (période active) est de 2 minutes pour le

propane pur.la durée du cycle opératoire de dégivrage est de 1077mn (17.95h).

Cependant, la quantité de cette énergie consommée augmente quand le réfrigérant à

une proportion inférieure de propane.

*

Fig.4.13 - Profil de température de R290 en forme zigzag

pour les deux compartiments



Fig.4.14 - Courbe de saturation pour le propane R290

4.3. Mélanges de trois hydrocarbures

4.3.1Le mélange propane/butane/isobutane 70%/25%/5%

1- Evacuer le propane de l′installation vers l’extérieur par un tuyau (fig. 4.15).

2- Mesurer l′impureté des hydrocarbures utilisés par «l′identifier» comme la mesure

précédente (fig.4.16 et résultat R2).

3- Réaliser le vacuum de la bouteille de récupération comme l′opération précédente

avant de mélanger les gaz.

4- Mélanger les hydrocarbures selon les pourcentages dans la bouteille de mélange

en introduisant premièrement le réfrigérant qui a une pression supérieure à l’autre

(fig. 4.17-4.18-4.19).

5- Vidanger l′installation par une pompe à vide comme l’opération précédente.

6- Remplir l’installation par le mélange de masse 125g et de 50g/points en phase

liquide à l’aide d’un tube capillaire puis relever les valeurs de température et de

pression de saturation (table 4.7 et fig. 4.20).

7- Mesurer l′ampérage pour calculer la puissance effective de compresseur w•c

(Table 4.9).

8- Mesurer le temps de fonctionnement du compresseur (Table 4.10).

9- Mesurer la consommation électrique en Kwh durant 12h de fonctionnement

(Table4.9).

10- Placer le DATTA LOGGER dans les deux compartiments pour relever les profils

de température en fonction du temps durant 12h (fig. 4.21).

11- Tracer la courbe de saturation du mélange (fig. 4.23 et annexe 2).



4.3.2. Mélange propane/butane/isobutane 50%/ 40%/10%

Mêmes procédures que le mélange précèdent mais avec des résultats différents

(table 4.8-4.9-4.10) et (fig.4.22 et 4.23).

Fig.4.15 - Evacuation du propane vers l'extérieur par un tuyau flexible9

Fig.4.16 - Résultats d′impureté pour les 3 hydrocarbures R 290, R 600 et R600a

Mesurés par l'identifier ID 1000 PRO

9 -Gisela Wahlen,A program to save the ozone layer, GTZ Proklima, http://www.gtz.de/proklima

Pompe à vide

Connection à la BP du

compresseur

Evacuation du R290 vers

l’exterieur



Fig.4.17 - Remplissage de

l'isobutane dans la bouteille

de mélange

Fig.4.18 - Remplissage du butane

dans la bouteille de mélange

Fig.4.19 - Remplissage

du propane dans la

bouteille de mélange

Fig.4.20 - Remplissage du mélange liquide à l′aspiration avec un tube capillaire10

10

- Ibid. 8 (meme reference)



4.3.3. Calculs

a) Calcul de la chaleur latente pour les deux essais a et b (voir tables annexe 3)

Mélange (70% R290/25% R600/5%R600a) de masse 125g

CpT = (70% R290+25% R600+5%R600a) @T = -29,5°C

Cpmel = 0,7x 410 + 0, 25 x 416,5+0,05x381 = 410,17 kj/kg

Mélange (50% R290/40% R600/10%R600a) de masse 125g

CpT= (50% R290+40% R600+14%R600a) @T = -24,03°C

Cpmel= 0,5 x 403,8 + 0,4 x 408,25 + 0,1 x 376,7 = 402,87 kj/kg

b) Calcul de la puissance électrique du compresseur pour les deux essais a et b

Mélange de (50%R290/ 40%R600/10%R600a)

IA =1,4A U= 220V Cos Φ= 0, 75

Peff = U I Cos Φ = 220 x 1, 4 x 0, 75 = 231 W = W Comp

Mélange de (70%R290/ 25%R600/ 5%R600a)

IA =1,5A U= 220V Cos Φ= 0, 75

Peff = U I Cos Φ = 220 x 1, 5 x 0,75 = 247,5 W = w• Comp

c) Tableaux pour les deux mélanges a et b de trois composants de masse 125g

pour 25 g/point

FF(a) pts PS (BP)bar TS (BP)°C PS (HP)bar TS (HP) °C

1 1 -38 6 18

Mélange de (70%R290/ 2 1,5 -27 7 20

25%R600/5%R600a) 3 2 -20 8 25

m=125g 4 3 -9 10 35

Essais 25g/pts 5 4 0 12,5 40

Table 4.7 - Valeurs de pression et de température de saturation pour le mélange (a)

FF (b) pts PS (BP)bar TS (BP)°C PS (HP)bar TS (HP) °C

1 1 -30 6 20

Mélange de (50%R290/ 2 1,5 -21 7 30

40%R600/10%R600a) 3 2 -18 9 38

m=125g 4 2,5 -8 11 40

Essais 25g/pts 5 3 0 12 45

Table 4.8 - Valeurs de pression et de température de saturation pour le mélange (b)



Réfrigérants E12h (kwh) T in (°C) T out (°C) P in (bar) P out (bar) w•c (w)

HFC-134a 2.5 -20 45 1.4 12 214.5

Propane 100% 1.5 -17 48 2.6 17 260


2 -16 48.5 2.1 13.2 231


2.1 -19 50 2 12.5 247

Table 4.9 - Comparaison entre les valeurs de P, T, E et w•c pour les deux mélanges (a) et (b)



-35.37 416.7 2


-29.52 410.17 3.3


-24.03 402.87 3.4

HFC-134a -21.84 212 8.15

Table 4.10 - Comparaison entre les valeurs de TSat, CP, et période active pour les deux mélanges

4.3.4. Discussion Les hydrocarbures utilisés dans la présente étude étaient le propane, le butane et

l′isobutane, 125g du mélange a été employé dans chaque essai. Les résultats

expérimentaux sont énumérés d’après les tables précédentes.

La distribution de l’air et de température à l'intérieur du réfrigérateur est semblable à celui

d'un réfrigérateur chargé de HFC-134a. Cependant, il y a une différence dans la période

active et la durée du cycle opératoire de dégivrage. Le «on- time» (période active) est de 2

minutes pour le propane/butane/isobutane de 100/0/0, et 3.30 minute pour le

propane/butane/isobutane de 70/25/5 et 3.40 minutes pour le propane/butane/isobutane

de 50/40/10, suivant les indications des figures précédentes. Les durées du cycle

opératoire de dégivrage sont 1077, 673.5 et 661.5 min (17.95h, 11.225h et 11.025h

respectivement). Le réfrigérateur chargé de propane 100% montre la plus petite quantité

d'énergie consommée en 12h. Cependant, la quantité de cette énergie consommée

augmente quand le réfrigérant a une proportion inférieure de propane. Bien que ce qui

trouve soit impressionnant, un réfrigérant ne devrait pas être choisi en tant qu'une

alternative appropriée sur ce critère seul. Les propriétés thermodynamiques d'un réfrigérant

devraient également être pris en compte comme critères pour le choix. Le réfrigérant choisi



ne devrait pas modifier le type de réfrigérateur. En d'autres termes, le réfrigérant devrait

avoir des propriétés semblables à ceux du HFC-134a.

Les indications de la (fig.4.24), montrent les différences entre les courbes de saturation de

pression et de température entre le HFC-134a et les mélanges d'hydrocarbures sont petits.

En outre, suivant l’indication des tables précédentes, toutes les données mesurées des

deux mélanges d'hydrocarbures sont presque égales. Dans ce cas-ci, les deux mélanges

pourraient être utilisés et remplacés par le R134a dans l′installation.

Fig.4.21 - Profil de température du mélange (a) pour les deux compartiments



Fig.4.22 - Profils de température du mélange (b) pour les deux compartiments

Fig.4.23 - Comparaison entre les différentes courbes de saturation



4.4. Le Mélange de deux hydrocarbures

4.4.1. Mélange propane/butane/ 60%/40%

1. Evacuer l′installation vers l’extérieur comme précédent

2. Mesurer l′impureté du R290 et R600 par le réfrigérant identifier comme

d′habitude (résultat R2 et fig.4.24)

3. Vidanger la bouteille du mélange par une pompe à vide

4. Mélanger les hydrocarbures selon les pourcentages dans la bouteille de

remplissage en introduisant premièrement le réfrigérant qui a une pression

supérieure de l’autre comme les opérations précédentes (fig.4.18 et 4.29)

5. Vidanger l′installation par une pompe avide comme précédent

6. Remplir l′installation par le mélange de masse 125g pour 50g/points en phase

liquide avec un tube capillaire puis relever les valeurs de température et de

pression de saturation (table4.11 et fig.4.25)

7. Mesurer les consommations électriques en kwh durant 12h de fonctionnement du

compresseur en Emel (table4.13)

8. Mesurer la période active du compresseur (table 4.14)

9. Mesurer l′ampérage du compresseur pour calculer w•c (table4.13)

10. Placer le DATTA LOGGER dans les deux compartiments pour relever les profiles

de température et de dégivrage en fonction du temps durant 12h (fig.4.26)

11. Tracer les courbes de saturation des mélanges et faire la comparaison avec le

R-134a (fig.4.28 et annexe 2)



4.4.2. Mélange propane/isobutane 60%/40%

Même procédures que le mélange précèdent mais les valeurs sont différentes. (Voir tables

4.12 – 4.13 – 4.14, figures 4.27 – 4.28 et l′annexe 2)

Fig.4.24 - Mesure de l'impureté: a) pour le R 290 pur et b) pour le R600 pur

Fig.4.25 - Remplissage du mélange liquide par

un tube capillaire à l′aspiration du compresseur

a b



4.4.3. Calculs

a) Calcul de la chaleur latente pour les deux essais a et b (voir l’annexe 3)

Mélange (60% R290/40% R600) de masse 125g @T= -26,74 °C

CpT = (60% R290+40% R600) @T = -26, 74°C

Cpme l= 0, 6 x 407, 33 + 0, 4 x 412, 3 = 409, 3 kJ/kg

Mélange (60% R290/40% R600a) de masse 125g @T = -28,06°C

CpT= (60% R290+40% R600a) @T = -28, 06°C

Cpmel= 0,6 x 408, 5 + 0, 4 x 380, 14 = 397, 15 kj/kg


Mélange de (60%R290/ 40%R600) de masse 125g

IA =1,5A U= 220V Cos Φ= 0, 75

Peff = U I Cos Φ = 220 x 1, 5 x 0, 75 = 247, 5 W = w•Comp

Mélange de (60%R290/ 40%R600a) de masse 125g

IA =1,5A U= 220V Cos Φ= 0, 75

Peff= UI Cos Φ = 220 x1, 5 x 0, 75 = 247, 5 W = W Comp

c) Tableaux pour les deux mélanges a et b de deux composants de masse 125g

pour 25 g/point

FF (a) pts PS (BP)bar TS (BP)°C PS (HP)bar TS (HP) °C

1 1 -37 6 20

Mélange de 2 1,5 -39 8 25

(60%R290/40%R600) 3 2 -22 10 40

m=125g 4 2,5 -15 12 46

Essais 25g/pts. 5 3 -8 13 49

Table 4.11 - Valeurs de pression et température de saturation pour le mélange (a)


1 1 -38 6 18

Mélange de 2 1,5 -30 8 22

(60%R290/40%R600a) 3 2 -23 10 37

m=125g 4 2,5 -18 12 43

Essais 25g/pts. 5 3 -10 13 48

Table 4.12 - Valeurs de pression et de température de saturation pour le mélange (b)



Réfrigérants E12h (kwh) T in (°C) T out (°C) P in (bar) P out (bar) w•c (w)

HFC-134a 2.5 -20 45 1.4 12 214.5

Propane 100% 1.5 -17 48 2.6 17 260

Propane/butane 60%/40% 1.83 -19 48.5 2.5 15 247

Propane/isobutane 60%/40%

2.3 -19 50 1.5 13 247

Table 4.13 - Comparaison entre les valeurs de P, T, E et W pour les deux mélanges (a) et (b)


Propane/butane 60%/40% -26.74 409.3 2.2

Propane/isobutane 60%/40% -28.06 397.15 3.3

HFC-134a -21.84 212 8.15

Table 4.14 - Comparaison entre les valeurs de TSat, CP avec la période active des deux mélanges

4.4.4. Discussion Les mélanges de deux hydrocarbures étaient le propane/butane (60%/40%), et le

propane/isobutane (60%/40%). La masse chargée dans le réfrigérateur était de 125g. Les

quantités d'énergie consommées sont présentées dans les tables précédentes.

La distribution de température et de l’air est semblable à celle du deuxième groupe,

cependant, la période active et la durée du cycle opératoire de dégivrage sont différents.

Pour le mélange contenant le propane/butane (60%/40%), la période active et la durée de

commande du cycle de dégivrage sont 2.2 et 711 minutes (11.85h) respectivement, alors

que pour le propane/isobutane (60%/40%), la période active et la durée du cycle opératoire

de dégivrage sont 3.3 et 659 minutes (10,98h) respectivement. Le réfrigérateur chargé du

mélange propane/ butane (60%/40%) a besoin de moins d'énergie en 12h comparé avec

le réfrigérateur qui a employé le mélange propane/isobutane (60%/40%).C'est parce que

la chaleur latente est plus grande que celle de ce dernier. Par conséquent, le potentiel de

réfrigération par unité du mélange propane et butane (60%/40%) est plus grand que celui

du mélange propane/isobutane (60%/40%). Ceci signifie une réduction du temps de

fonctionnement du compresseur (table 4.14), de plus les températures et les pressions de

saturation sont très proches. Ceci indique que les deux mélanges d'hydrocarbures

montrent des propriétés semblables à ceux du HFC-134a.

L′énergie consommée par le réfrigérateur est de 4.86% de celle du HFC-134a. En raison

de cette conclusion, ce mélange particulier est choisi dans ce groupe. Après avoir



considéré tous les résultats rassemblés de ce groupe, on peut conclure que le réfrigérant

contenant le propane/butane 60%, 40% est un produit de remplacement approprié pour un

certain nombre de raisons: Premièrement, le réfrigérateur consomme moins d'énergie que

le réfrigérateur fonctionnant avec le HFC-134a. C’est parce que la température de

saturation du propane/ butane (60%, 40%) est plus basse et la valeur de la chaleur latente

du propane/ butane (60%, 40%) est plus grande que celle du HFC-134a voir (table 4.13).

Ceci signifie que la chaleur transférée au mélange d'hydrocarbure est plus grande que

celle du HFC-134a. Le mélange montre un meilleur échange thermique que le HFC-134a.

Ainsi, la période active du réfrigérateur utilisant le mélange choisi est de 2.2 minutes tandis

que la période active employant le HFC-134a augmente jusqu’à 8.15 mn. En outre, la

masse chargée dans le système est également inférieure (125g de HC< 250g de HFC-

134a).Ceci prouve que ce mélange est très convenable comme alternatif et en plus

économique.

Fig.4.26 – Profils de température du mélange (a) pour les deux compartiments



4.5. Mélange de deux hydrocarbures avec le HFC-134a

4.5.1. Mélange propane/isobutane/HFC-134a 40%30%/30%

1. De même évacuer le mélange hydrocarbure de l′installation vers l’extérieur

2. Mélanger puis Mesurer l′impureté et l’exactitude du pourcentage mélangé dans la

bouteille par le réfrigérant identifier (fig.4.29-4.30-4.31-4.32et résultat R3-R4)

3. Avant il faut évacuer la bouteille par une pompe à vide

4. Vidanger l′installation par une pompe avide comme d′habitude

5. Remplir l′installation par le mélange de masse 125g pour 50g/points en phase

liquide avec un tube capillaire puis relever les valeurs de température et de

pression de saturation (table 4.15)

6. Mesurer les consommations électriques en kwh durant 12h de fonctionnement du

compresseur Emel (table 4.17)

7. Mesurer la période active du compresseur (table 4.18)

8. Mesurer l′ampérage du compresseur pour calculer w•c (table 4.17)

9. Placer le DATTA LOGGER dans les deux compartiments pour relever les profiles

de température et de dégivrage en fonction du temps durant 12h (fig.4.33)

10. Tracer la courbe de saturation du mélange (fig.4.35 et annexe 2)



4.5.2. Mélange propane/butane/HFC-134a (40%30%/30%)

Même procédure que le mélange précèdent mais les valeurs sont différentes. (Voir

tables 4.16 – 4.17 – 4.18, figure 4.34, et annexes 2 et 1 fig.2)

Fig.4.29 - Remplissage 30% du R 600a

dans la bouteille de mélange

Fig.4.30 - Remplissage du R134a 30%

du mélange dans la bouteille

Fig.4.31 - Remplissage du R134a 30% du mélange dans la bouteille



4.5.3. Calculs et résultats

Fig.4.32 - Résultat du mesure d′exactitude des

gaz mélangés tirés par «l′identifier»

a) Calcul de la chaleur latente pour les deux essais a et b (voir l′annexe 3)

Mélange de deux composants avec le HFC-134a de masse 125g

1- Mélange (40% R290/ 30% R600/ 30%R-134a) @T = -34,34°C

CpT= (40% R290+30% R600+30%R134a) @ T = -34, 34°C

Cpmél= 0,4 x 416 + 0, 3 x 372 + 0,3 x 220 = 344 kJ/kg

2- Mélange (40% R290/ 30% R600a/ 30%R-134a) @ T = -35,47°C

CpT= (40% R290+30% R600a+30%R134a) @ T = -35, 47°C

Cpmel= 0, 4 x 417 + 0, 3 x 387 + 0,3 x 220,4 = 349 kJ/kg


Mélange de deux composants avec le HFC-134a de masse 125g

1- Mélange de (50%R290/ 30%R600/ 30%R134a)

IA =1,4A U= 220V Cos Φ= 0, 75

Peff = U I Cos Φ = 220 x 1, 4 x 0, 75= 231 W = w•c

2- Mélange de (40%R290/ 30%R600a/ 30%R134a)

IA =1,5A U= 220V Cos Φ= 0, 75

Peff = U I Cos Φ = 220 x 1, 5 x 0, 75= 247, 5 W = w•c



c) Tableaux pour les deux mélanges a et b de trois composants de masse

125g pour 25 g/point

FF ( a) pts PS (BP)bar TS (BP)°C PS (HP)bar TS (HP) °C

1 1 -39 6 1

Mélange de (40%R290/ 2 2 -27 8 20

30%R600/30%R134a) 3 2,5 -22 10 22

m=125g 4 3 -20 12 30

Essais 25g/pts 5 4 -10 13 39

Table 4.15 - Valeurs de pression et température de saturation pour le mélange (a)


1 1 -39 6 1

Mélange de (40%R290/ 2 2 -27 8 16

30%R600a/30%R134a) 3 2,5 -22 10 19

m=125g 4 3 -20 12 25

Essais 25g/pts 5 4 -10 13 30

Table 4.16 - Valeurs de pression et température de saturation pour le mélange (b)

Réfrigérants E12h(kwh) T in (°C) T out (°C) P in (bar) Pout (bar) w•c (w)

HFC-134a 2.5 -20 45 1.4 12 214.5

Propane 100% 1.5 -17 48 2.6 17 260

Propane/butane/HFC-134a 40%/30%/30%

2.5 -19 45 2.6 15 231

Propane/isobutane HFC-134a 40%/30%/30%

2.6 -20 43 1.5 13.2 247

Table 4.17 - Comparaison entre les valeurs de P, T, E et w•c pour les deux mélanges (a) et (b)

Réfrigérants Tsat (°C) Chaleur latente (kJ/kg) Période active(min)

Propane/butane/HFC-134a 40%/30%/30%

-34.34 344.2 4

Propane/isobutane/HFC-134a 40%/30%/30%

-35.47 349.1 3.4

HFC-134a -21.84 212.2 8.15

Table 4.18 - Comparaison entre les valeurs de TSat, CP avec la période active des deux mélanges



4.5.4. Discussion Les mélanges d′hydrocarbures/HFC-134a, utilisés dans cette expérience sont le

propane/butane/HFC-134a (40%,30%,30%) et le propane/isobutane/HFC-134a

(40%,30%,30%). La masse du mélange chargé dans le réfrigérateur est de 125g. Les

résultats expérimentaux pour ce groupe sont représentés d′après les tables précédentes.

La distribution des températures de l'air à l'intérieur du réfrigérateur sont semblables.

Cependant, les durées du dégivrage et le temps du cycle opératoire sont différents.

Pour le propane/butane/HFC-134a (40%,30%,30%), la période active et la durée de la

période de cycle de dégivrage sont de 4 min et de 677.5 minutes, ou 11.29h

respectivement. Pour le propane/isobutane et le HFC-134a (40%,30%,30%), la période

active et la durée du cycle opératoire de dégivrage sont de 3.40 min et de 652 minutes, ou

10.86h respectivement. Les résultats prouvent que le réfrigérateur utilisant le

propane/butane/HFC-134a 40%,30%,30% consomme moins d'énergie que le réfrigérateur

employé pour l'autre mélange de ce groupe. C'est en raison de la valeur de la chaleur

latente du propane/butane/HFC-134a (40%,30%,30%) qui est plus grande que la valeur de

la chaleur latente du propane/isobutane/HFC-134a (40%,30%,30%). (la valeur de la

chaleur latente du butane est naturellement plus grande que cela de l'isobutane) voir table

4.18).Par conséquent, une plus grande absorption de la chaleur par unité de la période du

fonctionnement de réfrigérant est plus courte qu'avec le mélange propane/isobutane/HFC-

134a (40%/30%/30%).

Comparaison entre les mélanges avec le HFC-134a

Les rapports entre la température et la pression de saturation de chaque réfrigérant

dans ce groupe sont montrés dans la figure 4.36.Ceci indique qu’aucun des deux

mélanges est convenable pour remplacer le HFC 134a. Cependant, elles réduisent la

quantité d'énergie requise pour démarrer le réfrigérateur à 0.69% comparé au HFC-

134a.Ceci signifie que la différence entre la chaleur latente du mélange de réfrigérants

dans ce groupe et celui de HFC-134a est moins que la différence entre la chaleur

latente du mélange réfrigérant dans le groupe précédent et celui du HFC-134a. Ainsi,

l'énergie consommée n'est pas réduite autant dans ce groupe. Cependant, ces

mélanges sont plus sûrs que d'autres mélanges parce qu'ils contiennent une quantité

inférieure d'hydrocarbures. La charge de masse de ces mélanges est également

inférieure, elle est seulement de 125g, comparée avec celle du HFC-134a 250g.



Fig.4.33 - Profil de température du mélange (a) pour les deux compartiments




5. Etude expérimentale sur l′appareil de climatisation chargé de R22

L′appareil est une banque de climatisation didactique chargée d′une masse de 750g de

réfrigérant R22 comme l′indique les figures 5.1 - 5.3 a et b avec les spécifications indiquées

par la Table 5.1.

Fig. 5.1 - Appareil expérimental didactique de climatisation (split system)

cooling capacity Nominal electrical input Nominal current and voltage Compressor type Refrigerant Charged mass

2220/2195 kcal/h 940/910 w 1PH/50Hz/240-220v 3.2A / 220 V hermetically sealed(scroll type) HCFC- 22 750 g

Table 5.1 - Air condition unit spécifications

Une chambre isolée conçue spécialement

pour l′essai de 2m3 de volume est fixée sur

la bouche de soufflage de l′évaporateur

indiquée par la figure 5.2.

- voir la préparation de l′appareil (annexe 1

Fig.5 - 6 - 7 et 8)

Fig. 5.2- Chambre isolée



(a)

(b)

Fig.5.3 - Schéma de l′appareil expérimental: a) mécanique et b) électrique

5.1. Le HCFC-22 pur

1) Mesurer l′impureté du R22 par «l′identifier» ID1000pro (Résultat R5

ci-contre)

2) Récupérer le R22 du système par l′appareil de récupération (annexe1

fig.4).

3) Réaliser la technique de vidange par une pompe à vide du type VE

série 225 (annexe 1 fig.9).

4) Remplir l′installation par le réfrigérant R22 de masse 750g puis

relever les valeurs de température et de pression de saturation pour

une masse de remplissage 50g /pts. (Table 5.2et annexe 1 fig.10)

5) Relever les valeurs de pression et de température à la sortie du

compresseur (Table 5.3).

6) Mesurer la consommation électrique en kwh durant 12h de fonctionnement du

compresseur par un compteur digital E22(table 5.3) puis Mesurer le temps du

fonctionnement du compresseur durant la plage de régulation du thermostat en

minute pour le R22, par un chronomètre (Table 5.4).

7) Mesurer l′ampérage du compresseur pour calculer la puissance effective du

compresseur (table 5.3 et annexe 1 fig.11)



8) Régler le DATTA LOGGER par l′ordinateur puis placer l′appareil sur la bouche de

soufflage de l′évaporateur. (annexe 1 fig.12)

9) Relever le profil de température en fonction du temps durant 12h de fonctionnement

(figure 5.4)

10) Tracer la courbe de saturation pour R22 (figure 5.6 et annexe 2 fig.13).

5.1.1. Calculs

a) Calcul de la chaleur latente

Chaleur latente de R22 = 225,37 KJ/Kg @ Tsat= -30°c (annexe 3)

b) Calcul de la puissance électrique du compresseur

Pour le R22 pure de masse 750g

IA= 2.17A U= 220V Cos Φ= 0, 75

Peff = U I Cos Φ = 220 x 2.17 x 0, 75 = 358 W = W Comp

c)Tableaux des valeurs de pression et température de saturation pour le R22


1 1 -30 6 15

R 22 2 2 -20 8 19

m=750g 3 3 -12 10 25

Essais 50g/pts 4 4 -5 12 30

5 4,5 -1 14 40

Table 5.2 - Valeurs de pression et température de saturation pour le R22 pur

Réfrigérants E12h (kwh) Tin (°C) Tout (°C) Pin(bar) Pout (bar) w•c (w)

R 22 100% 6.5 -5 40 3.5 15 358


Réfrigérants Tsat (°C) Chaleur latente (kJ/kg) Période active (min)

R 22 100% -30 225.37 4.28




Fig.5.4 - Profil de température de R22 pour l′air de soufflage

5.2.Le propane pur

1. Récupérer le R22 dans la bouteille de récupération par un appareil de récupération

(annexe 1 fig.4)

2. Mesurer l′impureté du R290 par le réfrigérant identifier

3. Réaliser le technique de vidange par une pompe à vide (annexe 1 fig.9)

4. remplir l′installation par une masse de 300g de R290 puis relever les valeurs de

température et de pression de saturation pour une masse de remplissage

50g /points (table 5.5 et annexe 1 fig.16).

5. Mesurer la consommation électrique en kwh durant 12h de fonctionnement par un

compteur digital E290 (table 5.6).

6. Relever les valeurs de température et de pression à l′entrée et à la sortie du

compresseur (table 5.6).

7. Mesurer le temps de fonctionnement du compresseur durant la plage de régulation

du thermostat pour R290 (table 5.7)

8. Mesurer l′ampérage du compresseur pour calculer la puissance effective du

compresseur w•c (table 5.6).

9. Régler le DATTA LOGGER par l′ordinateur puis placer l′appareil sur la bouche du

soufflage de l′évaporateur comme indiqué par l′annexe1 fig.12.

10. Relever les profils de température en fonction de temps durant 12h de

fonctionnement (fig. 5.5)



11. Tracer la courbe de saturation pour R290 et faire la comparaison (fig.5.6 et annexe

2 fig.13)

5.2.1. Calculs

a) Calcul de la chaleur latente

- Chaleur latente de R290 = 416 KJ/Kg @ Tsat = -35°c (voir annexe 3 table R290)

b) Calcul de la puissance électrique du compresseur

- pour le R290 pure de masse 300g

IA = 2.10A U= 220V Cos Φ = 0, 75

Peff = U I Cos Φ = 220 x 2.10 x 0, 75 = 346.5 W = w•c

c)Tableaux des valeurs de pression et température de saturation pour le R290


1 1 -39 6 4

R 290 2 2 -25 8 19

m=300g 3 3 -21 10 25

Essais 50g/pts 4 4 -10 12 30

5 4,5 -2 14 43

Table 5.5 - Valeurs de pression et température de saturation pour le propane pur

Réfrigérants E12h (kwh) Tin (°C) Tout (°C) Pin (bar) Pout (bar) w•c (w)

Propane 100% 6 -19 43 3.2 12.5 330



Propane 100% -34.5 416 3.30




5.2.2. Discussion Les réfrigérants utilisés dans cette expérience sont le propane et le R22. Dans ce cas, on

va étudier et comparer les deux réfrigérants pour voir si le propane est un alternative

convenable pour le R22. La masse du propane chargée dans l′appareil est de 40% de celle

de R22 (300g au lieu de 750g). Les résultats expérimentaux sont représentés dans les

tables précédentes. La chambre isolée est reliée à la bouche de soufflage de l′évaporateur

sans aucune fuite d′air vers l′extérieur (fig.5.3).

Comparaison entre les deux réfrigérants

Par comparaison entre les réfrigérants, les deux ont à peu prés la même température

de soufflage qui varie entre 11.5°C à 12°C,(annexe 1 fig.14) les rapports entre la

température et la pression de saturation de chaque réfrigérant sont les mêmes ainsi

que les courbes de saturation sont confondues. Cependant, le temps de

fonctionnement du compresseur au démarrage pour le R22 est de 7 mn pour atteindre

une température de soufflage 12°C comparé avec le propane qui est de 8 mn avant

que les profils de températures (fig. 5.4 et 5.5) se stabilisent à une période active de 5

mn pour le propane et de 6 mn pour le R22.Ceci signifie que la chaleur latente du

propane (416kj/kg) est plus grande que celle du R22 (225,37 kJ/kg) (table 5.4 et 5.7).

Ainsi, l′énergie consommée est un peu réduite (6.5 kwh pour R22 et 6 kwh pour R290)

(table 5.3 et 5.6). Cependant, la masse chargée du propane (300g) est également

inférieure à celle du R22 (750g).

.



Fig.5.5 - Profil de température du R290 pour l′air de soufflage en forme zigzag

Fig.5.6 - Comparaison entre les deux courbes de saturation



6. Les procédures de sécurité11

Lorsqu′on parle des réfrigérants d′hydrocarbures, il est nécessaire de discuter des

problèmes de sécurité. Les hydrocarbures sont inflammables une fois mélangés à l'air.

La concentration de l'hydrocarbure en air doit être suffisante pour que le mélange soit

inflammable.

6.1. Limite pratique d′Inflammabilité

Pour une raison de sécurité, une limite pratique de 8 g/m3 de réfrigérant

d'hydrocarbure ne devrait pas être dépassée dans un espace ou une salle

fermée.

6.2. Les sources d′allumage

La source d'allumage doit être plus chaude que 430°C pour que le mélange

d'hydrocarbure soit inflammable. Ce qui suit sont des sources d'allumage potentielles

dangereuses.

une flamme, par exemple d'une torche de soudure, d'une lampe haloïde de

fuite de torche, d'une allumette.

une étincelle d'un composant électrique.

l'électricité statique.

fuite du réfrigérant dans l′air autour du système.

fuite du réfrigérant dans le compartiment de nourriture.

6.3. Identification des sources d'allumage potentielles

Tous les appareils peuvent avoir les sources d'allumage potentielles suivantes:

raccordements non isolés

relais de démarrage du compresseur non isolé

protecteur de surcharge du compresseur (klixon) non isolé

condensateurs de démarrage

corps du thermostat

interrupteur "Marche/Arrêt"

11

-ECOFRIG,Consulting Group for Environmental Economics and Policies.



résistance de dégivrage non isolée

moteur du ventilateur

support de la lampe

Quelques solutions sont montrées d’après les figures suivantes:

Type de Protecteur thermique à

éviter Type isolé à employer

Type de Thermostat à eviler Thermostat isolé à employer



6.4. Le secteur de remplissage

Le secteur de remplissage doit être bien aéré, un arrangement idéal est montré

d′après le schéma 5-a.

Pour des raisons de sécurité le secteur de remplissage doit :

être aussi lointain que possible du secteur de soudure;

être au moins à 2 m de n'importe quelle source d'allumage, y compris des

flammes et des composants électriques;

être une zone non-fumeurs;

avoir un ventilateur adjacent d'extrait suivant les indications du schéma

5-a, de sorte que n'importe quel réfrigérant exhalé à l'air soit tiré vers

l′extérieur ;

être au niveau du sol, jamais au-dessous de la terre;

un type sec de poudre extincteur dans le secteur de remplissage;

un détecteur de gaz inflammable devrait être installé à de bas niveaux

dans le secteur de remplissage;

une quantité minimum de réfrigérant devrait être stockée dans ce secteur,

le reste devrait être stockée dehors.

Fig.6.1 - Disposition d′aération



6.5. Transport et stockage des réfrigérants d'hydrocarbures Le réfrigérant d'hydrocarbure devrait être transporté dans des véhicules ouverts et

devrait être stocké comme suit:

dans un compartiment bloqué et verrouillé protégé

contre le rayon soleil direct;

il ne devrait y avoir aucune source d'allumage et

non-fumeurs à moins de 2m des cylindres;

les vannes du cylindre devraient être bien fermées

avec couverture;

les cylindres devraient être bien fixés et droits. les

cylindres doivent être stockés au niveau du sol,

jamais au-dessous de la terre et devraient être

facilement accessibles en cas d'une urgence;

il ne devrait y avoir aucune source d'allumage et

non-fumeurs à moins de 2 m des cylindres;

les vannes du cylindre devraient être fermées et

avec couverture;

une alarme de gaz inflammable devrait être fixée en

bas à côté des cylindres pour donner une alarme

en cas d'une fuite.

Fig. 6.2 - Stockage des cylindres

d'hydrocarbure

Les règles et les règlements pour le stockage et le transport du réfrigérant

d'hydrocarbure peuvent être observés pareillement au stockage et au transport de

LPG/HAP qui est habituellement régi par des règles et des règlements locaux.

6.6. Étiquetage des appareils (figures 6.3 a et b)

L'étiquette sur un appareil chargé de réfrigérant d'hydrocarbure doit clairement

déclarer que le réfrigérant est inflammable. L′information suivante devrait être incluse:

type de réfrigérant et nom exacte de composition ou de marque ( par exemple

R600a, 290/600ou 600a 50/50 en poids, HR12ou HR134a ).



le réfrigérant est inflammable;

si le réfrigérant évacué ou chargé:

- l'appareil devrait être dehors ou dans un secteur aéré;

- pas de source de chaleur supérieure à 460 °C, aucune

flamme, cigarette, appareillages électriques ou électroniques

non isolés;

- la quantité du réfrigérant.

(a)

(b)

Fig.6.3 - Type d′étiquette HR12: a et b



7. Conclusion

Réfrigérants E12h

(Kwh) Tsat (°C)

Chaleur latente (kJ/kg)

Période active (min)


2 -29.52 410.17 3.3

Propane/butane 60%/40% 1.83 -26.74 409.3 2.2

Propane/butane/ HFC-134a 40%/30%/30%

2.5 -34.34 344.2 4

HFC-134a 2.5 -21.84 212.21 8.15

R - 22 pur 6.5 -30 225.37 4.28

R - 290 40% du R-22 6 -34.5 416 3.30

Table 7.1 - Comparaison des réfrigérants adoptés avec le R 134a

Ce projet a investi un mélange de propane/butane alternatif au HFC-134a et un

réfrigérant du propane pur alternatif au R22 et qui n’ont pas des impacts sur

l′environnement et n′attaquent pas l′ozone, de rendement optimum, facile à utiliser dans

les systèmes de réfrigération domestiques. Après que les recherches aient réussi sur

l'exécution des réfrigérants mélangés, la conclusion suivante peut être basée sur les

résultats obtenus et pour un certain nombre des raisons suivantes :

1 - Meilleure consommation d′énergie qu′un appareil fonctionnant avec le réfrigérant

R134a et le R22

2 - la température de saturation des deux réfrigérants alternatifs est supérieure que

celle du R134a et du R22

3 - la valeur de la chaleur latente est supérieure à celle du R134a et du R22, ceci

signifie un meilleur échange thermique des réfrigérants choisis

4 - la période active (on-time) de l’appareil utilisant les réfrigérants choisis est inférieure

à celle du R134a et du R22

5 - la masse des réfrigérantes alternatives chargées dans le système est inferieure à

celle du R134a et du R22 (125g de HC < 250g de R134a et 300g du R290 < 750g du

R22)



Ceci prouve que la masse chargée des réfrigérants HCs est économique et n′est pas

dangereuse.

Enfin, pour ces raisons les résultats prouvent que les meilleurs alternatifs au HFC-134a

et au R22 sont : le mélange hydrocarbure propane/butane (60%/40%) et le propane

pur (40%).



8. References

- ECOFRIG, Consulting Group for Environmental Economics and Policies, CH-8002

Zürich, Switzerland. E-mail: “ECOFRIG”[email protected]

- Francis Meunier, Paul Rivet, Marie-franceTenier, Froid Industriel, RPF Dunod, Paris ,

N°5443, Juin 2007.

-Gisela Wahlen, A program to save the ozone layer, Federal Ministry for Economic Cooperation and Development (BMZ), Environment and Sustainable Use of Natural Resources Division, GTZ Proklima, http://www.gtz.de/proklima

- Manuel du Protocole de Montréal relatif à des substances qui appauvrissent la couche

d′ozone

- Somchai. Wongwises, Nares Chimres, Energy Conversion and Management, 46

(2005) 85-100, March 2004.www.sciencedirect.com.

-http://softadvice.informer.com/Coolpack_Refrigeration_Calculator.html

mailto:[email protected]

http://www.sciencedirect.com/



ANNEXE 1

I. Balance / Scale A. Main Technical Function

1. Specification: 3kg/6g/15kg/30kg/32kg

2. Precision : 1/3000 F·S

3. Out Electric power: 240V (+10% ~ -15%); 50±2 Hz ;

4. Power: ACS-C, ACS-E: max power <8 VA;

normal power <4.5 VA ;

ACS-D: max power <1 VA;

Normal power <0.2 VA;

5. Battery: DC 6V4Ah, it can be used for 10 hours

6. Display windows: weight indicator window: 5 digits;

(fig.a)

B. Use environment.

1. Environment temperature: storage:-25℃ ~ +50℃

Work: -10℃ ~ +40℃

2. Humidity: storage: <70% R H

work: <90% R H

3. Size: outward size: 50×420

Packing size: 660×420×145

Assemble size: 665×440×185

4. Net weight: 4.8 kg (ACS-C) 5.7 kg (ACS-D/E)



II. Multimeter

De haute précision 3 ½, LCD numérique, tension AC, ampèremètre, multimètre, pince.

Description Son compteur peut mesurer AC/DC tensions, les courants alternatifs et la résistance. Il

peut également être utilisé pour le test diode et de continuité.

Caractéristiques: Test de diode, test de continuité, les mesures de résistance, Transistor test de jonction

p-n.Fonction data hold.

Spécifications

Courant alternatif:0.0~ 400A.

Protection contre les surcharges: 400A surtout les gammes.

La tension AC: gamme 1v ~ 450v.

Protection contre les surcharges: 450v AC surtout les gammes.

La tension DC: gamme 1v ~ 600v.

Protection contre les surcharges: 600v DC /( AC crête) surtout les gammes.

Test de continuité avec signal sonore.

Mesure de la résistance: gamme 200K.

Max. d'affichage: 1999, affichage automatique de polarité.

Power: pile AAA 1.5v x 2

Longueur de câble: 80 cm.

Poids:145gr. ( y compris la batterie, env.)

Dimension: 150 x 63X 28 mm.

Détails de l'objet

Numéro du modèle:

MT87 Type d'affichage:

Uniquement digitale

Place of Origine:

Guangdong, China (Mainland)

Product description

(fig. b)

http://fr.aliexpress.com/category/15370301/compteurs--agrave--pinces.html?pvId=905-4584



III. Energy Meter – Single phase

(fig.c)



2. Outside and install dimensions

3. Connection diagram

4. Technical specification



IV. Appareil de récupération du

fluide frigorigène

(fig. d)



V. Thermometer digital

LCD Panel TPM-10: Digital Temperature Panel, LCD display. Insert panel. Simple appearance, two button batteries, used for longer time. (fig.e)

Technical parameter: 1) Measuring range: -50oC ~ +70oC 2) Distinguish: 1oC 3) Accuracy: ±1 oC(±2F) 4) Power: DC1.5V AG13 5) Product size: 47.8 x 28.5 x 14.3mm 6) Screen size: 36 x 16mm LCD display. Insert panel. Simple appearance, two button batteries, used for longer time.



VI. Two-Stages Vacuum Pumps

VE-Series (225,245,280)

VE series vacuum pumps are two-stage oil-sealed rotary vane vacuum pumps. These

pumps are used for vacuum applications as required by industry, refrigeration systems,

Research and development.

(fig.f)

Advantages/features:

•Low Ultimate pressure •Reliability: forced-feed lubrication system

•Portability: easy to carry •Suitable for all power supply

•Security: thermal protector in the motor •Special individual design for customers

Dimensions

VE225,VE245, VE280

Dimension

s

A A

1

A

2

A

3

B B

1

B

2

H H

1

H

2 VE225 mm 315 176 5

2

5

3

124 8

4

6

8

237 15

1

7

3 VE245 mm 335 176 5

2

6

1

138 8

4

7

6

250 16

3

7

5 VE280 mm 395 214 7

8

7

3

145 9

9

7

4

266 17

9

8

6

Technical Data

Model VE2

25

VE2

45

V

E2

80 Pumping speed(50Hz) m3/ h 2 3,

5

6

Total ultimatepressure Pa(mb) 5(5x10-2) 5(5x10-2) 5(5x10-2)

Oil capacity l 0,2

8

0,3

4

0

,

5

6

Motor kW 0,22 0,365 0,7

3 Inlet connection* D

N

KF1

6

KF1

6

K

F

1

6

Voltage(single-phase) V 220; 50Hz

/110;60Hz

220; 50Hz

/110;60Hz

220; 50Hz

/110;60Hz Weight kg 9 11

4

1

7



VII. REFRIGERANT

IDENTIFIER ID1000 PRO

(fig. g)

Specifications

SAMPLE PARAMETERS: Vapor only, oil-free, 300 psing (2 MPa) Maximum

DETECTED

COMPOUNDS: R12, R134a, R 22, Hydrocarbons, Air

SENSOR TECHNOLOGY: Non-Dispersive Infrared (NDIR)

REFRIGERANT SAMPLE

SIZE: 0.3 ounces (8.5 grams) per sample

POWER: 9-15 VDC, 2 Amps Maximum

OPERATIONAL

TEMPERATURE: 40-130˚ F

SAE J1771

If the refrigerant being tasted is identified as

contaminated, any visual percentages displayed of CFC-

12 or HFC-134a (R134a) outside the design certified

value is informational and may not be accurate.

Spare Parts List

PART NUMBER DESCRIPTION

023-80147-00 R134a Tank Adapter Fitting

360-81616-00 R134a Sample Hose

360-81172-00 R12 Sample Hose

360-81817-00 Vehicle Power Cable

026-80128-00 Sample Filter (each)

026-80339-00 Battery Kit (optional)

028-80136-00 Printer Paper Roll - Sold in Quantities of 10 Only

035-81045-00 Operation Manuel

RTI Technologies,Inc

10 Innovation Drive

York, Pennsylvania 17402 USA

Web: www.rtitech.com

http://www.rtitech.com/



(fig. h)

VIII.



IX. Bouteilles de récupération

►Ne pas remplir le cylindre plus que 80% de son volume. Le poids de remplissage devrait être marqué sur le cylindre de récupération.

Type Européenne Type Américaine



X. Manifold for HC refrigerant

(fig .k)



(Fig.1) Mesure de l′impureté pour le R134a par l′identifier

(Fig.2) Mesure de l′impureté du R600a (Fig.3) Position verticale du datta

logger a l′intérieur de l′évaporateur



(Fig.4) Récupération du R22 de l′appareil de climatisation dans la bouteille de récupération

(Fig.5) Piquage par soudage OA sur le condenseur (HP)



Fig. (a)

Fig.(b)

(Fig.6) Piquage par soudage sur la haute et basse pression a et b



(Fig.7) Changement du déshydrateur de l′appareil de climatisation

(Fig.8) Compression de l′installation par l′azote pour détecter les fuites



(Fig.9) Technique de vidange par une pompe à vide

(Fig.10) Technique de remplissage du R22 dans l′installation



(Fig.11) Mesure de l′ampérage du compresseur pour les deux réfrigérants (R22 et

R290)

(Fig.12) Emplacement de l′appareil DATTA LOGGER sur la bouche de soufflage



(Fig.13) Relever les profils de température de soufflage pour le R22 et le R290

(Fig.14) Température de soufflage pour les réfrigérants



(Fig.15) Mesure de l′impureté’ pour le R290 pur

(Fig.16) Remplissage du propane dans l′installation



ANNEXE 2

(Fig.1) Courbe de saturation pour le mélange R290, R600 et R600a (70%/25%/5%)

(Fig.2) Courbe de saturation pour le mélange R290, R600 et R600a (50%/40%/10%)



(Fig.3) Courbe de saturation pour le mélange R290 et R600 (60%/40%)

(Fig.3) Courbe de saturation pour le mélange R290 et R600a (60%/40%)



(Fig.4) Courbe de saturation pour le mélange de 2 hydrocarbures avec le HFC-134a

(Fig.5) Courbe de saturation pour le mélange de 2 hydrocarbures avec le HFC-134a



(Fig.6) Courbes de saturation pour le R22 et le R290 pur



Fig. 7 Fiche des résultats de mesure d′impureté et d′exactitude pour tous les réfrigérants



ANNEXE 3

CNAM Etude expérimentale des mélanges HCs

Documents

Transcript of CNAM Etude expérimentale des mélanges HCs