Étude des installations 2006 Corrigé 1/6 Delcourt P.

PARTIE I : ÉTUDE FONCTIONNELLE Repère Désignation Rôles Graphe fonctionnel

3 Sonde PT100 Température

antigel

Informer de la température du liquide, le thermostat antigel qui stoppera l’installation en cas de prise en glace.

4 Sonde PT100 Température d’eau glycolée

Informer l’automate qui gère l’installation de la température de l’eau glycolée au retour.

5 Thermostat de refoulement

Appareil de sécurité. Arrêter l’installation en cas de température de refoulement trop élevée.

6 Pressostat BP Appareil de sécurité. Arrêter le

compresseur en cas de pression d’aspiration trop basse.

7 Pressostat HP Appareil de sécurité. Arrêter le

compresseur en cas de pression de refoulement trop élevée.

8 Pressostat

différentiel d’huile

Appareil de sécurité. Arrêter le compresseur en cas de pression d’huile trop faible après temporisation.

9 Contrôleur de

débit Appareil de sécurité. Arrêter l’installation lorsque le débit d’eau dans l’évaporateur est trop faible.

θrefoulement en °C

100

Paspi en bars relatifs

0,3

Prefoulement en bars relatifs

14

1

17

∆P huile

∆P mini ∆P maxi

% débit d’eau

20 40

120

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PARTIE 2 : ANALYSE TECHNIQUE 2.1.1. Inconvénients liés à l’utilisation de l’ammoniac : • Inflammabilité

Ne brûle qu’à partir d’une concentration de 16% dans l’atmosphère. • Toxicité

Fortement toxique, peut provoquer la mort. Limite l’utilisation à certains types de locaux et nécessite d’avoir des équipements de détection et de protection. • Réglementation

Particulièrement exigeante, fonction de la quantité. • Miscibilité

Les huiles courantes ne sont pas miscibles avec l’ammoniac et se stockent dans les points bas. • Corrosion

L’ammoniac dégrade le cuivre et les alliages cuivreux. • Température de refoulement

Du fait d’un coefficient polytropique de compression élevé, la température de refoulement au compresseur est très forte et peut provoquer la décomposition de la molécule de fluide frigorigène et la dégradation de l’huile de lubrification. 2.2. Système de condensation

Solution technique Avantages inconvénients Tour de refroidissement fermée + échangeur

Sécurité : pas de fluide frigorigène à l’extérieur de la salle des machines

Énergétique : du fait des rendements d’échanges thermiques supplémentaires, le rendement énergétique global est moins bon. Mise en œuvre : plus contraignante. Économique : plus chère à la réalisation et à l’explotation.

Condenseur évaporatif Énergétique : meilleur rendement énergétique global. Mise en œuvre : plus simple Économique : plus intéressant tant au niveau du coût de la réalisation qu’au niveau du coût d’exploitation

Sécurité : présence de fluide frigorigène à l’extérieur de la salle des machines

2.3. Système de récupération d’huile

2.3.1. Les huiles courantes ne sont pas miscibles avec l’ammoniac et se stockent dans les points bas. Dans notre cas, elle s’accumule dans le bas de l’évaporateur. 2.3.2. Mode de récupération d’huile Il est prévu de récupérer l’huile manuellement. Un robinet à contrepoids associé à une vanne d’isolement permet la récupération d’huile suivant la procédure suivante : ouverture de la vanne d’isolement ; ouverture du robinet à contrepoids (s’il se produit un incident, l’opérateur aura le réflexe de lâcher le contrepoids, ce qui provoquera la fermeture immédiate du robinet) ; récupération de l’huile dans un récipient ;

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fermeture de la vanne d’isolement ; appoint d’huile manuel sur les compresseurs suivant les niveaux respectifs.

Que pensez-vous de la méthode ? Avantages : simplicité, coût réduit. Inconvénients : nécessite une intervention humaine, risques liés à la toxicité. 2.3.3. Proposition d’une solution automatique

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PARTIE 3 : DIMENSIONNEMENTS ET SÉLECTIONS DU MATÉRIEL 3.1.1 Tracer du cycle frigorifique Remarque : titre de vapeur en sortie de l’évaporateur x = 1 / n avec n taux de recirculation de l’ammoniac.

Ici : x6 = 1 / 1,4 = 0,714 3.1.2 Compléter le tableau des valeurs

Points Désignation Pression en bars abs.

Température en °C

Volume spécifique en m3/kg

Enthalpie en kJ/kg

1 Aspiration compresseur 2,6 -8 0,48 1758,2

2 Refoulement compresseur 13,5 100 0,127 1972

3 Sortie condenseur 13,5 30 638,8

4 Entrée bouteille BP 2,6 -13 0,072 638,8

5 Entrée évaporateur 3 -13 0,002 441,1

6 Sortie évaporateur 2,6 -13 0,333 1367,5

7 Aspiration bouteille BP 2,6 -13 0,469 1745,9

3.2.1 Débit massique aspiré par les compresseurs

qm(ff) = Φ0 / (h1 – h4) = 575 / (1758,2 – 638,8) = 0,514 kg/s

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3.2.2 Volumes aspiré et balayé d’un compresseur

Vasp. = qm(ff) x v’’1 / 3 = 0.514 x 0,48 / 3 = 0,082 m3/s

ηv = 1 – 0,05(13,5 / 2,6) = 0,74 Vb = Vasp x 3600. / ηv = 0,083 x 3600 / 0,74 = 399 m3/h

3.2.3 Sélection d’un compresseur

Présélection en fonction du volume balayé : SMC 106 L avec Vb = 424 m3 /h à 1500 tr/mn Calcul du volume balayé à 1450 tr/mn : 424 x 1450 / 1500 = 409,9 m3 /h. Sélection : SMC 106 L 3.2.4 Puissance effective d’un compresseur Calcul du débit de fluide frigorigène pour un volume balayé de SMC 106 L soit 409,9 m3 /h :

qm(ff) = Vb x ηv / v’’1 x 3600 = 409,9 x 0,74 / 0,48 x 3600 = 0,175 kg/s

Peff = qm(ff)(h2is – h1) / ηv x ηm = 0,175 x (2007 – 1758,2) / 0,74 x 0,9 = 65,4 kW 3.2.5 Sélection du moteur électrique associé à un compresseur Calcul de la puissance nécessaire sur l’arbre du moteur électrique compte tenu du coefficient de sécurité :

Pam = 65,4 x 1,2 = 78,5 kW Sélection du moteur par la puissance nominale :

P250M 3.3.1 Déterminer la température des vapeurs HP au refoulement des compresseurs

(h2r – h1) = (h2is – h1) / ηis

h2r = h1 + (h2is – h1) / ηis = 1758,2 + (2007 – 1758,2) / 0,74 = 2094,4 kJ/kg

Sur le diagramme : θ2r = 148°C 3.3.2 Commenter cette valeur Valeur trop élevée (inconvénient de l’ammoniac). Risques : dégradation de l’huile et des matériaux du compresseur voir du fluide. Nécessité du refroidissement des culasses. 3.3.3 Déterminer la puissance totale de refroidissement

Φref = qm(ff)(h2r – h2) = 0,175 x 3 (2094,4 – 1972) = 64,3 kW 3.3.4 Déterminer le débit volumique de la pompe du circuit de refroidissement

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Φref = qmeg x ceg x ∆θeg

qmeg = Φref / ceg x ∆θeg Protection antigel à – 7°C donc, avec la marge de sécurité (voir doc. p15/27) de 5°C, point de congélation à – 12°C. % antigel : 25 % ⇒ ρeg = 1043 kg/m3 et ceg = 3,9 kJ/kg.K qmeg = 64,3 / 3,9 x 10 = 1,65 kg/s

qveg = qmeg x 3600 / ρeg = 1,65 x 3600 / 1043 = 5,7 m3/h 3.4.1 Déterminer la puissance thermique à évacuer

Φk = Φ0 + Σ Peff + Φref = 575 + (3 x 65,4) +64,3 = 835,5 kW 3.4.2 Sélectionner la tour de refroidissement Φk = qmeg x ceg x ∆θeg qmeg = Φk / ceg x ∆θeg

qme = 835,5 / 3,8 x (31 - 26) = 43,9 kg/s = 43,9 / 1,043 = 42,1 l/s ∆θ = (36 – 21 ) = 5 K et Approche = (26 – 21) = 5 K ⇒ facteur de sélection = 0,95

Sélection : VXT-N215 3.5.1 Déterminer la débit massique de fluide frigorigène à circuler dans l’évaporateur qmev = Φ0 x n / Lv- 13°C avec Lv-13°C = 1311,17 – 2/5(1311,17 – 1294,8) = 1304,6 kJ/kg

qmev = 575 x 1,4 / 1304,6 = 0,617 kg/s 3.5.2 Déterminer le diamètre théorique de la bouteille Vaspi.mini = vsép x About. About. = Vaspi.mini / vsép = π x d2 / 4 avec Vaspi.mini = 0,175 x 0,48 = 0,084 m3/s

d = (4 x Vaspi.mini / vsép x π)1/2 = (4 x 0,084 / 0,65 x π)1/2 = 0,406 m 3.5.2 Déterminer la hauteur minimum de mise en charge ρliquide.g.H = ρmélange.g.H + ∆préseau + ∆pévapo H = (∆préseau + ∆pévapo) / g.( ρliquide - ρmélange)

H = (2500 + 6000) / 9,81 (655,2 – 3) = 1,33 m