UNIVERSITE CHEIKH ANTA DIOP DAKAR
Transcript of UNIVERSITE CHEIKH ANTA DIOP DAKAR
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UNIVERSITE CHEIKH ANTA DIOP DAKAR
ECOLE SUPERIEURE POLYTECHNIQUE
CENTRE DE THIES
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DIi:PARTEMENT DE GENIE MECANIQUE
PROJET DE FIN D'ETUDE
EN VUE DE L'OBTENTION DU DIPLOME D'INGENIEUR DE
CONCEPTION
TITRE: CONCEPTION D'lINE UNITE MOBILE DE FABRIQUE DE
GLACES EN BARRES
AUTEUR: Abdou Bouna MBAYE
DIRECTEUR: Youssouf MANDIANG chef dn département
CO-DIRECTEUR: Soulcymane DEME vacataire à L'ESP
J1 )JLLET 2005
Projet de l-in d'ELude
SOMMAIRE:
Conception d'une unité mobilede [;lrriquc de glaces en barres
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Le but de ce travail était de concevoir une unité mobile de production de
glaces en barres.
Après avoir fixé lin objectif de production dépendant du prix unitaire de la
harre ct défini un système de production de froid, nous avons abouti à
J'évaluation de la charge thermique qui nous a permis de dimensionner notre
installation ct de choisir les spécifications de ses différents composants.
Il ressort de cette étude que notre unité de production avec une autonomie
énergétique aura une capacité de production de 2.5 tonnes par cycle.
Par ailleurs. J'utilisation d'une installation avec saumure à l'avantage
d'être simple et permet davoir lin volant de froid à j'arrêt des machines.
Néanmoins, une étude économique préalable est nécessaire en vue de la
réalisation de l'unité de production.
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Abdou Bouna MBi\ YI-: Ecole Supéneurc PofyrcchniqucDépartement Genie Mécanique
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Projet de Fin d'Etude
REMERCIEMENT:
Conception d'une unite mobilede fabrique de glaces en barres
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Jadresse mes smccrcs remerciements à tous ceux qUI Gill contribué a la
réalisation de ce projet, en particuliers Messieurs:
-Youssouf MANDIANG chef du departement Génie Mécanique
- Souleymane DEME ingénieur, prof d'hydraulique à l'ESP
Pour leur encadrement.
.Jc n'oublie pas Monsieur Banda NDOYE professeur de froid ct climatisation à
i'ESP pour ces conseils.
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Abdou Bourra MBAYE Tt Ecole Supérieure PolytechniqueDepartement Génie Mécanique
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LISTE DES TABLEAllX ET DES FIGURES:
TABLEAUX:
N"
1. classification des condenseurs .
l classification des évaporateurs .
3. Conductivité des matériaux utilisés en isolation
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. 10
.12
43
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4. Entrées de chaleur journalière en fonction de l'épaisseur
d'isolation . .44
5. exposant polytropique (n) du R22. . 52
6. propriétés du tluide R22 saturé .41'
7. puissance admissible du condenseur 70
R. Facteurs de correction de puissance pour conduites fluide liquide R22 70
q puissance pour conduite liquideR22. . ... 71
W,dimensions des tubes en cuivre.... . T2
11.Longueurs équivalentes pour robinets et accessoires. . ..72
1~. facteurs de correction de puissance pour conduites d'aspiration R22 73
1:\ puissances pour conduite de gaz d'aspiration R22 74
i 4. facteurs de correction des vitesses d' aspiration du tluide gazeux R22 73
15 Facteurs de correction de puissance pour conduites de refoulement R22 ..75
lô.Puissanccs pour conduites de gaz cliaud de refoulement Rn 76
l 'l .Facteurs de correct ion des vitesses de refoulement du fluide gazeux R22 ..
VI.! pertes de charge des tuyauteries de Rn... ...62
VI.2 vitesse d'écoulement admissible du fluide frigorigène ... 63
III
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• FIGURES:
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N°
3.1 : compresseurs ..
3.2: condenseurs ...
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21
..23
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3.3 : évaporateurs... . . 24
3.4 : détendeurs 25
3.5.1 : séparateur d'huile . . .. " 26
.\.5.1.1 : séparateur d'huile démontable 26
3.5.2: silencieux de refoulement 26
.\.5.3: réservoirs de liquide ". ..27
.\.5.4: filtres à impuretés............... . 27
.1.5.5: échangeur de chaleur... . 27
i 5.6 : bouteille auticoups de liquide ....28
.\ 5.7 : pompe à fluide frigorigéne 28
:l 5.8 : amortisseur d vibrations 28
\5.9: clapet de retenu .. 29
3.5.10: clapets tarés.... .. 29
1 . Dimension d'un moule 34
2 : agencement des moules.......................................... .. 35
3 : Yu de coté............ .. 36
4: système de transport . .. . 37
5: vue en coupe du systéme de transport 38
6 : schéma de l'installation......... .. .48
'l : diagramme ( il, I06'P ) du Rn...... . 48"
. 73
.. 75
DIAGRAMMES:
02 : vitesse d'aspiration du fluide gazeux Rn .
03 : vitesse de refoulement du fluide gazeux Rn .•
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• IV
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0 0 :
0con·
0dct·
m3(;}hp:
0bpmir:
nlo:
PcI :
l'ch:
PDC:
SYMBOLES ET AUREVLHIONS :
puissance de l'évaporateur
puissance du condenseur
puissance du détendeur
équivalent de puissance du refroidi entre 2 et 3
puissance du compresseur haute pression
puissance du compresseur hasse pressiondébit massique de fluide frigorigène à l'évaporateur
débit massique de fluide frigorigènetentrée transmetteur )
dédit massique de la saumure
masse de sel
taux de compression
facteur de correction dépendant de la température entrée détendeur
facteur de correction dépendant de la pression entrée détendeur
enthalpie massique au point i du diagramme (h, logp)
puissance électrique du circulateur
puissance électrique du chariol
Perte De Charge
•Cie: Coefficient de correction
Mt" : masse du fluide frigorigène il l'aspiration
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Mtr :
Mf]'
v·" .
(Je:
Qp
QI
Cs:
masse du fluide frigorigène au refoulement
masse du fluide frigorigène liquide
conductivité thermique (W lm K)
quantité de chaleur à évacuer pour la congélation de l'eau
quantité de chaleur duc aux apports externes
quantité de chaleur totale
capacité thenniquc massique de la saumure (kJ/kg/K)
v
Projet de fin d'étude ('III1CCPliOIl d'une unité mobiledl' fahlîqul' de ~l,\ccs en h;HTCS
TABLE DES MATIERES:
Sommaire .
Remerciements.
Liste des tableaux .
Liste des figures .....
. 1
. .. II
...Il!
. ...IV
1NTRODUCTION I
1) Géneralités 3
1.2.2) Tunnel de congélation...... A
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1.]) la glace .
I.2) Moyens de production de la glace .
l.2.1) Congélaiiou par contact avec une surface rcfroidissantc.
1.2.3) Congélation par immersion dans un bain de saumure.
1.3) principaux éléments d' une chaîne de froid et leur rôle .
I.3.1) le compresseur. .
1.3.2) le condenseur.
1.3.3) 1."evaporateur
1.3.4) I"e détendeur.
,..... _'
.4
...4
. .4
.. 6
. 6
. 9
\ 1
15
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1.3.5) les appareils annexes .
Il) Définition des objectifs ..
ll.L) Zones ciblées .
Il.2) Capacité de production .
11.3) Choix du procédé de fabrique de glace .
Ill) dimensionnerncnt du système de production .
III.1) Description du bac à saumure .
111.2) Le bilan thermique .
16
JO
30
30
3 ]
.32
--
Abdou Bouna IY1BAYI'. Ecole Supérieure Polytechniquel)l'parlement (h-nic Mécanique
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Projet Je lin J'étude
1Il.2.l) Evaluation cil' LI charge interne Oc.
Conception duru- unite mobilede fabrique de glaces en barres
AO
• III.2.2) Evaluation de la charge externe Qp 42
IlL3) Le fluide Irigongéne . . 46
• IliA) Le schéma de linstullation . 48
•111.5) L'évaporaleur... 50
111.6) Le compresseur...................................................... 51
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JlJ.7) Le condenseur .
111.8) Le détendeur. ..
III.9) Moteur d'cntraincmcnt. ..
IV) Bilan des forces motrices .
55
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.57
58
V) Détermination de la charge de réfrigérant. "............... GO
• VI) Tuyauterie .. 62
VII) Evaluation de cout de l'installalion.................................... 77
• CONCLUSION ET RECOMMANDATIONS . 79
•BJI3UOGRAPHIE.............................................................. 80
ANNEXE 1: spécificutions de l'évaporoteur............... 81
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ANNEXE 2 : spcci fientions du compresseur. .
ANNEXE 3 : spécifications du condenseur "." .
ANNEXE 4: specifications UU détendeur. .
82
X3
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I~l"()k Superieure PolytechniqueDépartement Genie Mécanique
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Projet de fin d'étude
INTRODUCTION
Conception d'une unité mobilecie fabrique cie glaces en barres
1c SI,Nl::CiAL dispose de côtes riches en poisson. Par ailleurs, les
• produits saisonniers tels que fruits, légumes, ... dont l'abondance alternant vite
avec la disette, sont très développés dans certaines localités du pays. Malgré
• cette richesse en denrées alimentaire, la consommation de ces dernières,
•demeure un luxe dans certains endroits. En effet, ces denrées alimentaires sont
de nature périssable et nécessitent donc d'être conservé. Néanmoins, on note
• d'une part, que l'électricité n'est pas partout présente dans le pays et d'autre part
•1
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un manque de moyen pour disposer de chambre froide. Ainsi, la conservation de
ces denrées périssables en vue de leur consommation ou de leur écoulement
pose un véritable problème.
Pour remédier à cette situation, il faut un système de conservation
ll:cessiblc à tout le monde et qui serait indépendant du réseau de distribution de
['énergie électrique. Le froid reste l'une des techniques éprouvées parmi les
moyens de conservation pour réduire ces disfonctionnements. Cependant, avec
la question des moyens disponibles qui se pose, la glace peut d'une part stopper
uu sein des aliments un certain nombre de processus bactériologiques ou
enzymatiques fâcheux et d'autre part, elle peut être utilisée pour la préparation
de boissons désaltérantes dans un pays au climat tropical ct demeure ainsi d'un
recours certain.
Ce rapport porte sm la conception d'une unité de production mobile de
glaces en barres; laquelle unité sera indépendante du réseau de distribution de
lenergic électrique.
Abdou Bouna Mbayc Ecole Supérieure PolytechniqueDépartement Génie Mécanique
Projet dr Jin d'élude Conception d'une unité mobilede fabrique de glaces en barres
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Ainsi, après une présentation générale des pnncipaux éléments d'une
chaîne de froid et les différents éléments s'y attelant ainsi que les moyens de
production de froid, nous allons choisir un procédé de production du froid, nous
fixer un objectif de production et dimensionner notre installation en
conséquence.
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Abdou Bouna Mbayc -r Ecole Supérieure PolytechniqueDépartement Génie Mécanique
Projet cie Fin d'Etude
GI':NERALITES:
LI) La glace:
Conception d'une unité mobileJe fabrique glace en barres en barres
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.J
.J
JJ
Dans un pays au climat tropical, où les aliments, sont par nature, de production
saisonnière et j'abondance alternant vite avec la disette, la glace peut être un
produit nécessaire et très apprécié. En effet. elle est utilisée pour la préparation
de boissons désaltérantes mais aussi et surtout pour la conservation et le
transport de denrées périssables, réalisant ainsi, d'abord une sorte d'assurance
anti famine, puis une garantie de variété alimentaire au long des diverses saisons
Ainsi, elle est utilisée dans diverses applications:
* L'industrie de la pêche
* L' agro-alimcntaire
*' Les industries chimiques
* Hôtels, restaurants, hôpitaux ...
Fllr) existe en différente forme:
:+: Glaçon
* Grain
* Ecailles
* Mouleaux
J1•
AbJ(1u 130llJlulvlBAYE ) Ecole Superieure PolytechniqueDépartement Genie Mecanique
Projet de Fin d'Etude Conception d'une unité mobilede fabrique glace en barres en barres
1.2) Moyens de production de la glace:
On peut retenir trois techniques de congélation à savoir:
'y La congélation par contact avec unc surface refroidissantc
~ Tunnel de congélation
y La congélation par immersion dans un bain de saumure
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1.2.1) congélation par contact avec une surface refroidissaute :
Dans ce procédé, les moulcaux sont en contact avec des surfaces qui
sont soient des plaques horizontales ou verticales.
•1.2.2) Tunnel de congélation:
• ce procédé consiste à soumettre aux ruouleaux à un courant d'air de
température inférieure à (DOC) et à une vitesse d'environ 3 à 5 mIs
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•1.2.3) Congélation
. .par immersron dans un bain de
saumure:
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Dans le système classique de fabrication de la glace) la congélation de l'eau se
fait en plaque mais surtout en mouleaux. récipients de tôle, en forme de
pyramide tronquée, à section carrée ou rectangulaire dont on extrait des blocs de
glaces de poids défini, généralement (12.5; 25 ; 40 ou 50 kg ).
Le bac à glace, généralement en tôle est constitué par une cuve à base
rectangulaire, de faible hauteur, comportant deux cumpartiments juxtaposés,
rempli de saumure jusqu'à un certain niveau.
Dans l'un des compartiments, l'évaporateur est complètement immergé dans la
• saumure (dors que dans l'autre compartiment, le plus important en volume. les
rnouleaux ne son que partiellement immergés.•
•Abdou Bouna MBAYE 4 Ecole Supérieure Polytechnique
Département Génie Mécanique
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Conception d'une unité mobilede fabrique glace en barres en barres
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La saumure, mise en mouvement par un circulatcur de fluide (hélice ou pompe)
vient au contact de l'eau, s'y refroidit, puis, circulant autour des mouleaux
absorbe la chaleur que lui cède l'eau qui doit être congelée. Cette même
saumure, réchauffée dans le compartiment des mouleaux, passe à nouveau dans
celui de l'évaporateur et Je circuit se répète pendant le temps de marche de
l'installation.
Les rnouleaux sont suspendus dans le compartiment du bac qui leur est affecté,
en rangées parallèles, perpendiculaires à l'axe du bac; chaque rangée est
supportée par un châssis qui rend les rnouleaux solidaires les uns des autres, de
façon à extraire du bac, en même temps, tous les mouleaux d'une même rangée.
,\ vec cette disposition, les mouleaux d'une rangée sont immergés dans la
:;aumure d'une même profondeur, ce qui donne une grande uniformité en temps
:11- formation, à condition toutefois que la répartition du tlux de saumure soit
,,+~ulière sur toute la section du bac.
Cependant, dans d'autre cas, le bac peut être conçu en un seul compartiment où
sont immergés ensemble dans la saumure, les mouleaux et l'évaporateur.
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Abdou Dl)Una MI3AYE 5 Ecole Supérieure PolytechniqueDépartement Génie Mécanique
Projet Je fin J'FlllJI' Conception d'une unité mobilede fabrique glace Cil barres en barres
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1.3) Principaux éléments d'une chaîne de froid et leur rôle:
1.3.1) Le compresseur: (fig. 3.1)
Le compresseur a pour rôle d'aspirer les vapeurs produites par les vapeurs de
fluide frigorigène dans j'évaporateur à une pression faible correspondant aux
conditionnements, et de refouler ~ haute pression ces vapeurs comprimées dans
Je condenseur afin de permettre leur condensation par refroidissement.
Il existe une variété de compresseurs qu'on peut classer selon:
);> Le principe de fonctionnement
., l .a construction
',,; T.a destination
a) Selon le principe de fonctionnement:
Selon ce principe on distingue deux principaux groupes:
• Les compresseurs volumétriques
• Les compresseurs centrifuges
3,1) compresseurs volumétriques:
Le fluide frigorigène emprisonné entre la parti fixe (corps du
compresseur) et l'organe mobile est forcé de sortir sous l'effet
de la pression exercée par ce dernier sur le fluide.
Parmi les compresseurs volumétriques on distingue:
-'--'LS compresseurs rotatifs:
• A palettes mobiles entraînées par le rotor
• ,\ rotor à excentrique
• A vis, etc,
-•
Abdou Bouna MUA YE 6 Ecole Supérieure PolytechniqueDépartement Génie Mécanique
Projet de hn d' Etude
> Les compresseurs ahernati Cs :
Conception d'une unité mobilede fabrique glace en barres Cl; barres
• A piston jusqu'à 500 kW comprenant beaucoup de types selon le
mécanisme utilisé;
~ A bielle et manivelle
~ A bielle et excentrique
./ A coulisseau et crosse
En version
horizontale à double effet
verticale à simple effet
mono ou bi étage
• à membrane
On peut augmenter la puissance de compression en montant en parallèles
plusieurs compresseurs de petite puissance identique.•
a,2) compresseurs centrifuges:
• Les compresseurs centrifuges utilisent le principe de la force centrifuge.
En effet, le fluide amené en rotation par la roue du compresseur a tendance à•
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s'éloigner du centre de ce dernier et à en sortir s'il existe un orifice. L'énergie
cinétique acquise par le fluide va chuter au passage dans un diffuseur où l'on
obtiendra, en contrepartie de cette de vitesse, une augmentation de pression.
b) Scion la construction:
On distingue les compresseurs:
b.l) ouverts:
moteur extérieur au compresseur
pas de fonction hydraulique entre les deux éléments.
--
Abdou Boum. MOi\YE 7 Ecole Supérieure PolytechniqueDepartement Genk Mecanique
Projet de Fin d'Etude
b.2) hermétiques jusqu tà 15 k\V:
Conception d'une unité mobilede fabrique glace en barres en barres
•
moteur ct compresseur sont montés dans le même
corps incorporé dans une enveloppe monobloc soudée
ou brasée
pas de partie mecaruque mobile 8 l'extérieur de
l'enveloppe.
Les enroulements du moteur sont refroidis par le fluide
frigorigène lui-même.
b.3) hermétiques accessibles:
cette construction a l'avantage de garder les avantages des compresseurs ouvert
et hermétiques sans en retrouver les inconvénients
c) Selon la destination:
Selon cette classification on peut noter les compresseurs:
• Ménagers 50àl25W
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1\OC01.l Bouna MI31\YF
commerciaux 150 W à 6 kW
industriels au-delà de 6 kW
Ecole Supérieure PolytechniqueDépartement Génie Mécanique
Conception d'une unite mobilede fabrique glace en barres en barres
.:.
•.:.
•.:.
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..
..
..•
..
1.3.2) Le condenseur :( fig. 3.2)
Le condenseur est un échangeur thermique où les vapeurs comprimées, à
température élevée cn provenance du compresseur sont admises pour être
désurchauffccs jusqu'à une température correspondant il fa tension de vapeur
saturante puis, condensées à température constante,
La chaleur de désurchauffe et la chaleur latente de condensation sont enlevées
par le médium de refroidissement (air ou eau). Si la température du milieu de
condensation est suffisamment basse, nous aboutissons il un sous
refroidissement du fluide caJoporteur.
On peut ainsi, attribuer au condenseur, trois fonctions internes que sont:
Dcsurchauffer les vapeurs comprimées de la température
d'entrer à la température de condensation du tluide.
Condenser ces vapeurs à température constante (température de
condensation)
Eventuellement sous refroidir Je liquide condensé
1."'Iosorption du flux thermique dû à la désurchauffe, à la condensation et au
-"ULIS refroidissement est réalisée par le médium de condensation:
.:. Par élévation de sa température ( absorption de chaleur sensible)
.:. Par changement partiel d'état physique ( chaleur latente de vaporisation)
Nous pouvons ainsi, classifier les condenseurs ces ceux types d'absorption de la
cnalcur par le tableau synoptique suivant:
..
..
Abdou Bouna MBAYE 9 Ecole Supérieure PolytechniqueDépartement Génie Mécanique
l'rojct de Fm d'Etude Conception d'une unité mobilede fabrique glace en barres en barres
Tableau 1 : classificarion des condenseurs.- -- -_.- --- ---- -._. -- -r--- --à circulation d'air
à air 1 naturelle
1à circulation d'air forcée_. 1 immersion
nseurs a chaleurà double tube et contre-
le1courant
à eaua calandre
(mul titubulaires
horizontaux)
nseurs a chaleur atmosphérique à ruissellement
à évaporation forcée Condenseurs évaporatifs
1,!conde
1latentet__
i!Conde
1 sensib
1
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Rappelons que Je sous refroidissement joue un rôle important par I'élimination
des gaz susceptibles d'être admis au détendeur, ce qui, baisserai la puissance de
j'installation. Il contribue à l'amélioration des performances du système grace à
laccroissemcnt de l'effet frigorifique du fluide sous refroidi.
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JJ
Abouti Bourra MBAYE 10 Ecole Supérieure PolytechniqueDépartement Génie Mecanique
Projet de Fin d'Etude
1.3.3) L'évaporatcur n fig. 3.3)
Conception d'une unité mobilede fabrique glace en barres en barres
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L'évaporateur est un échangeur thermique dont le rôle consiste il assurer le
passage du flux calorifique en provenance du médium à refroidir au fluide
frigorigène, celui-ci absorbe le t1ux thermique par libération de S8 chaleur
latente de vaporisation.Cette absorption de chaleur dépend:
.:. Du coefficient global de transmission thermique de l'évaporateur:
Ce coefficient indique [a puissance en watt que peut absorber un évaporateur
au mètre carré de surface, et par degré d'écart entre le fluide en ébullition et
la température du milieu à refroidir. Il varie selon le type d'évaporateur et
sera lIne des grandeurs caractéristiques qui nous permettrons de calculer la
surface à donner à un évaporateur déterminé pour évacuer la puissance
frigorifique désirée
.:. De la surface d'évaporation
.:. De la différence de température de l'évaporateur et celle du milieu à
refroidir
1.3.3.1) Classification
selon Je but qui leur est assigné on distingue:
les évaporateurs refroidisseurs de liquide
les évaporateurs refroidisseurs de gaz
les évaporateurs fabriquent de glace
Ils peuvent aussi être classés en deux principales catégories:
-les évaporateurs noyés
lis sont conçus pour conserver un niveau de fluide frigorigène constant.
celui ci est maintenu par régulateur il flotteur ou par tout autre dispositif
approprié.
les évaporateurs à régime interne sec ou à détente
directe
-•
Abdou Bouna MBAYE 11 Ecole Supérieure PolytechniqueDépartement Génie Mécanique
Projet de Fin d'Etude Conception d'une unité mobilede fabrique glace en barres en barres
ris sont conçus pour ne contenir gue la quantité de fluide liquide nécessaire
à la charge du système, L'alimentation en fluide liquide est faite dans ce cas, par
un détendeur de sone que le fluide qui entre soit vaporisé.
Tableau 2 : classification des évaporateurs---E A serpentinA immersion
A grilles1-- --- -
Coaxiaux
A ruissellementruidisseurs de
Multitubulaires à Horizontauxliquides
calandre
verticaux
A enveloppespéciaux f--~
A tambours
A circulation naturelleidisseurs de gaz f-~ --~-
A circulation forcée
Fabrique de glace----
1Accumulation externeulateurs de froid 1 ~
Accumulation interne1
l '\('(~um
• 1l_
r--1
•
•Refro
•
Rer
•
---
-
-Abdoll Bouna MSAYE 12 Ecole Supérieure Polytechnique
Departement Génie- Mécanique
Projet de Fin d'Etude
1.3.3.2) Givrage:
Conception d'une unité mobilede fabrique glace en han-cs en barres
•
La performance des évaporateurs est affectée par la formation du givre.
En effet, le mélange gazeux que constitue l' air atmosphérique contient de }n
vapeur d'cau en suspension. Cette vapeur d'eau tend à venir se déposer sur les
surfaces réfrigérantes Jont la température est inférieure à celle de la chambre et
dans la majorité des cas inférieure à (0°). Ce dépôt ne fait que fluctuer à cause
du fait que, d'une part, les parois et les portes des chambres froides ne sont pas
parfaitement étanches à la vapeur d'eau et d'autre part, les ouvertures de celles
ci pour les besoins de service occasionnent J'entée J'air chaud et humide en plus
de j'apport en humidité des denrées entreposées.
Ce givre, formé de cristaux de glaces enchevêtrés, empnsonne de l'air et
constitue ainsi un bon isolant
Cet effet isolant à pour conséquence:
- d'abaisser la température du fluide frigorigène en ébullition diminuant ainsi
• la production frigorifique de la machine et augmente en conséquence le temps
•
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de marche de J'installation.
- d'élever la valeur du degré hygrométrique moyen de la chambre. J'écart de
température de température entre la chambre froide et la couche extérieure de
givre diminuant au fur et à mesure de l'augmentation de l'épaisseur du givre
modifiant ainsi défavorablement les conditions de conservation des denrées
entreposées.
Néanmoins, des procédés ont été élaborés pour remédier il cc phénomène et qui
peuvent être classés en deux grands groupes:
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Abdou Bouna MRAYE Ecole Supérieure PolytechniqueDépartement Génie Mecanique
Projet Je fin d'Elude Conception d-une unité mobilede fabrique glace en barres en barres
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-..
....
.:. Procédés externes: dans cc procédé, la fusion du givre est obtenue à
partir de la couche périphérique, hl fusion devant être totale. ün peut citer:
Dégivrage manuel (grattage, brossage)
Dégivrage par arrêt de la machine et réchauffage
naturel des évaporateurs.
Dégivrage par arrêt de la machine et circulation d'air
forcée sur l'évaporateur.
Dégivrage par aspersion et pulvérisation d'eau.
Dégivrage par chauffage électrique de l'air circulant
sur l'évaporateur, à l'arrêt de la machine
.:. Procédés internes: ce procédé est plus rapide; la fusion du givre est
obtenue à partir de la couche en contact avec les tubes de l'évaporateur
et qui ne nécessite pas une fusion totale. En effet, le givre se rompt
faute de support sur les tubes.
Dégivrage par chauffage électrique de l'évaporateur
Dégivrage par gaz chaud
Dégivrage par inversion de cycle.
.. Abdou I3OUOJ MBA '{E 14 Ecole Supérieure PolytechniqueDépartement Génie Mécanique
Projet de Fin d'Elude
1.3.4) Le détendeur: (fig. 3.4)
Conception d'une unité mobilede fabrique glace en barres en barres
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•
Le détendeur a pour rôle d'injecter dans l'évaporateur la quantité de fluide
frigorigène juste nécessaire pour absorber J'apport thermique en provenance du
milic\I à refroidir.
Il constitue la séparation entre la partie haute pression et la partie basse pression
du circuit frigorifique.
Ainsi, le fluide frigorigène en provenance du condenseur entre dans le détendeur
oÙ l'état liquide et sous la pression de condensation (aux pertes de charge près).Il
subira une chute de pression lors de son passage à travers l'orifice calibré du
détendeur, se vaporisera partiellement en se refroidissant et sera admis sous
forme de mélange liquide - vapeur Jans l'évaporateur.
On peut dire que, en plus de calibrer la quantité de fluide juste nécessaire, le
ionctionncmenr du détendeur est tel que le fluide commence à s'évaporer à
lentrée de l'évaporateur, laquelle évaporation est complète avant de quitter
l'évaporateur.
Un tel régulateur est un impératif pour le bon fonctionnement d'un système
frigorifique car, notons que, trop de fluide admis à l'évaporateur se retrouve
dans la conduite d'aspiration du compresseur pouvant ainsi causer des avaries
graves. En revanche, peu de fluide admis s'évapore très vite et extrait une
quantité (aible de chaleur
•
•
Abdou Sauna MBA YE 15 Ecole Supérieure PolytechniqueDepartement Génie Mécanique
Pmi\.'\ Q\.' Fin d'Etude
1.3.5) Appareils annexes:
Conception d'une unité mobilede fabrique gluee en barres en barres
•
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Les quatre principaux appareils décrits précédemment nc suffisent pas seuls,
raccordes entre eux, pour assurer un bon fonctionnement d'un système
frigorifique déterminé.
En effel, un système frigorifique est soumis à des ennemis tels que:
- l'humidité qui constitue une cause de corrosion, de formation d'oxydes
favorables à des réactions chimiques attaquant J'installation, d'hydrates qui se
congèle dans les parties à basse température et dans les vannes de détente .. ,
- les acides qui peuvent se former en présence d'huiles dans les composés
fluorés.
- les poussières
- les boues etc.
En outre, le besoin de stabilité du système, la nécessité d'isoler certaines parties
de linstallation pour des fins de maintenance, de modifier momentanément le
débit du fluide, dans un soucis de rendre J'installation apte à assurer le service
désiré, il est ainsi indispensable de mettre en place des appareils annexes entre
ces quatre principaux appareils. Les appareils annexes sont constitués des
• appareils dautomatiquc, de la robinetterie et une troisième catégorie qu'on peut
•
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•
répartir entre la partie haute pression et la partie: hasse pression de la façon
suivante:
.:. Circuit haute pression:
o Séparateur d'huile; (fig. 3.5.1)
le séparateur d'huile est installé dés la sortie des vapeurs comprimées.
En effet, l'huile servant <Î lubrifier les organes du compresseur est entraînée vers
les autres parties de \'installation et s'accumule de préférence aux points les plus
froids du circuit (condenseur et surtout évaporateur) et diminue ainsi leur
efficacité,
•
•
Abdou Bourra MUAYE 16 Ecole Supérieure PolytechniqueDépartement Génie Mécanique
Projet de fin d'Elude Conception d'une unité mobileJe fabrique glace en barres en barres
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Nou-, avons ainsi intérêt à adjoindre un séparateur (l'huile pour:
- maintenir un niveau cl'hu de convenable dans le compresseur
- éviter une occupation d'une partie du volume dl: l'évaporateur réservée au
fluide frigorigène et par conséquent, une parue de la surface utile de
J'évaporateur sera inopérante.
o Silencieux de refoulement: ( fig. 3.5.2)
La conduite de refoulement d'un compresseur peut être le siège de pulsations
dues 811 mouvement alternati f des pistons, lesquelles pulsations sont génératrices
de bruit. Ainsi, le montage d'un silencieux de refoulement est nécessaire pour
réduire les bruits provoqués par les pulsations du gaz dans la conduite de
refoulement.
c Réservoir de liquide: ( fig. 3.5.3)
Il est monté entre le condenseur et l'évaporateur et est destiné à alimenter
l'évaporateur. En effet, ce dernier est alimenté par le détendeur dont les
conditions de marche sont assujetties à des facteurs imprévisibles (variation de
la charge thermique dans l'évaporateur) entraînant ainsi une variation du débit
du liquide dans l'évaporateur. Ainsi, Une telle réserve de liquide est nécessaire
entre Je condenseur et l'évaporateur.
• o Désaérateur :
----
La présence d'air, des éléments gazeux libérés par les huiles ou par les fluides
frigorigènes dans les installations augmentent inutilement la pression de
refoulement, affaiblit les échanges thermiques: d'où la nécessité de les évacuer.
o Déshydrateur:
La présence d'humidité dans les installations peut causer comme avarie:
- le blocage il court terme de l'appareil de détente
- une hydrolyse du fluide frigorigène
- la libération d'acides fluorés par le fluide frigorigène, en presence d'cau.
Etc.
--
Abdou Bouna MUA YC 17 Ecole Supérieure PolytechniqueDépartement Génie Mecanique
Projcl de fin d'Etude
o Les liltres : (fig. 3.5.4)
Conception d'une unité mobilede Iabrique glace en barres en narres
•
Les filtres protègent les installations des corps étrangers en provenance de
l'usinage, des travaux de montage ct des depots d'impuretés en cours de
fonctionnement. Parmi ceux ci on peut citer: les filtres d'impuretés, les filtres
d'aspiration, les filtres à huile ...
o Echangeur de chaleur: (fig. 3.5.5)
L'échangeur de chaleur pennet d'améliorer le rendement d'une installation
frigorifique, en SOllS refroidissant le liquide admis au détendeur. Il permet
l'échange de chaleur entre la conduite liquide (fluide chaude) et la conduite
d'aspiration (fluide froid). En effet, le sous refroidissement élimine les gaz
susceptibles d'être admis al! détendeur et contribue en conséquence à
J'accroissement de l'effet frigorifique du fluide. Cependant, la surchauffe des
vapeurs aspirées par le compresseur est néfaste.
•o Dispositif antipulsatoire :
•
•
Il permet d'absorber les surpressions engendrées par les coups de bélier. Ceux ci
sont généralement crées par des variations instantanées de la vitesse du fluide
(fermeture d'une électrovanne, d'un détendeur électrique à pulsations... ) et ont
pour conséquences des risques de fissuration au niveau des appareillages.
•:. Circuit basse pression:
o Filtres:
De la façon qu'ils sont utilisés dans le circuit haute pression, les filtres sont aussi
utilisés dans le circuit basse pression.
Abdou Bouna MB/\YE IS Ecole Superieure Polytechniquefkrarlcm~lll Génie Mécanique
Projet de Fin d'Etude
o Séparateur lie liquide:
Conception d'une unité mobiledl: fnbriquc glace en barres en barres
Les séparateurs de liquide ou bouteille de surchauffe sont utilisés pour des
évaporateurs alimentés en régime noyé.
En effet, on constate à la sortie de ces évaporateurs la présence d'un mélange de
liquide ct de vapeur. La présence de liquide dans le mélange pouvant causer des
avaries au compresseur, on dispose ainsi sur la tuyauterie d'aspiration une
capacité où, par pertes de vitesse et par changement de direction, le liquide
entraîné sera séparé du mélange de telle sorte que seules les vapeurs seront
aspirées par le compresseur.
o Bouteille d'aspiration; (fig. 3.5.6)
La bouteille d'aspiration, appelée aussi bouteille anti-coups de liquide protège
les installations commerciales dont les évaporateurs sont alimentés par injection
• directe, contre l'aspiration accidentelle de fluide frigorigène liquide au
compresseur.
•o Pompes à liquide frigorigène; (fig. 3.5.7)
•
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•
----
Elles servent à refouler le fluide détendu à la température de vaporisation vers
l'évaporateur et sont souvent utilisées dans les installations importantes, les
entrepôts, surtout si les évaporateurs sont éloignés de la salle des machines.
.:. Circuit haute ou basse pression :
o Eliminateurs de vibrations: (fig. 3.5.8)
U:; pennettent de réduire la transmission des vibrations aux conduites du circuit,
d'amortir les bruits et d'absorber les tensions internes ducs aux dilatations ct
contractions des conduites. Ainsi, les risques de rupture de tuyauterie due aux
efforts importants surtout lors des démarrages et des arrêts des compresseurs
sont éliminés, la fatigue mécanique des pièces de raccordement J imitée.
--
Abdou BOUIm MI3A YE 19 Ecole Superieure PolytechniqueDépartement Génie Mécanique
Projet de Fin d'Etude Conception d'une unité mobi -e; \'l't UDUI~~./
de fabrique gluee en bnrrcs en ba e;J:"
o Clapet de retenue (antiretour): (fig. 3.5.9)
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Les clapets de retenue sont utilises dans les installations à plusieurs postes de
froid à températures différentes. En effet, ils permettent d'empêcher, à l'arrêt du
compresseur, le passage des gaz venant des évaporateurs les plus chauds vers les
évaporateurs les plus froids dans lesquels ils se condenseraient, risquant à la
mise en route de provoquer des coups de liquide.
Ils sont installés également dans les installations à dégivrage par gaz chauds.
o Clapet taré: (fig. 3.5.10)
Cc sont des clapets qui permettent la circulation du fluide dans un seul sens avec
une différence de pression voulue. Ainsi, ils créent une différence de pression
r.ntre les éléments raccordés en amont et en aval du clapet.
•Abdou Bcuna MBAYE 20 Ecole Supérieure Polytechnique
Département Génie Mecanique
... ~ .. - Vue d'ensem ble d'un _compresseur semi-hermétigue
10
/' "
- Compresseur de type ouvert. - Compresseur à vis ouvert.
, - Motocompresseur hermétique .
_ Motocompresseu r hermétique accessible-
Fluidefrigorigèn e
- Condenseurs coaxiaux.
Eau
Figure 7.28- Tubes concentriques .
- - Condenseur à eau vertical.
n uidc (-------) ,
ffl 'orlgène --_._~,
- Schéma d'un condenseur à immersion
vertical.
. - Condenseur multitubulaire horizontal.
..' " - Condenseur aserpe ntin hor izc)IlÎCl I.
- Évaporateurs coaxiaux .
. V Figure 8.7 - Évaporateur en épingle.
- Évaporateur en spirale .
r.......~....~ .i. ....
- Évaporateur de type grille.
_.~~ Entrée.... t _~
.~ : ~------------..",
..'W, -.
- Évaporateur redangulaire.
Passage équerre
(fl)
Passage droit
(b)
(e)
Figure ~.\-\ - Différents types de détendeur thermostatique ; (a) à orifice fixe et àsurchauffe réglable; (b) à orifice fixe, à surchauffe fixe et à égalisation externe de pression; (c) à orifice interchangeable.
1 : bulbe avec capillaire . 2: élément thermostatique avec membrane. 3 : tige pour régler lasurchauffe statique. 4 : orifice fixe. 5 : filtre .
7
:===:L0~;
5 / .----:-::.. ';;5 '0
Figure 3. 'i:i)Séparateur d'huile pour installations commerciales.
1: flott eur. 2 : réservoir d'huile . 3 : pointea u de flotteur. 4 : orifice. 5: raccord de retour d'huile. 5 : raccord d'entree pourvapeurs de réfrigé ran t. 7 : raccords de sortie pour vapeurs de réfrlgerant. 8 : concentrateur d'huile') : colli er de f ixat ion
~igure ~?:,;s·R Séparateur d'huile démontable.
Compresseur
1 ;
-_ _ . ~ , l '·-.1_ , .. ' .+; . .. :.-"""- . ~ .,;. ..
Figure ~. 5.(.. Silencieux de refoulement.
Silencieux
.....•...........:::/,'.',:-..<-.) ..~....
::· ·u ·~} · u·.......... ~ .
Figure 3.5':l- Silencieux de refoulement.
7 o
,..'
.... Tf',,;.., ! 1.• .. c~r:
(
Figure ~.S.~- Réservoirs de liquide.
1: boilÎ~r de f iltre. 2 : cartouch e de filtre 3 : JOi nt il co uvercle, 5 : vis. 6 : bri de. 7 : bride . 8 : join t de bride. 9 : VIS de bride
Figure~.t;;,f Échangeu~ de chaleur,
1: raccord pour conduite d'asp irat ion. 2 : raccord pour conduite de liquide. 3 : chambre interne . <1 : chambre externe,
Figure3.'Î;i - Pompe à fi uide frigorigène horizon·tale type <1 hermétique accessible ».
Figurej;S".lï- Bouteille anucoups de liqUide.
- Amortisseur de vibrationsdouble effet.
,Figure 3S.~ Dif:f_~rents types d'amortisseurs de vibrations.
Compresseur
,, ..
L~~' =r.:nn~~~~~~~~mrD~~
~- Montaqe des amortisseurs de vibrations.
......
Figure 3:î~ Clapets de retenue . - Clapet de retenu e.
(a) (b)
Figure 3:5'.1~- Clapets tarés : (a) fixe; (b) réglable.
Projet JI.' Fin d'Elude Conception J'une unité mobile Jefabrique de glaces en barres
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II. Définition des objectifs :
Le SENECli\L regorge d'endroits propices il la production de produits
périssables tels que: fruits, légumes, poissons, viandes ... Ainsi, sans une chaîne
de froid continue et sûre, on ne peut assurer la qualité de ces produits sur les
marchés. LJ conservation des ces derniers bute sur un facteur qui est l'absence
d'unité de conservation en ces endroits, absence qui est justifiée le plus souvent
par la non présence même de l'énergie électrique en ces zones.
Ainsi, un appui au niveau de la production de la glace peut contribuer de façon
importante au développement de certaines activités et de certaines régions du
pays.
En effet, la glace assurerait un écoulement plus sûr de la production.
ILl. Zones cihlées:
La glace est utilisée pour la préparation de boissons désaltérantes mais aussi et
surtout pour la conservation et le transport des denrées périssables. Ainsi, on
peut repérer comme zones propices à l'écoulement d'un tel produit :
.:. Zones rassemblant un public important (TOUBA, TIVAOUNE ... a
l'occasion des magal et gamou )
.:. Zones de pêche
.:. Zones dc culture maraîchère ...
Il.2. Capacité de production:
L'unité de production devant être mobile, se voit sa capacité de production
limitée.
La quantité de moules de glace à produire est fonction du pnx unitaire de la
barre. Ce dernier oscille entre 800 et 900 frs. Ainsi, en se fixant un revenu de
80000 Irs par cycle, on aura à introduire dans le bain de saumure un nombre de
moule égale à cent (100 moules ).
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Abdou HOUl\;:I M BA YI-: 30 Ecole Supérieure PolytechniqueDépartement Génie Mécanique
Projet de Fin d'Etude Conception d'une unité' mobile defuuriquc de glaces en barres
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11.3. Choix du procède de fabrique de glace:
L'jmmcrsion des moules dans un bain de saumure présente lavantagc d'avoir
toutes les surfaces de chaque moule en contact avec le fluide Ingoponcur.
Cc type d'Installation est moins coûteux ct a l'avantage de garder un volant de
froid avec la saumure en cas d'arrêt de 13 machine frigorifique.
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Abdou Bouna MBAYE 31 Ecole Supérieure PolytechniqueDepartement Génie Mécanique
Projet de Fin d'Etude Conception d'une unite ruohilc defabrique' de glaces en barres
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III. Oimensionncrnent du système lie production:
Le dimcnsionnemcnt d'une unité dc production de glace consiste à déterminer hl
puissance des principaux éléments du circuit frigorifique tels que: évaporateur,
condenseur, compresseur. ... La puissance de ces appareils est fonction de la
charge thermique à évacuer. Ainsi, après une description du bac à saumure, nous
allons établir le bilan thermique qui permettra l'évaluation d'une telle charge.
111.1) Description du bac à sanmure:
Le bac à saumure est d'une forme parallélépipédique dont ses parois intérieures
sont faites en acier inoxydable d'épaisseur Imm. En effet, le choix d'un tel
materiau sc justifie par la nature corrosive de la saumure en chlorure de sodium.
Pour amoindrir les déperditions frigorifiques éventuelles. i [ sera recouvert par un
isolant. L'efficacité de ce dernier est fonction de son coefficient de transfert
thermique qui sera le plus faible possible.
~.3 paroi extérieure quant à elle sera faite en acier ordinaire
T.cs dimensions du bac seront déterminées en fonction du nombre de harre de
glace à produire. Autrement dit, elles dépendent du volume qui sera occupé par
les moules.
Ainsi, avec un objectif de cent moules par démoulage, on adoptera pour la
disposition de ces dernières, en dix rangées de dix moules. Les moules de
chaque rangée seront maintenues solidaires entre elles.
Afin d'assurer une circulation du fluide frigoporteur entre les moules, une
distance sera maintenue entre clics.
L'ensemble sera contenu dans un container divisé en deux parties:
I 'une destinée à l'installation des machines
! "autre abritera le bac à saumure.
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Abdou Bouna MBAYE '7.,- Ecole Supérieure PolytechniqueDépartement Genie Mécanique
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Projet de Fin d'Etude
Caractéristiques d'une moule:
- longueur Lm : 0 .1 III
Largeur lm: 0.13 m
lIauteur Hm: 0.7 m
Conception d'une unite mobile defabrique de glaces en barres
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Epaisseur Em : 1.5 mm
Mauère : acier inoxydable
Masse volumique: pac - 7900 kg lm'
Capacité thermique Cpac - O.S 1 kJ / kg.K
Dimension du bac:•I.c volume occupé par les eenl moules est: V - 100 x 0.7 x 0.13 x 0.3·c 2.73 nr'
• Soit en prenant une distance minimale entre les moules, de (4 cm) on aboutit
ainsi aux dimensions intérieures suivantes du bac:•
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Hauteur Hb : 1m
Largeur lb : lb- 0.13 x 10+11 x 0.04· 1.74 m
Longueur Lb: Lb ~ 0.3 x 10+llxO.04 ~ 3.44m
En considérant le bac rempli jusqu'à 0.7m, on peul déterminer le volume de la
solunon Vs : VF3.44x 1.74xO.7-2.73~I.Sm;~ ISOOL
La quantité de sel à utiliser:
Fil utilisant une solution eutectique a ·26 "C, ou a les proportions de
'",I(chlorure de sodium) el d'eau suivanlc pour un litre de solution : [3JSel -+ 0.20S kg
F,au -+ 0833 kg
Ai!';i, la quantité de sel serail: Msel- 0.20S x ISOO -307.S kg
Msel = 307,5 kg
Abdou Douna MBAYE JJ Ecole Superieure PolytechniqueDcpancmcm Génie Mécanique
1•
1•
1•
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Projet de Fin d'Etude
I~
Conception d'une unité mobile defabrique de glaces en barres
~I
•
•
f7igl : Dimension d'un moule
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Abdou Bonna MBA YE )4 Ecole Superieure PolytechniqueDépartement Génie Mécanique
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Projet de Fin d'Etude Conception d'une unité mobile defabrique de glaces en barres
•1
•1
•1
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--
li
1
fig2 : Agencement des dix moules
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Abdou Bouna MOAYE 35 Ecole Supérieure PolytechniqueDepartement Genie Mecanique
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Projet de Fin d' Etude
Abdou Bourra \1BA YE
fig3 : vue de coté
36
Conception d'une unité mobile defabrique de gl<.\CCS en barres
Ecole Su péri L'ure PolytechniqueDépartement Génie Mécanique
1 1 1 1 1 1 1 1 1 -1 -1 -1 _1 -1 -1 -1 -1 ~I --1 • - .Projet de Fin d'Etude
bac à saumure
Conception dune unité mobile de fabrique de glace en barres
.------machine
( )
L- 1_ '- 1_ 1._ 1_ 1__ 1 _ _ 1 _ 1 _ 1 _ 1 _ 1 _ 1 ~. _ 1 _ 1 ~ 1 - 1 - . - .Projet de fin d'Etude Conception d'une unité mobile de fabrique de glace en barres
" .<.. ... x:•.~ ...x: ;.:.
.' . //1
aèratlon
bac il saumure machinesfrigorifiques
. .... . " " ...." . "
Projet dc Fin ù'Flude
111.2) le bilan rbcrmique :
Conception d'une unite mobile delubrique de glaces en barres
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Le bilan thermique est ù la base des calculs à effectuer dans le but de déterminer
les caractéristiques des différentes composantes du système de production. En
effet. son établissement a pour objectif de determiner la puissance frigorifique
du (ou des) évaporateurs et du (ou des) compresseurs nécessaires pour assurer
un bon fonctionnement de l'installation en conformité avec la capacité de
production fixée,
Les autres éléments constitutifs dc l'installation sont ensuite calculés en
fonction de la puissance frigorifique et des conditions de fonctionnement de
l'installation.
Le bilan thermique a donc pour but dc calculer la quantité de chaleur totale (Qt )
à évacuer pour maintenir dans le bac à saumure le niveau cie température requis,
Celte quantité dc chaleur peut être scinder en deux parties:
* une quantité de chaleur (Qc) correspondant il la chaleur il évacuer
nécessaire il la congélation de l'eau (réfrigération du bain liquide)
* une quantité de chaleur ( Qp ) correspondant il l'ensemble des apports
thermiques externes, apports qui aussi, doivent être compensés par la
machine frigorifique
Ainsi, nous aurons une charge thermique totale Qt = Qp + Qc
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Abdou Houna MBAYI-: 39 Ecole Superieure Pnl ytechniqvcDépartement Génie Mécanique
Projet de Fin d'Elude
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111.2.1) Evaluation de Qe :
Pour l'évaluation de Qc nous aurons à considérer deux types capports
".. J'apport thermique de la masse d'cau à congeler
Ainsi, la quantité de froid necessaire à la congélation peut être en trois parties:
o Refroidissement de l'cau à la température (0e) à C8e) où Oc est
la température de congélation de l'eau : soit Qc 1
o Congélation de l'eau: Qc2 Irassage de l'élot liquide à l'état solide
de lcau )
o Refroidissement de la denrée congelée dc 8c a Of (Of est la
température de fin de réfrigération) Qe3
,. L'apport thermique nécessaire au refroidissement de l'emballage .soit
Qem
Données:
Température d'entrée de l'eau: Oc = 25°e
Température après refroidissement: 8f= _20 o e
Température ambiante extérieure: Oex = 40°C
Capacité thermique de l'cau à P ~ 1 atm: Cpeau ~ 4.1945 k.l/kgK
Capacité thermique de hl glace: Cpglace ~ 2.1 1 kJ/kgOK
Chaleur latente de l'cau Leau ~ 335 kJ/kg
La masse d'cau acongeler: Mc
On a la masse volumique de l'eau peau = 1000 kg 1 rn' = 1 kg 1L.
La masse se conserve, on a ainsi: Mc ~Mglaee ~ 25 kg Imoule
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On a alors ]'-1 masse d'cau à congeler Me ."'. 2) x 100 = 2500kg
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Abdou BOUll;J tvll~AYI-: 40 Ecole Supérieure PolytechniqueDepartement Génie Mécanique
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Projet de Fin d'Etude
Calcule ùe Qcl :
On a: Qc 1~ Mc x Cpcau x ( Oe - Oc )
Conception d'une unite mobile defabrique de glaces en barres
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AN: Qcl ~ 2500 x 4.1945 x (25-0)~ 262156.25 kJ
Qc l> 262156.25 kJCalcule de Qe2:
Qc2~ Me x Leau
AN : Qc2~ 2500 x 335 ~ 837500 kJ
Qe2= 837500 kJCalcule de Qc3 :
Qc3~ Me x Cpglace x ( Oc - Of ]
AN: Qc3~ 2500 x 2.11 x (0 -(-4)) ~ 21100 kJ
Qe3 ~ 21100 k.l·.·,.,kule de Qem :
Qem= Mm x Cpac x ( 8e- 81)
,'/CC Mm= masse totale des moules; soit Mm l la masse d'une moule:
on a: Mml=(2 x (Lm+lm)) x Hm x Em x pac
AN: Mml =(2 x (0.3+0.13)) x 0.7 x 0.0015 x 7900~7.13 kg
,-\Vl.'C un nombre de moules égale à cent (lOOmoules) on aura:
Mm> 1OOJ(Mm 1
AN: Mm=IOO x 7.13~7l3 kg
;'1, Il; !J()uvons alors calculer la valeur de Qem:
AN: Qem= 713 x 0.5l x (40-(-20)) ~ 21817.8 kJ
Qem= 21817.8 kJ
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Abdou Bouna MBJ\YE 41 Ecole Supérieure PolytechniqueDépartement Génie Mecanique
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Projet de Fin d'Etude Conception d'une unité mobile defabrique de glaces en barres
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111.2.2) Evaluation de Qp :
L'évaluation de l'apport thermique extérieur est la sommation de:
, L'apport thermique par les parois extérieures Qp 1
, L'apport de chaleur dû au service Qp2
En effet, pour ce dernier cas, on peur noter trois types de services .
,/ Service fort :
Ouverture frequente des portes: ajouter 250/0 à la quantité de chaleur
Qp pénétrant par les parois [1]
,/ Service normal:
Ouverture à certaines heures de la journée: ajouter 15% à la quantité
de chaleur Qp pénétrant par les parois [1]
,/ Service faible :
Ouverture des portes faible: ajouter lû% à la quantité de chaleur Qp
pénétrant par les parois. [1]
L'Isolation du bac à saumure à une importance capitale sur le fonctionnement de
l'installation. Trop faible, elle facilite l'entrée de chaleur par les parois et par
conséquent augmente le temps de marche du compresseur.
Il existe une vanété d'isolant avec des coefficients de conductibilité différents
La quantité de chaleur pénétrant par les parois en 24h peut être évaluée par la
formule suivante: Qp> K x A x M:~ x (24 x 3600)
Néanmoins, en négligeant 1cs revêtements intérieur et extérieur, on peut evaluer
cette quantité de chaleur pénétrant par les parois en fonction de la nature de
l'isolant et de l'écart de température entre l'extérieur ct l'intérieur
Abdou Bouna MûAYE 42 Ecole Supérieure PolytechniqueDepartement Génie Mecanique
Projet de Fin d'ELude Conception d'une unité mobile defabrique de glaces en barres
Tableau J: conductivite de matériaux utilisés cn isolation dans lindustric
Irigonfiquc [1 ]
----+--._.-
•
[------ matériaux--
1 Liège ------
t=- fibr~de velle
Polystyrène expanse
Styrofoam.
Mousses de polyuréthanne
Conductibilité thermique (W/mKll
_+-_-~~-- ~044 - =- 1
li 035 ~
00"9 1
----- ~om"------
oms
-- -j
0.ü30
Laine de roche-------c---=:J--
± 0093
~~- -~-klégeeeli _ 0.031
foamgla-s-s--.~===-_-~ 0054
Caoutchouc mousses
•
•
•
•
•
•
•
Calcule de Qpl :
Qpl est évaluée il partir du tableau(4) qui donne les entrées de chaleurs
journalières rapportées au rn- de surface de panneau en fonction de l'épaisseur
de l'âme isolante en polyurétnannc qui possède une faible conductibilité
thermique et de l'écart de température entre l'ambiance extérieure ct la chambre
froide.
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•Abdou I30una MBAYE 43 Ecole Supérieure Polytechnique
Département Génie Mecanique
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Projet de Fin d'Etude Conception d'une unité mobile defabrique de ulaccs en barres
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Tableau 4: entrée de chaleurjournalière en fonction de l'épaisseur
d'isolation [1]-- ----------- --------
,,8 en "CEpaisseur de l'âme isolante en polyuréthannc (Pu) en mm
,-----130-T 180-60 90 105 150
- - --- --- ---- - - t1 10 3 II 224 183,
- - -- ._-- ------ --- -_.
1
15 467 336 2741
1
- ---- --------- ----- - '-- - -
20 622 448 365-' -- - . -
25 778 560 456- -
30 933 672 547 446 386 324._--
35 1089 783 638 520 451 378- ---- --
40 ---- 896 729 594 515 432--- ------_._. -------- -
45 ---- 1007 820 669 579 486-
54050 ---- 1120 912 743 644-- - - -
55 ---- 1231 1003 817 708 594- - -- - J
60 ---- 1344 1094 892 7721
648---- - .- 1
0.125 JK 0.3601
0.259 0.21 1 0.172 0.149 ,1
La différence de température i\8~ 35-( -20)~ 55°C
Calculons la surface intérieure du bac : Sib
On a: Sib~ 2 x [(Lb x lb) t (Lb x l-Ib)+(Hb x lb)!
Sib~ 2 x [(3.44 x 1.74)+(3.44 x 1)+(1 x 1.74)]~22.3m'
Sib~22.3m'
Avec un ,,8 de 55"C l'épaisseur de polyuréthannc de 180mm donne la plus
faible entrée de chaleur par les parois correspondant à Qp' 1~ 594 k.l/m-.
K, le coefficient de transmission du panneau est dans cc cas: K=O.125 W/m 2K
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Abdou Bouna MBAYE 44 Ecole Superieure PolytechniqueDépartement Génie Mécanique
•l
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Projet de Fin d'Etude
On a : Qp 1~ Op 1 x Sib
AN: Qp 1~ 594 x 22.3~ 13246.2 k.l
Qpl=13246.2 k.J
Calcule de Qp2:
Conception d'une unité mobile defabrique de glaces en barres
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•1
•1
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La quantité de chaleur Qp2 due au service (démoulage, ouverture du bac.
éclairage ... ) peut être considérée comme étant tres faible pour notre cas. En
effet, après remplissage et immersion des moules dans le bac on aura presque
pas besoin d'ouvrir le bac jusqu'à l'heure d'obtention de la glace prévue.
Ainsi, nous pouvons prendre Qp2 comme étant égale à 1O~/o de Qp l (service
faible ).
Qp2~ 10% x Qpl
AN: Qp2~ 0.1 x 13246.2 ~1324.62 k.l
Qp2= 1324.62 k.J
Nous pouvons ainsi calculer la quantité de chaleur QI a évacuer. qUI sera la
somme des Qei el des Qpi déjà calculées.
On a : Ql~ Qc 1+Qc2+Qc3+Qem + Qp "Qp2
AN: Ql=262156.25+837500+21100+21817.8+13246.2+1324.62
~1 157144.87 k.l
POut' tenir compte des apports inchiffrablcs, on ajoute a Qt un pourcentage
variant de 5 à 10%. Soit à ajouter 7.4 ryo: l2]
~=l 242773.59 kJj
•
•
Abdou Bouna MUA YE 45 Ecole Supérieure PolytechniqueDépartement Génie Mécanique
Projet de Fin d'Etude
111.3) le fluide frigorigène:
Conception d'une unité mobile defabrique dl: glaces en barres
• y
;..
•
y•
"
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La charge thermique Qt est soustraite par un fluide frigorigène qui se meut dans
la machine frigorifique en circuit ferr-ié ct change d'état d'un point à l'autre de
J'installation. En effet, il se vaporise en puisant de l'énergie thermique dans le
médium à refroidir ct se liquéfie en cédant la chaleur emmagasinée à un autre
environnement.
Pour remplir efficacement cette tâche, le fluide frigorigène devrait présenter les
qualités suivantes:
" Chaleur latente de vaporisation très élevée;
y Point d'ébullition, sous la pression atmosphérique, suffisamment bas
compte tenu des conditions de fonctionnement désirées (température
d'évaporation) ;
» faible rapport de compression
);;- Faible volume massique de la vapeur saturee. rendant possible l'utilisation
d'un compresseur et de tuyauteries de dimensions réduites;
>, Température critique très élevée;
Pas d'action sur le lubrifiant employé conjointement avec le fluide;
Composition chimique stable dans les conditions de fonctionnement de la
machine frigorifique;
Pas d'action sur les métaux composant le circuit, ni sur les joints:
Non inflammable et non explosif en mélange avec l'air;
, Sans effet sur 1<1 santé du personnel;
y Sans action sur les denrées à conserver;
~ Sans odeur ou n'ayant qu'une faible odeur non désagréable;
);- fuîtes faciles à détecter ct à localiser par méthode visuelle;
y Pas d'affinite pour les constituants de l'atmosphère;
:r Ftrc d'un coût peu élevé ct d'un approvisionnement facile.
•
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Abdou uounn MRA'lE 46 Ecole Supérieure PolytechniqueDépartement Génie Mécanique
Projet de Fin d'Etude
JI'" Pas d'action sur la couche d'ozone-
y Pas d'action sur le rechauffement terre-stre-
Conception J'une unité mobile defabrique de glaces en barres
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Cependant, aucun des fluides frigorigènes employés ne possède l'ensemble de
ces qualités.
Le fluide frigorigène: le R22, présente un certains nombres de caractéristiques
qui sont conformes à nos besoins'
, Odeur: lcgère.ncnt éthérée
}.;- Température critique: 96°C
? Pression critique: 49.8 bar
;.. Température d'ébullition à Pv l bar : - 40.S'C
;.. Tres stable
Informations toxicologiques:
y Non noci r par inhalation
--,. Décomposition thermique à haute température cu
produits toxiques et corrosifs
).- Gelures possibles par projection du gaz liquéfié
Lxnnaines d'application:
Conditionnement d'air résidentiel, commercial et
industriel
, refroidisseur de liquide
> installations à température négative
informations réglementaires:
y substance classée non dangereuse
-,. fluide non intlammable ct non toxique
•
•
Abdou Bouna MBAYE 47 Ecole Supérieure PolytechniqueDépartement Génie Mécanique
r oru.r ~ . PflOl"AlfTfS ou flUIDE A-21!iATlIfl[
~-CJ,11''
I-~"",---',11
1
10<3,141 ?;4 !2
231.58J
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162.133169.676
157158
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151.921\491!J2
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4t'
Projet de Fin d'Etude
111.4) Schéma de l'installation:
Conception d'une unité mobile defabrique de glaces en barres
Le schéma ci dessous représente les differents composants de la machine
frigorifique d'où le fluide frigorigène subît ses différents changements d'etat.
5
4Condenseur à air
5'• ma
-':><1--------.•
•
•
Detendeurmanuel
D2 3
2
•
•Transmetteur interne
•, Détendeur
i
/\ thermostat iquc
• Dl
6 1•
Compresseur BP
•
•
•
•
Abdou Bouna MI3A YI-:
evaporateur
48 Ecole Superieure PolytechniqueDepartement Génie Mécanique
• •
,,' P.
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CLL.-'- _'-'.J-'----'---'--_~J,.u..l.....Lc:j...........~••.•.• j_"""
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0, "~ ,,
Fig. 'tr7. Représentation dans un diaqrarnme n, Ig P du R 22 du cycle de l'exemple de machine frigorifique.
,,,";
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• , ", ,~
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•
Projet Je Fin d'Etude Conception d'une unite mobile Jefabrique de glaces en barres
figô: schéma de linstullution
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1•1
•
•1
•1
•
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Conditions déterminantes:
Les conditions déterminantes sont:
La temperature d'évaporation: To= _20°C
Pression d'évaporation: Po '""" 2.45 bar
La température de condensation: Te= 47°C
Pression de condensation: Pc> 18.1 bar
La surchauffe dans l'évaporateur: SC~ SoC
Le sous refroidissement dans le condenseur: SR= SoC
Température ambiante: Ta= 35°C
•
•
Abdou HOUim MBA YE Ecole Supérieure PolytechniqueDépartement Génie Mécanique
--
Projet de Fin d'Etude Conception d'une unité mobiledefabrique de glacesen barres
----
111.5) l'évapora leur :
La puissance frigorifique dc la machine est calculée sur un temps moyen de
fonctionnement compris entre 14h el 20h. [2]
Ainsi, la puissance frigorifique nécessaire à l'évaporateur sera dans ces
conditions, en prenant un temps de fonctionnement (t~ 14h)
t/J, = QI" 1
-AN: 0o~ ( 1 242773.59/ (14 x 3600») ~ 24.66 kW
0 0 = 24.66 kW
- On a To> -200C
Po> 2.45bar--
Pour obtenir la production frigorifique nette souhaitée, la machine frigorifique
doit pouvoir assurer la circulation d'nu certain débit masse (mn ) de fluide
frigorigène.
Calcul de mrr :
- On a: avec h, et h, correspondant respectivement à
--
l'enthalpie massique à la température d'aspiration et de fin de détente dn fluide.
lIltl~ (24.66 / (402 ~ 250»~ 0.1622 kgfs
mtl~O. 1622kgfs
Choix de l'évaporateur :voir annexe 1
Modèle: DEC 100-9
- Puissance: 30.3 kW
Il est de type à détente sèchc .le fluide frigoporteur étant maintenu à une vitesse
de 1 à 2 m/s par un circulateur,
---
AbdouBouna MBAYE 50 Ecole Supérieure PolytechniqueDèpancment Génie Mécanique
- Projet de Fin d'Etude Conception d'une unite mobile defabrique de glaces en ban-cs
-
--------•
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Calcul du débit de saumure: mms
La capacité themuquc massique de la saumure étant Cs380k.l/k~K
011 a: 00=Cs x qms x ""8s -+ ln"" ~ [00 / (Cs x ""8s)1
AN mm, ~ [24.66/ (38 x 55)J ~ 0 l l Skg/s
111.6) le compresseur :
Le compresseur consomme de la puissance électrique. Cette puissance
consommée est déterminée à partir du diagramme (h, Igp ) du R22.
Le taux de compression t-- (Pc/Po) ~ (18.1!2.45)~7.4.
Avec cc taux de compression, la temperature de fin de compression devient
supérieure à la température critique du Rn.
Afin d'éviter cet inconvénient, on pratique la compression à deux étages, avec
un refroidissement intermédiaire entre les deux étages. Cc refroidissement des
vapeurs comprimées par le compresseur basse pression est obtenu par Injection
partielle du fluide frigorigène liquide cn provenance du condenseur dans une
capacité fermée ct placée entre les deux étages de compression. En effet,
l'ébullition du liq uide dans cette capacité désurchauffc les vapeurs compnmccs
par Je compresseur basse pression.
.:. Calcul de la puissance du compresseur basse pression: Obi)
Calcul de la pression intermédiaire (Pi) :
Pi=J(r:.xr:,) [4j
AN: Pi~(181 x 245Y'(]/2)~6.66 bar
Calcul de la température de refoulement (T2) :
Avec une compression polytropiquc, la température de fin de compression T2
•
•est donnée par la formule suivante:
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Abdou Bouna MBAYE 51 Ecole Supérieure PolytechniqueDépartement Genie Mecanique
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Projet de Fin d'Etude Conception d'une unité mobile defabrique de glaces en barres
1
.. . ... - "._-
Pc/Po2I-c~-'-T
- . ..
234 5 6 7 8 q 10i
1.325 1.258 11.240. 1.234 1.232 1230 1.228 1226 1225- ----- - -_.. - .. .. . .. . . . . -----
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Avec (n) exposant polytropique du R22 donné en fonction du laux de
compression (Pc / Po).
Tableau 5 : exposant polytropique n du R22
1
1R2i).. ,-.-.
i n
T2~ (273.15-15) x 2.7''(0278/1278)~ 320.41 K~ 47 .26'C
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r1,- - WC
l T2~ 4726°C
'\ puissance du compresseur est
{h l~402 kJ/kg
h2~436.5 kJ/kg
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AN. 0bp= 0.1622 x (436.5 - 402)~5.59 kW
.:. Calcul de la puissance du compresseur haute pression: Ohp
:,., température d'aspiration est: T,-I O°C el la pression PJ~P2=6.66 bar
le taux de compression r(Pe/PJ)~(18.1/666)~2.7 -+n~ 1.278
la température de fin de compression est:
•
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Abclou Bouna MBAYE 52 ECDlc Supérieure PolytechniqueDépartement Génie Mécanique
•
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Projet de Fin d'Etude Conception d'une unité mobile defabrique de glaces en barres
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AN: T,~(273.15+10)X 2 Y(O 278/1.278)
~351.44 K~ 78.3°C
•
•{h4~448 k.Jikg
h3~ 410 kJikg
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Dans l'étage haute pression, le débit de tluide à l'aspiration est la somme du
débit au refoulement de l'étage basse pression et la proportion de fluide admis
dans le réservoir par le détendeur pour obtenir le refroidissement.
Soit 1110 cette proportion de tluide :
Ona m..x h6+mffx h2~(mn+mo)xh,
h; - h,ma '= h- h- X mil
c, 3
AN: m,,~0.1622 x (41 0-436.5)/(250-41 0)~0.0269 kg/s
La puissance du compresseur HP est:
AN : {hp= (0 1622+0.0269) x (448-410)~7.l9 kW
0 h ~7 19kWP .
Abdou Bouna MBAYE 53 Ecole Supérieure PolytechniqueDépartement Génie Mécanique
Projet de Fin cl' Etude Conception (rune unité mobile deUl1riquc de glaces en 1l(IJTC~
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Choix des compresseurs.voir annexe 2
Hasse pression :
Type de compresseur: 4FC-3.2
Puissance frigonllque: 0bp- 6.01 kW
Puissance du motcur : Pm = 2.96 kW
Haute pression:
Type de compresseur: 2GC-2.2
Puissance trigorifique : 0hp~ 8.06 kW
Puissance du moteur: Pm = 1.75 kW
•
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Abdou Bouna MBAYE 54 l-colc Supérieure PolytechniqueDépartement Génie Mécanique
Projet de Fin d'Etude Conception d'une unité mobile defabrique de glaces en barres
111.7) le condenseur:
Le condenseur utilisé dans l installation est du type à air. Pour ce type de
.. condenseur, la température de condensation est de 12 à 15°C, supérieure à la
température ambiantc.] l ]
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Pour quc la fonction de la machine frigorifique soit la plus rentable possible, il
est nécessaire que sa température d'évaporation soit le plus élevée possible et sa
température de condensation la plus faible possible. Ainsi, retenons-nous la
va1cur de 12°C comme écart de température avec la température ambiante
La puissance du condenseur 0 con est égale à la puissance développée a
l'évaporateur additionnée à l'équivalent thermique du travail dc compression.
où, 0 23 est l'équivalent de puissance du fluide refroidi entrc 2 ct 3.
023~ ITIn x (h2-h,) ~0.1622 x (436.5 - 41O)~ 4.3 kW
AN : 0con~ 24.66 + 6.01 t 8.06 - 4.3 ~ 34.43 kW
0 co n= 34.43 kW
Choix du condenseur: voir annexe 3
On a dt- 12'C ct dtn-15 cC -+ la puissance corrigée du condenseur est:
{)con~ (34.43 x 15) / 12 ~ 4304 kW
Choix du condenseur à air GVH065 A/2S - 700 tr/min avec deux moteurs de
1.1 kW chacun.
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Abdou Bouna MBAYE 55 Ecole Supérieure PolytechniqueDépartement Genie Mécanique
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Projet de Fin d'Etude Conception d'une unite mobile detabnquc lie glaces en barres
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IiUi) le détendeur:
Le processus de détente serfccruc à enthalpie constante, léucrgic interne du
fluide ne varie pas.
Elic s'effectue de la pression ct tcmpèrature de condensation a la pression ct
température d'evaporai Ion
Ainsi, la puissance ùu détendeur est : Odct= 0 0 x k, X kll p
Cette puissance est la puissance frigorifique corrigée où :
k, est le facteur de correction dépendant de la température à
rentrée du détendeur.
K"" est le facteur de correction dépendant de la variation de
pression entre l'entrée et la sortie du détendeur.
Dans notre cas, la température du liquide avant le détendeur est de 4:oC
Détendeur DI:
PU\I' le détendeur DI la difference de pression entre l'entrée et la sortie est:
Ap- l8.1-:.45~ 15.65 kPa
Ktl~O.75
I<.L1p1- 1.48
AN: Odet! ~ 24.66 x 0.75 x 1.48-27..17 kW
[Yuu le choix du détendeur thermostatique TeLE 750HW (voir annexe 4)
•
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Abdou Bouna MBAYE 56 Ecole Supérieure PolytechniqueDépartement Génie Mécanique
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Projet Je Fin d'Etude
Détendeur Dl :
Conception d'une unite mobile defabrique de glaces en barres
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Le détendeur D2 sera de type manuel dont les caractéristiques sont les
suivantes: pression d'entrée =' 18.1 bar
Pression de sortie ~ 6.66 bar
POLIr un dédit de fluide ~ mo
IlI.9) Moteur d'entraînement:
La puissance des moteurs d'entraînement est directement donnée dans le choix
des compresseurs d'où on a :
Compresseur haute pression:
Ptn> 1.75 kW
_ Compresseur basse pression:
Pm = 2.96 kW
•
..
..
..
..
..Abdou Bouna MBA )'E 57 Ecole Supérieure- Polytechnique
Département Génie Mécanique
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Projet de Fin d'Etude
IV. Bilan des furccs motrices
Conception d'une unite mobile deIabnque l.le glaces en barres
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Le bilan des forces motrices est la sonunauou des puissances electrique
consommees par les différents appareils afin de déterminer la puissance du
groupe électrogène a meure en piace.
Pour la puissance du circulareur, on peut considérer que la hauteur du tube
connecté à la sortie de l'évaporateur coté saumure est légèrement superieure à
celle du bac soit l l-r LZm
Les longueurs de tubes connectes à lévaporatcur pour faire circuler la saumure
étant faible: les pertes de charge linéaires seront négligées.
La pene de charge due à lévaporateur est donnée et est. l Ic >- 2.9m
La pene de charge totale eST: i lt - 1.2 -t- 2.9 = 4.1 ln
Ainsi, la puissance de notre circulateur : Pcir = g x qms x H(
Peir ~ 9.8 i x 0 i i 8 x 4.1 ~ 4.ï W qui est une puissance hydraulique
En sc fixant un rendement de 8:5%), la puissance électrique est:
Pel = (4.ï; 0.85) = 5.5 \V
La récolte de la glace se fera par un palan. La masse des 10 barres plus leur
emballage est:
M - 2:5 x l û 1 l.i3 x 100- 32i.3 kg
En se fixant une vitesse linéaire de Y-O.2m/s, on a la puissance du chariol qui
est: l'ch ~ M x g x V
AN : Peh~ 1213 x 9.81 x 0.2 ~ 0.61 kW
Fixons une marge de sécurité de 30%:
l'rh = 0.63 x 1.3 ~ 0.8 kW
•
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Abdou Bouna MBAYE 58 Ecole Superieure PolytechniqueDépartement Génie Mécanique
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Projet de Fin d'Etude
Appareils:
Compresseur HP _
Conception d'une unité mobile defabrique de glaces en barres
puissance (I,W)
....... 1.75
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Compresseur BP , 2.96
Condenseur 2.:2
Circulatcur 0.0055
3 lampes de 1R W 0.054
résistance de démoulage 12
extension 30% 5.69
• Total 24.65
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-
COSIjl~ 0.8 donne la puissance du groupe à installer : s~ 30.81 kV A
ô'où l'installation d'un groupe de 30 kVA
Abdou Bouna MBi\YE 59 Ecole Superieure PolytechniqueDépartement Génie Mécanique
•
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Projet de Fin d'Etude Conception d'une unité mobile JI.:fabrique de' glaces en bnrrcs
"
,', \.
- - .". ""',~~/
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-
V. Détermination de la charge de réfrigérant :[61
.,.. masse de tluide Jans les tuyauteries (de diamètre cl ct de longueur L)
• D'aspiration:
BP : cl ~ 22mm; L ~ 3111 -+ masse fluide (Mfa ) ~ (0.è1 x 3)/30 ~ O.023kg
Ill': cl - 16mm; L ~ 3mm -+ Mla ~ (0.14" 3)/30 ~ 0.014kg
• De refoulement:
UP: cl ~ I3mm; L ~ 3.5m -+ Mû ~ (0.12 x 3.5)130 = 0.014kg
HP : cl ~ 16mm; L ~ 4m -+ Mfr ~ (0.26 x 4)130 ~ 0.035kg
• De liquide:
HP: cl = 13mm: L = 3.05m -+ Mil ~(33 x 3.(5)130 ~ 0.34kg
BP : cl ~ 1Omm; L~ 55m -+ Mil = (3.3 x 5.5) / 30 ~ 0.61 kg
".. Capacité du condenseur: V=O. 026m .J = 26dm.l
La masse de fluide Mfc=p x V ~ 1.0991 x 26 ~28.58 kg
-,. Evaporateur: volume du circuit V=2dm"'
Mfc= p x V~ P étant à -20°C el est:
p(-200)~X6XPV+(1-X,)x pL~0.33" 10.01+(I-O.33)x 1349.68
~ 907.84 kg/m'
Mfe ~ 907.84 x OJJ02 ~ 1.82 kg
X(, étant le titre de vapeur au point 6 à -20o epL- masse volumique liquide à -2tPC
pv ;:....0 masse volumique vapeur <:'I-20°C:
- Abdou Houna MBA YE Ecole Supérieure PolytechniqueDépartement Génie Mecanique
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Projet de Fin J'Elude
'r Capacité du transmetteur
Mtt= MfrcfoulUlwnl \\1' +l'vliil(]u,dc'_COlld
Conception d'une unité mobile delubrique de gl~ILCS en barres
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-
La proportion de fluide en provenance du condenseur vers le détendeur
est égale à : (mo / (motmffj)
On a: Ml'Ii<.juid<:-wnd -- p( 1aOC) x Vcond x (mo/uno-tm.-)
p (lOcC)~ Xc-x pv +( j - X,) x pl . - 0.2 x 28.81 + (1- 0.2) x \249.97
- 1005.74 kg/m'
Mt;;q";',."m" ~ 100574 x 0.026 x (0.1622/(0. )622+0.0269))
~ 3.72 kg
Mfr- 0014 + 372 'c 3.73 kg
D'OlJ la charge de réfrigérant cst : Mtol ~ Mfa + Mft +Mfl +Mfe +Mfe + Mft
':/1,,,[ ~ 0.023 + 0.014 + 0.014 + 0.035 1- 0.34 + 0.61 + 28.58 + 1.82 + 3.73
Mto! ~35.17 kg
Abdou I30Ulla !\1BAYE (,1 Ecole Supérieure PolytechniqueDépartement Génie Mécanique
Conception d'une unité mobile defabrique de glaces en barres
VI. Tuvautcrie :"
Les différents appareils precedemment dimensionnés seront reliés entre eux rar
un reseau de tuyauterie en cuivre. CC' reseau est te siège de pene de charge qui
influence défavorablement la puissance Irigorifioue oc l'inst<.Jllatior; car celle-ci
dimir-ue lorsque la différence de pression augmente. Ainsi, les trois éléments à
prendre en compte dans le diI11Cll~ionr\Lmcnl de ce dernier som:
la perte de charge
la vitesse d'écoulement
• le retour de l'huile
•
•
•
la tuyauterie peut être scindée en trois parties principales:
les tuyauteries daspiration
les tuyauteries de refoulement
les tuyauteries de liquide
Les tuyauteries d'aspiration doivent présenter les pertes de charge les plus
faibles. Ces valeurs sont varin bics avec les conditions de fonctionnement.
•
•Tableau VI.! : pertes de charge des tuyauteries de R22 [2]
0.2
0.05 il 010
0.13--~._._.-
---_ .._---
._.-----Perles de charge (bar)remPer"!Ure ~;~V;:~~"!io~(OC)..
, -20" 101--_. --40 il -201 .__ ._..__
•
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•Abdou Bonna 1'\18/\YE 62 Ecole Superieure Polytechnique
Departement Genie Mécanique
•
Proie! de Fin d'ELudes Conception dunc unité mobile dl'fabrique dé gluees en barres
En cc qui concerne les tuyauteries de refoulement, les perrex de charge ne
doivent pas dépasser 0.15 bar, sauf si des vitesses de gal'. élevées doivent être
utilisées pour entraîner lhuile dans les conduites ct éviter sa décantation (c'est
le cas des conduites de rcioulemenr verticales).
Afin d'assurer un entraînement de l'huile, la vitesse des gaz dans les conduites
de refoulement doit être de 10 mis environ.
Pour les tuyauteries de liquide, les pertes de charge ne doivent généralement pas
dépasser 0.35 bar au total.
Tableau VI.2 : vitesse d'écoulement admissible du fluide frigorigène dans les
différentes tuyauteries d'une installation frigorifique. [5J
,------ -----~--c-----------~
Désignation de la tuyauterie Vitesse recommandée en mis
6 à 15
6 à 12
0.3à1.2---.~--;-
~-- - ._--+--Tuyauterie d'aspiration
,
,
,
La détermination des caractéristiques des di tTérents tuyaux se fait à partir des
tableaux qui donnent en fonction de la puissance à véhiculer et de la longueur
équivalente de tuyauterie le diamètre de cette dernière et la perte de charge
aSSOCJCC.
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Néanmoins, ces tableaux sont donnés à des températures de condensation et
d'évaporation bien déterminées qui ne correspondent nécessairement pas à nos
conditions de fonctionnement. Ainsi, des coefficients de correction sont
• proposés pour adapter nos conditions à celles des tableaux.
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•63 Ecole Supérieure Polytechnique
Departement Génie Mecanique
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Prejet cie Fin d'Eludes Conception d'une unité mobile Jefabrique de glaces en barres
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.:. Conduites d"aspiration :
Basse pression : tronçon KL
La puissance à laspiration est de: 6.01 kW
La température d'aspiration Tasp = -15 "C
La température de condensation Tc = 47°C
L1 table 16 donne un coefficient de correction Cfc ~ 1.63
La puissance corrigée devient: 6.0] x ] .63-'--' 9.79 kW
En estimant la longueur équivalente de la tuyauterie égale à: 10m; la table
17 donne pour une puissance de 9.79 kW ou la valeur immédiatement
supérieure une tuyauterie de 22mm de diamètre admettant une puissance de
12.63 kW avec une perte de charge (PDC) de 10 kPa.
Longueur équivalente des divers raccords (tableau 15)
2 coudes à grand rayon » •.••••••••3 x 1.6=4.8m
Longueur de la conduite =2111
6.8rn
Ainsi, pour une conduite d'aspiration de diamètre l2mm avec une longueur
equivalente de 6.Sm ct admettant une puissance de 9.79 kW, la POC
approximative est 3.54 kPa
Verification de la vitesse des gaz:
Les vitesses du diagramme (2) sont données à Te-r 40°C ct Tasp = 4°C. avec
la table 18 on trouve un coefficient de correction Cfc:--::2.14
Donc la puissance corrigée est: 6.01 x 2.14= 1~.86 kW
Le diagramme (2) -+ v~ 10 mis (admissible)
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Abdou Bounu MnAYI: 64 Ecole Supérieure PofytcchuiqucDepartement Génie Mécanique
•
l'rejet dl: Fin d'Etudes
Haute pression: tronçon CD
La puissance à l'aspiration cst: 8.0\ kW
La température Tasp: \0 oC
Le facteur de correction C1C=O.98
Conception d'une unité mobile defabrique Je glaces en barres
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Puissance corrigée: 8.06 x 0.98~ 7.90 kW
Soit une longueur équivalente de 10m; la table (17) implique qu'une
tuyauterie de 16mm admettra une puissance de 8.76 kW avec une perte de
charge 30 kPa.
Longueur coui valcnte réelle :
4 coudes à grand rayon 3 x 1.2~ 3.6m
Longueur réelle de la conduite , =3m
6.6m
La perte de charge est ainsi égale à 2 l kPa
Vérification de la vitesse des gaz:
Facteur de correction Cfc~0.83
Puissance corrigée: 8.06 x 0.83~ 6.69 kW
Le diagramme (2) -+ V= 12m/s
--
Abdou Bouna MBA VI-: 65 Ecole Supérieure PolytechniqueDépartement Genie Mécanique
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Projet de Fin d'Eludes
.:. Conduite de refoulement ;
Basse pression: tron ....on AB
Température d'aspiration Tasp = -15°C
Température de condensation: Tc = 47°C
Coefficient de correction Cfc= 1.023
Conception d'tille unite mobile defabrique de glaces en bancs
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Puissance corrigée: 6.01 x 1.023c c 6.15 kW
Soit une longueur équivalente de la conduite de 15m
La table (20) implique qu'une conduite de (13mm) admettra une puissance
de 6.23 kW avec une PDC de 35 kPa.
Longueur équivalente réelle:
3 coudes à grand rayon .4 x 1.0c.4.0m
2 coudes à rayon court 2 x 1.4=2.8m
longueur de la conduite ' ' = 3.Sm
10.301D'après la table (20) la PDC à l'intérieur d'une conduite de refoulement de
(U mm), ayant une longueur équivalente de \0.3 ln transportant un volume de
gaz équivalent à 6.15 kW, est d'environ 25 kPa
Vérification de la vitesse des gaz:
Le coefficient de correction Cfc-: 1.08
Puissance corrigée: 6.01 x I.08~6.50 kW
Diagramme (3) -+V~ 8.5 mis
Abdou Bouna MBAYE 66 Ecole Supérieure PolytechniqueDépartement Génie Mécanique
Projet de Fin d'Etudes
Haute pression: tronçon EF
Tcmpénuurc d'aspiration Tasp IOvC
Température de condensation: Tc - 47°C
Coefficient de correction C fe- 0.96
Conception d'une unité mobile defabrique de glaces en barres
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Puissance comgéc : 8.06 x O.96~ 6.90 kW
Soit une longueur équivalente de la conduite de 15111.
La table (20) implique qu'une conduite de 06 mm) admettra une puissance
de S.15 kW avec une POC de 20 kPa.
Longueur équivalente réelle:
3 coudes à grand rayon -. 3 x 1.2=3.6111
2 coudes ci rayon court 2 x 1.7 c c3.4m
longueur de la conduite = 4 m
1110D'après [a table (20) la POC ci lintéricur d'une conduite de refoulement de
(16 mm), ayant une longueur équivalente de 11 m transportant un volume de gaz
équivalent ci 6.90 kW, est d'environ 15.15 kPa
Vérification de la vitesse des gaz:
I.c coefficient de correction Cfc> 0,89
Puissance corrigée: 8.06, 0.S9~7.17 kW
Diagramme (3) ~V~ 6 mis
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Abdou Bouna MBA vr: fi7 Ecole Supérieure PolytechniqueDépartement Génie Mécanique
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Projet JL' Fin d'Etudes
.:. Conduite liquide:
Conception d'urie unité mobile defabrique de glaces en barres
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Haute pression: TI"0I11,.' on GII
Température d'aspiration Tasp = 10('C
Température de condensation: Tc = 47°C
Coefficient de correction Cfc-: 1.05 (table 7)
Puissance corrigée: S.06 x I.OS~ 8.46 kW
Soit une longueur équivalente de la conduite de 15m; la table (13) implique
qu'une conduite de 13mlTI admettra une puissance de 8.79 kW avec une perte
de charge de 7.5 kPa.
Longueur équivalente réelle:
3 coudes à grand rayon 3 x l=301
2. robinets d'arrt'1.., 2 x 7.3= 14.601
3 coudes à rayon court.................................... 3 x 1.4=4.2m
1 voyant liquide 1 x 0.7~·O.7m
longueur de la conduite =3.0Sm
25.6m
Pour une longueur équivalente de 22.5111, une puissance de 8.46 kW, la table
(13) donne une perte de charge approximative de 10 kPa.
Enfin, la PDC duc au filtre déshydrateur doit être prise en compte et est égale à:
14 kPa pour un filtre propre.
Donc, la perte de charge totale est de: 14+1()~ 24 kPu
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AbdOL! BOUllQ MBA VI"-: 6B Ecole Superieure PolytechniqueDepartement Génie Mécanique
Projet de Fin d'Etudes
Basse pression: Tronçon t-IJ
Température ci 'aspiration 'lasp -'. -15°C
Température cie condensation: Tc = 47°C
Coefficient de correction Cfc> 1.13
Conception d'une unité mobile defabrique de glaces en barres
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Puissance corrigée: 6.01 x 1.13~ 6.79 kW
Soit une longueur équivalente de la conduite de ISm; la table (13) implique
qu'une conduite de l Omm admettra une puissance de 8.15 kW avec une perte
de charge de 20 kPa.
Longueur équivalente réelle:
.2 coudes à grand rayon ] x 1=3m
[ Té de dérivation l x 2~2m
longueur de la conduite S.Sm
10.Sm
Pour une longueur équivalente de l O.Sm, une puissance de 6.62 kW, la table
~- l ,') donne une perte de charge approximative de 11.64 kPa.
•
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Abdou Bouna MBA Yt 69 Ecole Supérieure PolytechniqueDépartement Génie Mécanique
Projet dl' lin détude
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 ~ 1 - 1 _ 1 _ 1 _ 1 _ 1 _ 1 _ 1 _.
Conception d'une unité mobile
de fabrique de glaces en barres
- 1
J
".'
eva à detenteseche
HJ-S5m
GH=3.oSmKL=2m
G
AB=35mCD=3mEF 4m
,piege ahuile
cnnd, .a air
~~~
.........
r t: rob...' ..{ d'a rret
fi Itredeshydrateur
-/0'1
ne', liquidemanuel - \ F
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transmetteur B H /// ~
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Projet de {in d'étude Conception d'une unite mobile
de fabrique de clnccs l'Il b.mcs
•
•VII) Evaluation du coût de l'installation:
• Tuyauterie ct robinetterie:
Prix
total
2000
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_-=-1 2000
,-------
._~-_ ..
700 , 2 1400 200--'
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1000 9 9000-
1400 2 2800-._- ---.
22550
16
22
1 . 1
D(mm)l, ' total 1 total:-- ,
I__IO~ 11000_ ~~ '1. 5500 0-+_13 1500 6.55 9825
!--2150 1 7 115050
_--L3_5_00j 2 ~17~;t0
total 37375 L_~IL..._. .__ , .._ .. ---.1_._1-
•
•
•
•
•
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re TpriX tot J--1'-1
117500 1-1 ----1
b~~
détendeur
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iD(m~)t voyant
1 ::[l'riX-+----,-;priNbre ' nbre1 tot 1 to
10
•
•
•
•
•
•
• Ce qui fait un total de : 219575 frs
•
•
•
--
Abdou Bouna MB!\ YI,. 77 l':,,::olc Superieure PolytechniqueDèp.utcmcnt (;l'nlt: Mécanique
Projet de li'l d'etude Conception d' une linitc mobilede fabrique de glaces Cil hillrl:~
7654750
614955
--- ._-,----~,
- _~-~,~+cl'CC26-=-c56~__-=l
2~'
-y ---'-c-c~~-----133000
-- -
unitaire Prix total - 1
-- - 49505-1,- ~~ -1~-~ --1663912 - ---1
-J==- ~::~~:3 -- -_Ji-==-=--\219575 --1_~__j77374 _"__ ~
73800
total-------
-- -' ---- --' - -Quantité Prix
- --------- r,--HP 1 495051~- ~-----,-
~BP 1 663912- ----' ~-~--
L23lJ271
-' --_._~ ,~~--~
1 652762- ~-
219575
35.17kg 2200-
) 307.5 240,---'
2S.Sm2
4760003081 kVA
~
l mm 22m 2 55905/1- ~"
71750/74m2
~,--
28m 29500/in
1-, ~
Tôle en acier
Tôle en inox
1 usage généra
1--"-l_,~ ~ ~
Réfrigérant
Saumure (kg
1 Mousse
, polyuréthane
Groupe
électrogène
Tôle cn inox
!1.Smm
[--~-~-[C~~pressel~
rcompresscUi,~ ,------
1 lvaporateu r
\Co;~n-seur
1 Plomberie,
•
•
•
•
•
•
•
•Fn tenant compte des prix non disponibles, majorons cette valeur trouvée de
•
•Ainsi, le coût de l'installation serti de :
Coûr- 12656452 x 1.1~ 13 922 097 frs
•
•
AbdOL! Bouua M13AYI-- l.coic Supérieure PolytechniqueDépartement Génie Mécamque
-
Projet de hn dTluci(,; Conception d'une unité mobiledl' fabrique de glaces en barres
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
--
Conclusion et recommandations
Avec l'utilisation qUI est prevue pour la g.1~lCC ct les zones d'uti.i-auion
dispersees, une étude de marché préalable s'avère necessaire pour déterminer
[cs localités où l'écoulement du produit serait rapide et maximal.
Par ailleurs. J'évaluation du coût du projet combinée à j'étude de marché mérite
d'être effectuée. En effet, elle nous aidera à prendre la décision d'augmenter ou
non notre objectif de production et de redimensionner notre installation le cas
échéant.
LII YLIe d'une bonne marche de j'installation, un certain nombre de
recommandation mérite d'être faite.
j~Jl effet, l'unité étant mobile et la qualité de l'cau varie d'une localité à l'autre.
Ainsi, il serait utile de:
>- Ne pas utiliser de l'eau saumâtre
);;> Prévoir une réserve d'eau {cau SDL) dans le container
,. Commencer la production de préférence aux heures ch: température basse.
-Abdou Bouna MBA YI~ 79 Ecole Supérieure Polytechnique
Departement Génie Mécanique
•
•
Projet de Jin cr etude
HIHLlO(;RAPHIF:
Conception J'une unité mobilede fabrique de g];:lCCS en barres
,.';:. ..
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DUNOD,
•
•
•
•
•
III JACQUi\fU), Pierre cl RAPIN, Pierre, « Formulaire du froid »
Paris, 2001 ( ll Sèdition )
[li ./ACQUARD, Pie-re cl RAPIN, Pierre, « Technologie des installations
frigorifiques» DUNOD, Paris, 2004 (8' édition)
131 COLliN, Daniel « Applications frigorifiques » PYC EDITION, Paris, 1975
141 SIRY, Khalilà « Notes de cours THERMODYNAMIQUE APPLIQUEE»
ESp,2004
151 BREIDERT, 1-1, J « Calcul des chambres froides» PYC EDITION, Paris,
1998
16] l'ALlO, Mbaye « l'l'l', Conception d'une unité de production de glace» ESp,
1992
Abdou Bouna Ml3AYL RO Ecole Supérieure PolytechniqueDépartement Genie Mécanique
•
•
•
Projet de Fin d'Elude
Abdou Boum MnAYI:
ANNEXEl
SI
Conception d'une uni IL' mobilede tabriquc dl' gtaccs en barres
Ecole Supérieure PolytechniqueDépartement Génie Mecanique
~ IVU..:ne Il #!JAESCDVPPClS
COMPACT SHELL
AND TUBE IIEAT EXCliANCCRS
_ .. 120 KW20
•
•:.;re~,• V)
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Projet de Fin clEtude
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ANNEXE 3
83
Conception dunc unite mobilede fabrique de ~LKCS en burn-s
Ecole Supérieure PolytechniqueDépartement Génie Mécanique
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Projet de Fin d'Etude
Abdou Bouna MI1/\ ....{E
ANNEXE 4
84
Conception d'une unité mobilede fabrique de gluees en barres
Ecole Superieure PolytechniqueDépartcrncut Génie M0L~111qlle
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Détendeurs Thermostatiques Série TConccptf on rnodularre avec mécantsmcs înt.crr-imn qr-ablcs
Tableau de sélection des ruér.antsrnes
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BD-----'00
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Options disponibles;
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Cl:,llgl'S trterruoitatiqurs ou MOr spéciales
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Nomenclature
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Ap(bar) 10,0 11,0 12,0.1 13,0 14,0 l c, Jl lr,.O 17.0 111.0
~~~ ~ ~~~~~ 0,93 1 0,8') .~J!,r,.1 D.S3 0.1>0 O,?~ L0.70
Pour un ~Ol" 1e r, oidrsscn '"'' t ""1"" "'[J( " 15 >:, repor tee-vou \ ~ Ufdcleurde cOIf"ctioll d~ 1,1 l'''')~ 5:> d" ("r.,I,,'J'1P
19,0
0.74
20.0
0.72
21,0
0.70
:>:,,0(1,(i·1
(,4
----
Facteurs de correction pour détendeursSéries TI, TX6, T et L
Pour des conditions d'emploi outree que +3BoC/+'1"(cl 1 Kdu [luide d c suus rcfroidis scrnr nt àlentrr-c dll
dè rcndcur. appliquerla furmule suiv ..nte:
\
k2t:4,qMP
•
•
Q,,'Q,'K.:
Pu.ssanco nomtnolePuissance frigorifique requiseFactuor de correction pour temp~r,ltlll r
d'évaporation et du fluiderecteur de correction pour chute ciepression au détendeur
1"'111 I,,'. ,1'llll' r ond.tiouc de f'Il"tiUlllll.'lllO.'lll, lin outtl dc ,,(oII~C.tiorl ~{)U~
fl>l m,li fHl'1 peut l'Ire obtenu iJupr~s liesblJr(',ll.l~ dl' w'nle ,I\lu.!
•
•
1empèreiurc dl'T--,fluide al'entrè c 1 R 134a
Facteur de corre etron K,]"_'11 'p~r ,lllll'~ (J'c,vJ l' (" <l ti orl
-c
Pour un sous refroidissement supérieur ~ 15 K,reportez-vous àulecteur de correction de la page 52 du cataloque
1,5 1
2,02 1
9,5
0,80
2,0
1.75
10,0
0,78
2,5
l,57
10,5
O,7fi
Ai ~ IIQ~O_1If fi.J