cours nouveau 17 – COURS INDUSTRIELS

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TECHNIQUE GENERALE

TECHNIQUE DU FROID

COURS DE BASE

Edition : juillet07 YSH04054

1

Sommaire

1.2 Modes de production du froid et applications

1 GENERALITES

1.1 Introduction

1.3 Eléments de physiques

1.3.1 Température

1.3.2 Chaleur

1.3.3 Puissance

1.3.4 Pression

1.3.5 Changement d’état

2 LES FLUIDES FRIGORIGENES

2.1 GENERALITES
2.2 CLASSIFICATION

2.2.1 Les composés inorganiques
2.2.2 Les composés organiques

2.2.2.1 Les corps purs
2.2.2.2 Les mélanges
2.2.2.3 Les hydrocarbures

2.3 IMPACTS ENVIRONNEMENTAUX
2.3.1 Destruction de la couche d’ozone
2.3.2 Réchauffement de la planète
2.3.3 Caractérisation des impacts environnementaux
2.3.4 Récupération des fluides frigorigènes

2.3.4.1 Frigorigène récupéré
2.3.4.2 Récupération
2.3.4.3 Recyclage
2.3.4.4 Régénération

2.3.5 Les contaminants des fluides frigorigènes
2.3.6 Choix d’un fluide frigorigène

2.4 Les huiles frigorigènes

3 ORGANES PRINCIPAUX D’UNE MACHINE FRIGORIFIQUE

3.1 GENERALITES
3.2 LES COMPRESSEURS

3.2.1 Technologie des compresseurs
3.2.2 Les compresseurs volumétriques
3.2.3 Les compresseurs centrifuges
3.2.4 Association Moteur Compresseur

3.2.4.1 Les compresseurs hermétiques

2

3.2.4.2 Les compresseurs ouverts
3.2.4.3 Les compresseurs semi hermétiques ou semi ouverts

3.2.5 Comparaison des principales caractéristiques des compresseurs

3.3 COMPRESSEUR A PISTONS HERMETIQUE

3.3.1 Principe de fonctionnement
3.3.2 Dispositifs de transfert d’énergie

3.3.2.1 Arbre excentrique et arbre vilebrequin
3.3.2.2 Les bielles
3.3.2.3 La garniture d’étanchéité
3.3.2.4 Le carter
3.3.2.5 Les dispositifs de lubrification
3.3.2.6 Le piston
3.3.2.7 Les soupapes ou clapets
3.3.2.8 Dispositifs de variation de puissance

3.4 LES CONDENSEURS

3.4.1 Technologie des condenseurs
3.4.2 Les condenseurs à air

3.4.2.1 Les condenseurs à air à convection naturelle
3.4.2.2 Les condenseurs à air à convection forcée

3.4.2.2.1 Condenseurs à air à convection forcée verticaux
3.4.2.2.2 Condenseurs à air à convection forcée horizontaux

3.4.3 Les condenseurs à eau

3.4.3.1 Les condenseurs à double tube
3.4.3.2 Les condenseurs bouteilles
3.4.3.3 Les condenseurs multitubulaires
3.4.3.4 Les condenseurs à plaques brasées
3.4.3.5 Notion de groupe de condensation
3.4.4 Sous refroidissement des condenseurs
3.4.5 Systèmes de refroidissement des condenseurs à eau

3.4.5.1 Les Aérorefroidisseurs
3.4.5.2 Les Tours de refroidissement

3.4.5.2.1 Les tours de refroidissement à circuit ouvert
3.4.5.2.2 Les tours de refroidissement à circuit fermé
3.4.5.2.3 La notion d’approche des tours de refroidissement

3.4.5.3 Les condensateurs évaporatifs

3.4.6 Echanges thermiques dans les condenseurs

3.5.3.1 Les détendeurs thermostatiques à égalisation de pression interne
3.5.3.2 Les détendeurs thermostatiques à égalisation de pression externe

3.5 LES DETENDEURS

3.5.1 Technologie des détendeurs
3.5.2 Les tubes capillaires
3.5.3 Les détendeurs thermostatiques

3.5.3.3 Les détendeurs MOP

3.5.4 Les détendeurs électroniques

3.6 LES EVAPORATEURS

3.6.1 Technologie des évaporateurs
3.6.2 Evaporateurs à détente sèche
3.6.3 Evaporateurs noyés
3.6.4 Les évaporateurs à eau

3.6.4.1 Les évaporateurs double tube
3.6.4.2 Les évaporateurs du type serpentin

3

3.6.4.3 Les évaporateurs multitubulaires

3.6.4.3.1 Les évaporateurs multitubulaires noyés
3.6.4.3.2 Les évaporateurs multitubulaires à détente sèche

3.6.4.4 Les évaporateurs du type échangeur à plaques

3.6.5 Les évaporateurs à air

3.6.5.1 Les évaporateurs à convection naturelle
3.6.5.2 Les évaporateurs à convection forcée

3.6.6 Surchauffe des évaporateurs
3.6.7 Echanges thermiques dans les évaporateurs
3.6.8 Dégivrage des évaporateurs

3.6.8.1 Dégivrage par circulation d’air ambiant
3.6.8.2 Dégivrage à l’eau
3.6.8.3 Dégivrage à la saumure
3.6.8.4 Dégivrage par résistances électriques
3.6.8.5 Dégivrage par gaz chauds

4 ORGANES ANNEXES D’UNE MACHINE FRIGORIFIQUE

4.1 LE RESERVOIR DE LIQUIDE
4.2 LA BOUTEILLE ANTI-COUPS DE LIQUIDE
4.3 LE SEPARATEUR D’HUILE
4.4 L’ECHANGEUR DE CHALEUR LIQUIDE VAPEUR
4.5 LES POMPES
4.6 LES VENTILATEURS
4.7 LE FILTRE DESHYDRATEUR
4.8 LES VOYANTS
4.9 ELIMINATEUR DE VIBRATIONS
4.10 ELECTROVANNE
4.11 ORGANES DIVERS
4.11.1 Le désurchauffeur
4.11.2 Le silencieux de refoulement
4.11.3 Les purgeurs d’incondensables

REGULATEUR d’ EVAPORATION

4.12
4.13 REGULATEUR de CAPACITE
4.14 REGULATEUR de PRESSION DE CONDENSATION
4.15 REGULATEUR de DEMARRAGE
4.16 RDK
4.17 REGULATION PROTECTION MINIMUM

5 ORGANES DE COMMANDE ET DE SECURITE

5.1 LES ORGANES DE ROBINETTERIE
5.1.1 Les robinets manuels d’isolement
5.1.2 Les robinets 3 voies
5.1.3 Le clapet de non retour
5.1.4 Les robinets manuels de réglage
5.1.5 Les robinets manuels de purge d’huile
5.1.6 Le robinet 4 voies d’inversion de cycle

5.2 LES THERMOSTATS
5.3 LES PRESSOSTATS
5.4 AUTRES DISPOSITIFS

4

5.4.1 Contrôleur de débit
5.4.2 Soupapes de sûreté
5.4.3 Protections électriques

6 REGULATIONS TYPES DES INSTALLATIONS FRIGORIFIQUES

6.1 SCHEMA TYPE D’UNE INSTALLATION FRIGORIFIQUE
6.2 REGULATION PAR ACTION DIRECTE
6.3 REGULATION PAR TIRAGE AU VIDE AUTOMATIQUE

7 CALCUL DES MACHINES A COMPRESSION DE VAPEUR

7.1 REGIME DE FONCTIONNEMENT
7.2 LE CYCLE FRIGORIFIQUE

7.2.1 Le cycle frigorifique de référence
7.2.2 Le cycle théorique
7.2.3 Le cycle parfait
7.2.4 Le cycle réel

8 ENTREPOSAGE FRIGORIFIQUE

8.1 GENERALITES

8.1.1 Processus d’altérations des aliments
8.1.2 Agents responsables de l’altération des aliments

8.1.2.1 Les enzymes
8.1.2.2 Les microorganismes

8.1.3 Chaîne du froid
8.1.4 Réfrigération
8.1.5 Congélation
8.1.6 Surgélation
8.1.7 Atmosphères contrôlées
8.1.8 Opérations préliminaires et complémentaires

8.1.8.1 Le refroidissement initial ou préréfrigération
8.1.8.2 La maturation complémentaire
8.1.8.3 Autres techniques

8.1.9 Incompatibilités d’entreposage
8.1.9.1 Incompatibilités thermiques
8.1.9.2 Incompatibilités dues aux odeurs et à l’éthylène

8.1.10 Vitesse de congélation et décongélation

8.2 CONCEPTION DES ENTREPOTS FRIGORIFIQUES

8.2.1 Classification des entrepôts frigorifiques
8.2.2 Cahier des charges techniques d’un entrepôt frigorifique

8.3 DISPOSITIONS CONSTRUCTIVES DES ENTREPOTS FRIGORIFIQUES

8.3.1 Génie civil
8.3.1.1 Plancher
8.3.1.2 Sol
8.3.1.3 Murs
8.3.1.4 Toiture
8.3.1.5 Plafond

8.3.2 Isolation

8.3.2.1 Isolation traditionnelle

5

8.3.2.2 Panneaux préfabriqués
8.3.2.3 Isolation du sol
8.3.3 Portes isothermes
8.3.4 Eclairage des chambres froides
8.3.5 Variation de pressions dans les chambres froides
8.3.6 Migration d’humidité
8.3.7 Détermination des dimensions intérieures des chambres froides

8.4 BILAN FRIGORIFIQUE D’UNE CHAMBRE FROIDE

8.4.1 Généralités
8.4.2 Charges thermiques externes

8.4.2.1 Charge thermique par transmission à travers les parois Qtr
8.4.2.2 Charge thermique due au renouvellement d’air Qre
8.4.2.3 Charge thermique par ouverture des portes Qop

8.4.3 Charges thermiques internes

8.4.3.1 Charges thermiques internes indépendantes des produits entreposés

8.4.3.1.1 Charge thermique due à l’éclairage
8.4.3.1.2 Charge thermique due aux personnes
8.4.3.1.3 Charge thermique due au matériel roulant
8.4.3.1.4 Charge thermique due à des machines diverses

8.4.3.2 Charges thermiques internes dépendantes des denrées entreposées

8.4.3.2.1 Charge thermique due aux denrées entrantes Qde
8.4.3.2.2 Charge thermique due à la respiration des denrées Qres
8.4.3.2.3 Charge thermique due à la fermentation des denrées Qferm

8.4.4 Puissances frigorifiques de l’évaporateur
8.4.5 Charge thermique due aux moteurs des ventilateurs des évaporateurs
8.4.6 Charge thermiques due aux résistances de dégivrage
8.4.7 Puissance frigorifique effective de l’évaporateur

8.5 CHOIX DES EQUIPEMENTS DE L’INSTALLATION FRIGORIFIQUE

8.5.1 Choix de l’évaporateur
8.5.2 Choix du compresseur ou du groupe de condensation
8.5.3 Choix du condenseur
8.5.4 Choix du détendeur thermostatique
8.5.5 Choix de l’électrovanne

9 OPERATIONS DE MISES EN SERVICE

9.1 MATERIEL DE MISE EN SERVICE
9.2 RECHERCHE DE FUITES
9.3 TIRAGE AU VIDE
9.4 CASSAGE DU VIDE
9.5 CHARGE EN FLUIDE FRIGORIGENE D’UNE INSTALLATION
9.6 COMPLEMENT DE CHARGE EN FLUIDE FRIGORIGENE
9.7 VERIFICATION DU BON FONCTIONNEMENT
9.8 CUIVRE et BRASAGE
9.9 SOUTIRAGE ET COMPLEMENT D’HUILE
9.10 RECUPERATION DE FLUIDE FRIGORIGENE
9.11 DEGIVRAGE

10 PANNES CLASSIQUES

10 PANNES CLASSIQUES

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10.1 PANNES FRIGORIFIQUES

10.1.1 Panne du détendeur trop petit
10.1.2 Panne du manque de charge
10.1.3 Panne de la pré-détente
10.1.4 Panne de l’évaporateur trop petit
10.1.5 Panne du compresseur trop petit
10.1.6 Panne de l’excès de charge
10.1.7 Panne des incondensables
10.1.8 Panne du condenseur trop petit
10.1.9 Synthèse des pannes frigorifiques

10.2 PANNES ELECTRIQUES
10.2.1 Moteurs monophasés
10.2.2 Les condensateurs
10.2.3 Moteurs électriques triphasés

10.2.3.1 Enroulements des moteurs triphasés
10.2.3.2 Démarrage des moteurs électriques triphasés
10.2.3.2.1 Les moteurs à démarrage Part Winding
10.2.3.2.2 Démarrage des moteurs à 2 vitesses

11 CLIMATISATION

11.1 GENERALITES
11.2 LES DIFFERENTS SYSTEMES DE CLIMATISATION

11.2.1 Les systèmes à détente directe
11.2.1.1 Les climatiseurs de fenêtre
11.2.1.2 Les splits system
11.2.1.3 Les armoires de climatisation
11.2.1.4 Les monoblocs

11.2.2 La climatisation centrale à eau glacée

11.2.2.1 Les groupes frigorifiques
11.2.2.2 La distribution de l’eau glacée
11.2.2.3 Les ventilo-convecteurs
11.2.2.4 Les centrales de traitement d’air

11.2.3 La diffusion de l’air

11.2.3.1 Diffusion directe par l’unité intérieure
11.2.3.2 Diffusion par réseau aéraulique
11.2.3.3 Les éléments terminaux de diffusion

12 LE FROID DOMESTIQUE ET DE CAMPING

7

1.1 INTRODUCTION

Le froid trouve de nombreuses applications dans des domaines très variées (industries agro-
alimentaires, médecine, confort thermique, pétroléochimie…) et c’est dans le domaine
alimentaire que le froid occupe une place prépondérante car il permet de limiter les
gaspillages (pertes après récolte…) et de prolonger la durée de conservation des produits ce
qui permet un élargissement des échanges.

On a pu estimer que dans certaines régions du monde, 50% des denrées alimentaires
disponibles se perdent entre la période qui s’écoule entre le moment de la production et celui
de la consommation. Ainsi, dans le domaine alimentaire, l’objectif du froid est de maintenir la
qualité originale des produit en limitant (ou en supprimant) les altérations liées au
développement des microorganismes, altérations très rapides dans les pays chauds à cause des
conditions climatiques (température, humidité relative) qui sont favorables à la prolifération
des bactéries, levures et moisissures.

Pour les produits fabriqués par l’industrie agroalimentaire (lait, fromage…), le froid permet
d’améliorer leur qualité en favorisant la maîtrise des conditions de fabrication par une
optimisation des paramètres climatiques influençant le comportement des microorganismes.

Le froid permet aussi l’augmentation du volume de production agricole par la modification du
cycle végétatif des plantes améliorant ainsi leur rendement (printanisation des céréales…).

En production animale, le froid permet la conservation longue durée du sperme destiné à
l’insémination artificielle ou encore la conservation des sérums et des vaccins destinés à
enrayer les épidémies frappant les animaux.

L’avancée technologique de nos jours qui autorise un contrôle plus précis de la température
et de l’humidité permet d’améliorer la production du froid.

L’utilisation des atmosphères artificielles permet d’augmenter la durée de conservation de
certains fruits et légumes, de même l’utilisation d’adjuvants permet de renforcer l’action du
froid mais leur utilisation doit être conforme à la législation nationale relative à la protection
des aliments.

Dans les pays chauds et humides, une température de l’ordre de +10°C permet une bonne
conservation du poisson fumé, du lait concentré ou en poudre, des conserves de
viandes…ce qui montre une bonne complémentarité entre le froid et les autres techniques
de conservations (séchage…).

Il faut retenir que l’alimentation d’une population mondiale sans cesse croissante exige que
des efforts réalisés pour accroître les productions alimentaires soient accompagnés
d’initiatives destinées à réduire sinon à éliminer les pertes qui autrement resteraient
considérables à toutes les étapes de la distribution et de la transformation des aliments.

Dans le contexte des pays africains en voie de développement, ces initiatives de
conservation des aliments doivent couvrir un vaste champ de techniques (abaissement de
l’activité de l’eau, traitements thermiques à haute température, traitement thermique à basse
température, abaissement du pH, utilisation d’additifs alimentaires, préparation stockage
condition des aliments, séparation ou fractionnement).

Les traitements thermiques à basse température (le froid) seront étudiés dans le cadre de ce
cours.

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