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    ORGANES PRINCIPAUX D'UNE MACHINE FRIGORIFIQUE

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    Date d'inscription : 01/01/2010

    ORGANES PRINCIPAUX D'UNE MACHINE FRIGORIFIQUE

    Message  Admin le Ven 1 Jan - 14:24

    3.1 GENERALITES

    La machine frigorifique à compression de vapeur est composée de 4 organes principaux que sont :

    - le compresseur

    - le condenseur

    - le détendeur

    - l’évaporateur

    Le fluide frigorigène décrit un cycle fermé en quatre phases à travers le circuit constitué des organes principaux :

    - la compression du fluide gazeux

    - la condensation du fluide gazeux

    - la détente du fluide liquide

    - la vaporisation du fluide liquide (production du froid)


    Figure 3.0 : Schéma de base d’une machine frigorifique.

    Le compresseur aspire le fluide frigorigène gazeux (à bas niveau de température et de pression) issu de l’évaporateur, le comprime à un niveau plus haut de température et de pression puis le refoule vers le condenseur.



    http://www.2ie-edu.org/cours/techniques_frigorifiques/images/vues_compresseur_hermetique.JPG


    Figure 3.1 : Vues de compresseur hermétique.

    Le condenseur est un échangeur de chaleur qui va permettre l’évacuation de la chaleur contenue dans le fluide frigorigène gazeux issu du compresseur en le liquéfiant. Cette condensation (liquéfaction) est obtenue par le refroidissement du fluide frigorigène gazeux à pression constante par un médium qui peut être de l’eau ou de l’air.

    Cette évacuation de chaleur s’effectue en trois étapes :

    - la désurchauffe des vapeurs de fluide frigorigène (évacuation par chaleur sensible – tronçon AB)

    - la condensation des vapeurs (évacuation par chaleur latente – étape principale – tronçon BC)

    - le sous refroidissement du fluide frigorigène liquide (évacuation par chaleur sensible – tronçon CD)


    http://www.2ie-edu.org/cours/techniques_frigorifiques/images/condenseur_air.JPG


    Figure 3.2 : Condenseur à air.



    Le détendeur permet de réduire la pression du fluide frigorigène liquide (création de pertes de charge) issu du condenseur avant son introduction dans l’évaporateur dans le but de permettre sa vaporisation à basse température dans l’évaporateur.

    Il régule aussi la quantité de fluide frigorigène liquide arrivant à l'évaporateur en fonction des besoins de "froid" (uniquement pour les détendeurs thermostatiques).

    Pour les détendeur du type capillaire (tubes capillaire), le débit du fluide frigorigène arrivant dans l’évaporateur est fonction du diamètre intérieur (de 0.6 à 1.5 mm) et de la longueur (de 1.80 à 3.50 m) du tube ainsi que de la différence de pression entre le condenseur et l’évaporateur.



    http://www.2ie-edu.org/cours/techniques_frigorifiques/images/detendeur_capillaire.JPG

    Figure 3.3 : Détendeur type capillaire.



    L’évaporateur est un échangeur de chaleur dans lequel le fluide frigorigène liquide à bas niveau de température et de pression va absorber la chaleur du milieu à refroidir (air ou eau) à pression constante devenant ainsi gazeux.

    Cette absorption de chaleur s’effectue en deux étapes :

    - l’évaporation du fluide frigorigène liquide (aspiration de chaleur latente – étape principale – tronçon AB)

    - la surchauffe des vapeurs issues de l’évaporation du fluide frigorigène liquide (aspiration de chaleur sensible – tronçon BC)

    http://www.2ie-edu.org/cours/techniques_frigorifiques/images/evaporateur.JPG

    Figure 3.4 : Evaporateur.



    Ce fluide frigorigène gazeux est à nouveau absorbé par le compresseur et le cycle reprend.



    3.2 LES COMPRESSEURS



    3.2.1 Technologie des compresseurs



    Il existe deux grands types de compresseurs à vapeur :

    - les compresseurs volumétriques dans lesquels la compression des vapeurs est obtenue par la réduction du volume intérieur d’une chambre de compression, c’est le type de compresseur le plus répandu sur les installations frigorifiques.

    - les compresseurs centrifuges aussi appelés turbocompresseurs dans lesquels la compression résulte de la force centrifuge obtenue par entraînement dynamique au moyen d’une roue à aubes, c’est un type de compresseurs destiné à des applications spécifiques et utilisés pour de grandes puissances (groupes frigorifiques de grande puissance en génie climatique par exemple).



    3.2.2 Les compresseurs volumétriques



    Il existe plusieurs types de compresseurs volumétriques et la classification retenue permet de distinguer :

    - les compresseurs à pistons dont le plus connu est le compresseur à pistons alternatif c’est le type de compresseur le plus répandu ; la compression des vapeurs est obtenue par le déplacement d’un ou de plusieurs pistons dans une capacité donnée (cylindre); il faut également signaler les compresseurs à pistons axial (compresseurs à plateau oscillant) rencontrés surtout dans le domaine de la climatisation automobile

    - les compresseurs rotatifs aussi appelés compresseurs à palettes dans lesquels la compression des vapeurs est obtenue par déplacement d’un corps cylindrique creux d’une masse excentrée agissant sur une palette mobile

    - les compresseurs à spirales aussi appelés compresseurs scroll dans lesquels la compression des vapeurs est obtenue par la rotation d’une spirale mobile dans une spirale fixe

    - les compresseurs à vis parmi lesquels il faut distinguer les compresseurs mono vis (mono rotor) et les compresseurs double vis (bi rotors)

    3.2.3 Les compresseurs centrifuges



    Un compresseur centrifuge est une turbomachine qui communique l’énergie au fluide frigorigène grâce à une ou plusieurs roues tournant dans un carter : l’énergie cinétique résultant de la force centrifuge est ensuite transformée en pression statique dans un canal à section croissante appelée volute.



    3.2.4 Association Moteur Compresseur



    Lorsqu’on parle de compresseur, on sous entend moto compresseur, le compresseur étant la partie mécanique entraînée par un moteur électrique.

    Suivant le type de liaison ou d’association entre les deux parties, on distingue :

    - les compresseurs hermétiques

    - les compresseurs ouverts

    - les compresseurs semi hermétiques ou semi ouverts



    3.2.4.1 Les compresseurs hermétiques



    Le moteur électrique et le compresseur sont enfermés dans la même enveloppe sans possibilité d’accès « en principe » à chacune des parties de manière isolée, l’ensemble est supporté généralement par ressorts pour éviter la transmission des vibrations.

    Le compresseur aspire les vapeurs de fluide frigorigène à l’intérieur de l’enveloppe et le refoulement est effectué au travers d’une tuyauterie souple brasée à l’enveloppe.

    Le moteur électrique est alimenté par des fils reliés à des bornes étanches.

    L’étanchéité de ces compresseurs est assurée par des joints fixes (passage des fils et des tuyauteries).

    Ce type de compresseur est utilisée pour les petites puissances (réfrigérateurs, climatiseurs…) et les moyennes puissances (refroidisseurs de liquides, armoires de climatisation…).



    3.2.4.2 Les compresseurs ouverts



    Le moteur électrique et le compresseur sont associés par un organe de liaison qui peut être un manchon d’accouplement ou une ou plusieurs courroies.

    L’accès aux différents éléments du compresseur de même que ceux du moteur est possible.

    Dans ce type de compresseur, la vitesse de rotation est ajustable et modifiable en changeant la poulie du moteur par exemple, cependant ce type nécessite un joint d’étanchéité tournant (joint rotatif) à la traversée du carter par l’arbre. Il est utilisé pour toutes les puissances.



    3.2.4.3 Les compresseurs semi hermétiques ou semi ouverts



    Il s’agit d’un type intermédiaire entre les précédents types. Le moteur électrique et le compresseur sont montés sur un arbre commun et sur le même bâti avec la possibilité d’accès à chaque élément, ce qui fait que ces compresseurs sont également appelés compresseurs hermétiques « accessibles ». L’accessibilité est réalisée par des plaques boulonnées sur le bâti. Ce type bénéficie des avantages du groupe ouvert (accès au mécanisme) et du groupe hermétique (pas de garniture d’étanchéité).

    Ils sont utilisés pour les moyennes puissances.






    Hermétique

    Ouvert

    Semi hermétique



    Figure 3.5 : Associations moteur – compresseur.
    Les compresseurs à pistons alternatifs peuvent se retrouver suivant les trois configurations et le tableau 4.0 précise les applications associées.



    Tableau 3.0 : Caractéristiques des compresseurs à pistons suivant les

    différentes associations moteur – compresseur.

    Type

    Vitesse de rotation (tr/mn)

    Volume balayée (m3/h)

    Applications

    Régulation de puissance

    Hermétique

    3000

    0.6 à 95

    Froid ménager

    Froid commercial

    Climatisation

    Moteur à deux vitesses

    Semi hermétique

    1500

    3 à 180

    Froid commercial

    Semi industriel

    Hors service des cylindres



    Ouvert

    500 à 1800

    0.81 à 1700

    Froid commercial

    Semi industriel

    Froid Industriel

    Hors service des cylindres

    Ouverture forcée des clapets BP



    3.2.5 Comparaison des principales caractéristiques des compresseurs



    Le tableau ci-dessous permet de faire une comparaison entre les principales caractéristiques des différents types de compresseurs.



    Tableau 3.1 : Caractéristiques des différents types de compresseurs.

    Type

    Pistons

    Rotatif

    Spirales

    Vis

    Turbo

    Volume balayée (m3/h)



    Jusqu’à 1500

    de 350 à 5600



    Faible

    de 10 à 200

    de 500 à 5000



    De 800 à 50000

    Vitesse de rotation (tr/mn)

    Jusqu’à 1800

    Jusqu’à 4000

    Jusqu’à 10000

    Jusqu’à 3000

    Jusqu’à 30000

    Taux de compression

    2 à 10

    5 à 6

    Environ 5

    20 à 30

    3.5 à 4



    Applications

    Ménager

    Commercial

    Industriel

    Commercial

    Industriel

    Commercial

    Industriel

    Industriel





    Figure 3.6 : Cycle de fonctionnement d’un compresseur rotatif.






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