Soutenance mémoire
La recherche du confort a été depuis toujours pour l’homme une quête interminable. Les divers changements climatiques apparus durant ces dernières années ont forcé l’homme à l’évolution de la technologie afin de satisfaire ses besoins. Un des facteurs clés pouvant influer sur le confort est la température du milieu ambiant ; un problème auquel plusieurs solutions ont déjà été découvertes par l’intermédiaire de divers appareils de conditionnement d’air et de climatisation.
NOTIONS SUR LES TRANSFERTS THERMIQUES
Un transfert thermique, appelé plus communément chaleur, est un transfert d’énergie microscopique désordonnée. Cela correspond en réalité à un transfert d’agitation thermique entre particules, au gré des chocs aléatoires qui se produisent à l’échelle microscopique. L’exemple le plus courant de situation mettant en jeu un transfert thermique est le système constitué de deux corps en contact et ayant des températures différentes. Le corps le plus chaud cède de l’énergie sous forme de chaleur au corps le plus froid. Il y a transfert thermique entre les deux corps. Il peut se produire des transferts thermiques vers un système dont la température reste constante, par exemple dans le cas d’un changement d’état physique (exemple : la fonte de la glace à 0°C sous la pression atmosphérique). L’étude de ces transferts s’effectue dans le cadre de la discipline thermodynamique en s’appuyant sur deux principes.
Principes de la thermodynamique
Premier principe
Le Premier Principe attribue à tout système fermé et initialement considéré au repos une quantité d’énergie propre, que l’on appelle son énergie interne U et qui possède les propriétés d’une fonction d’état. Celle-ci se trouve enrichie ou appauvrie par l’apport ou le retrait du travail W et de la chaleur Q qui traversent la frontière du système .
Le principe est dit de l’état initial et de l’état final, selon lequel la quantité d’énergie échangée W + Q ne dépend pas du chemin suivi mais seulement de l’état initial et de l’état final de l’évolution.
Second Principe
Selon Carnot : « Au cours d’une transformation fermée monotherme, le système ne peut que recevoir du travail et dégager de la chaleur ». Chaque sous-système fermé à température uniforme T possède une fonction d’état S, appelée entropie, qui est nulle à la température du zéro absolu et qui recueille la chaleur de toute origine selon la relation différentielle .
Conséquences des deux principes
Si le système reçoit de la chaleur du milieu extérieur, il doit fournir à celui-ci du travail qui est l’équivalent en chaleur : cette installation est appelée installation thermique motrice ou « installation thermodynamique ».
Convection
La convection est un transfert de chaleur dans un milieu matériel avec mouvement de matière. Ce mode de transfert ne concerne donc que les fluides ou les échanges entre un solide et un fluide. Contrairement à la conduction où le transfert de chaleur se fait « par contact », dans le fluide, la possibilité de déformation sous l’effet de la température permet de mettre en œuvre des mouvements de ce fluide plus ou moins importants. Ces mouvements sont dus à des différences de pression et/ou des différences de température. Selon la nature du mécanisme qui provoque le mouvement du fluide on distingue :
– La convection libre ou naturelle : le fluide est mis en mouvement sous le seul effet des différences de masse volumique résultant des différences de températures sur les frontières et d’un champ de forces extérieures (la pesanteur).
– La convection forcée : Un fluide peut aussi être mis en mouvement de manière artificielle pour accélérer les échanges thermiques.
L’étude du transfert de chaleur par convection permet de déterminer les échanges de chaleur se produisant entre un fluide et une paroi.
Climatisation
La climatisation est la création et le maintien d’un air ambiant dont la température, l’humidité et la pureté sont contraintes. Une climatisation, quel que soit le procédé technique fonctionne toujours suivant les mêmes principes : filtration et transfert de chaleur, la machine frigorifique permet d’évacuer vers l’extérieur la chaleur excédentaire des locaux. Les systèmes de climatisation sont classés selon leur capacité utile de refroidissement, qui est exprimée en Unité Thermique Britannique par heure (BTU/h), soit 0,293 W et aussi la frigorie par heure (Fg/h) tel que 1 Fg/h = 1,1625 W. L’efficacité de la climatisation dépend de l’appareillage, mais également de l’isolement, ou étanchéité, du local par rapport à l’extérieur. On distingue plusieurs sortes d’appareillages de climatisation :
– Climatiseur polybloc : split system
– Climatiseur monobloc : window
– Climatiseur pour informatique : armoire
– Pompe à chaleur
– Climatiseur centralisé : à air, à eau glacée .
Le split-system
Le plus utilisé actuellement pour la climatisation individuelle, ce système comprend :
– une unité intérieure ou convecteur contenant l’évaporateur délivrant le froid et les systèmes de régulation de la température
– une unité extérieure ou groupe d’alimentation placée au sol, en terrasse, sur balcon ou contre un mur de façade.
Ces unités sont reliées par une liaison de 2 petits tubes frigorifiques et un câble électrique. L’avantage de ce type de climatisation est la réduction du bruit puisque le compresseur est contenu dans l’unité extérieure.
Le conditionnement d’air
Le conditionnement d’air fait partie d’une branche appelée HVAC ou Heating Ventilation and Air-Conditioning. C’est un ensemble de traitements de l’air local en vue de l’obtention des caractéristiques précises de température et d’hygrométrie afin d’obtenir des conditions de confort (favorables à la vie, la santé et au bien-être) pendant toute l’année. Les fonctions des installations HVAC peuvent être divisées en deux sous-domaines selon leur but :
– La désignation Installations de Confort reprend toutes les installations qui créent et maintiennent automatiquement un climat ambiant agréable, qui favorise la santé et l’efficacité des gens dans les habitations, bureaux, écoles, hôpitaux, restaurants, salles de cinéma, théâtres, centres commerciaux, etc.
– La désignation Installations Industrielles reprend toutes les installations qui génèrent et maintiennent un climat ambiant ou une condition ambiante afin de garantir un processus de production spécifique, processus de stockage ou de mûrissement.
Systèmes de chauffage
L’objectif des installations de chauffage est de créer une température ambiante constante et agréable pendant toute la période de chauffage. Les installations de chauffage produisent de l’eau chaude pour le chauffage d’ambiance et, dans la plupart des installations, pour l’eau chaude sanitaire aussi. La technique de chauffage d’un bâtiment comprend les domaines de la production de chaleur, de la répartition calorifique et du transfert de chaleur. La production de chaleur est aujourd’hui une partie complexe de la technique de chauffage. Les chaudières conventionnelles sont alimentées au mazout, au gaz, au bois ou au charbon. Outre celles-ci, on utilise pour la production de chaleur des pompes calorifiques, des centrales thermoélectriques de type bloc, l’énergie solaire ou des combinaisons de ces générateurs de chaleur (production bivalente de chaleur), ainsi que des postes de transfert de chauffage à distance. La technique des sanitaires est étroitement liée à la technique de chauffage.
Systèmes de ventilation
La fonction principale des systèmes de ventilation est le renouvellement de l’air principalement dans les usines, les salles de cinéma, théâtres, restaurants, etc., c’est-à-dire dans les bâtiments où l’air s’épuise ou se pollue rapidement. Pendant la période de chauffage, la température ambiante doit être maintenue à la valeur souhaitée, malgré l’apport d’air frais. C’est à cela que servent les réchauffeurs d’air qui sont chauffés principalement avec de l’eau chaude. Cependant, l’électricité ou la vapeur sont aussi utilisés.
Systèmes de climatisation
Notre bien-être et notre rendement ne sont pas seulement influencés par la température ambiante mais aussi par l’humidité, la pureté et la fraîcheur de l’air, bref, par un climat ambiant le mieux adapté possible à notre organisme et nos sensations. Ces facteurs peuvent être influencés par une installation de climatisation. Le traitement de l’air se fait par des réchauffeurs, refroidisseurs et humidificateurs d’air. Le domaine de travail de la technique de climatisation s’étend aujourd’hui de la climatisation de pièces individuelles et d’habitations à de grandes installations, comme des immeubles de bureaux, centres commerciaux, aéroports, etc.
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Table des matières
INTRODUCTION
PARTIE 1 : CONTEXTE GENERAL
CHAPITRE I – NOTIONS SUR LES TRANSFERTS THERMIQUES
1. Principes de la thermodynamique
a. Premier principe
b. Second Principe
c. Conséquences des deux principes
2. Echanges thermiques
a. La conduction
b. Convection
Convection naturelle
Convection forcée
c. Rayonnement
d. Utilisation simultanée
Cas d’un mur simple
Cas d’un mur multicouche
Cylindre creux
Cylindre creux multicouche
3. Production du froid
a. Principe
Représentations des états du fluide frigorigène
Applications du froid
b. Climatisation
Le split-system
Le climatiseur de type window
L’armoire informatique
Pompe à chaleur
Climatisation centralisée
c. Le conditionnement d’air
Systèmes de chauffage
Systèmes de ventilation
Systèmes de climatisation
CHAPITRE II – GENERALITES SUR L’ACQUISITION DE DONNEES
1. Principe
2. Eléments constitutifs
a. L’acquisition de données
Capteur
Amplificateur de signal et filtre
Echantillonneur-bloqueur
b. Transformation de données
Convertisseur analogique numérique CAN
CAN à simple rampe
CAN à double rampe
Convertisseur pipeline
Convertisseur algorithmique
c. Traitement de données
Bus de périphériques externes et Ports d’Entrées/Sorties
Interface logiciel
PARTIE 2 : METHODOLOGIE
CHAPITRE III : PRESENTATIONDE L’UNITE DE PRODUCTION DU FROID
1. Chiller « air-air »
a. Présentation
b. Caractéristiques
c. Description et Eléments constitutifs
2. Conduite et Marche normale de la machine
a. Circuit électrique
b. Circuit fluidique
CHAPITRE IV : ACQUISITION DE DONNEES
1. Détermination des données
2. Technologie matérielle
a. Le DS 1620
b. Le PIC 16 F 628 A
c. MAX 233 A
d. ULN 2804 A
e. Relais
3. Technologie logicielle
a. Choix du langage de programmation
b. Création d’interface
Attributs
Méthodes
Evénements
c. Ecriture des codes de programmation
Déclaration de variable
Boucles d’itération
Conditions
Méthodes d’ouverture et de fermeture
PARTIE 3 : APPLICATIONS
CHAPITRE V – PRESENTATION DE LA CLIMATISATION A COMMANDE
NUMERIQUE
1. Conception
a. Conception de la carte d’acquisition
Programmation du PIC 16 F 628 A
Montage de la carte
b. Programmation du logiciel d’acquisition
Ouverture de la liaison RS 232
Réception des données
Conversion des données
Affichage à l’écran
Graphique
Saisie des instructions
Commande du relais
2. Mode de fonctionnement
a. Niveau carte
b. Niveau logiciel
c. Le logiciel MARIPANA
Ecran d’accueil
Fenêtre d’utilisation principale
Visualisation des enregistrements
Configuration requise
CHAPITRE VI – REGARD SUR L’ENVIRONNEMENT
1. Notions sur l’environnement
a. Définition
b. Protocoles mis en vigueur
c. Menaces pertinentes
L’effet de serre
Le trou de la couche d’ozone
La pollution
2. Application au projet
a. Impacts négatifs
Détérioration de la couche d’ozone
Troubles climatiques
Pollution de l’air
Pollution sensorielle
Pollution électromagnétique
b. Impacts positifs
c. Mesures à prendre
CONCLUSION
