Les conditions d’absorption des couples binaires

Les conditions d’absorption des couples binaires

Sphère céleste

Il existe des technologies ou l’énergie thermo-solaire est utilisée dans un processus de réfrigération à la place de l’électricité. Le principe de base dans un processus de réfrigération solaire est le phénomène de sorption : une substance gazeuse peut être déposée sur un liquide absorption ou sur un solide (adsorption). Il est à distinguer entre les systèmes de sorption ouverts et fermés. Les processus fermés comportent des refroidisseurs à absorption ou à adsorption. Les champs d’application des systèmes fermés sont la production d’eau froide, qui est utilisée pour les stations de ventilation centralisée (déshumidification) ou dans la climatisation décentralisée, c’est –à-dire la climatisation résidentielle. Les systèmes de réfrigération évaporative et dessiccante (dessiccante and Evaporative cooling système)sont basés sur les cycles ouverts. Dans ce cas, l’air est directement conditionné c’est-à-dire refroidi et déshumidifié.

La consommation d’énergie dédiée à la climatisation a augmenté de façon dramatique durant les dernières dans le monde. Les raisons principales de l’augmentation de la demande d’énergie liée à la climatisation d’air incluent l’augmentation des charges thermiques, des demandes de confort ainsi que les exigences architecturales. Dans les constructions aux fortes charges internes comme les établissements publics, les laboratoires, etc., les demandes de réfrigération ne peuvent être satisfaites par les technologies passives. Jusqu’aujourd’hui, ces charges frigorifiques étaient assurées par des systèmes à compression de vapeur gourmands en électricité et qui causent des pics de consommation souvent à des lestages. La demande en réfrigération correspond parfaitement à l’énergie reçue par un système thermo-solaire. C’est pourquoi, les systèmes de climatisation solaire constituent une alternative idéale des systèmes convention des énergies primaires.

Les procédés par adsorption et par sorption chimique :

Les procédés par adsorption (Anyanwu, 2003 et 2004) ou par réaction chimique solide- gaz (wangsuwan et al, 2001) sont des procédés ou les deux phases du dipôle sont séparées temporellement. Ceci est dû au fait que l’on ne peut transporte le milieu sorbant solide de la même façon que le sorbant liquide circulant dans les systèmes à absorption. La différence principale entre ces deux procédés réside dans le type de liaison entre le sorbant et le fluide : pour l’adsorption, les molécules de fluide adsorbées à la surface du sorbant sont liées par des liaisons faible de type Vam der Waals (Dieng et Wang ,2001) alors que le sorption chimique implique des liaisons plus fortes de type liaison ioniques ou covalentes avec transformation de la structure chimique des molécules de sorbant (sumathy et al, 2003). Pour les procédés mettant en oeuvre une réaction chimique réversible, l’état du sorbant est caractérisé par un avancement X, défini comme le taux de chargement du sorbant en gaz de travail. X varie entre 0(sorbant complétant décharge) et 1 (sorbant saturé en gaz de travail). Les enthalpies d’adsorption sont de l’ordre de 800 à 6000 KJ/ Kg de gaz en fonction des couples considérés (Srivastava et Eanes ,1998 ; Anyanwu ,2004) et de 3 à 100℅ plus important que les enthalpies de changement de phase du fluide de travail. Ces enthalpies d’adsorption dépendant majoritairement en des propriétés de surface des adsorbants, comme la surface spécifique, la taille et le volume des micropores (sumathy et al, 2003). Pour les systèmes à réaction chimique, les enthalpies de réaction sont de l’ordre de 1600 à 4000 KJ/Kg de gaz en fonction des couples considérés. (Dellero, 1997 ; Lahmidi ,2005) soit de 30℅ plus importants que les enthalpies de changement de phase du fluide considéré.

Principe de fonctionnement :

Les phénomènes frigorifiques à absorption utilisent le fait que les solutions binaires absorbant les vapeurs d’autres solutions et cela dans les limites de températures bien définies. On appelle alors absorption, la fixation d’une substance par tout le volume de la matière absorbant. Nous savons que la vapeur d’un corps pur ne peut être absorbée par le même corps à l’état liquide que dans le cas où la température du liquide est inférieure à cella de la vapeur , à la différence des corps purs, les solutions possédant la propriété remarquable d’absorber la vapeur de la solution liquide d’une autre composition même dans la cas où la température du liquide est supérieure à celle de la vapeur. C’est cette propriété des solutions qui est utilisée dans les installations frigorifiques à absorption [6]. Donc les machines à absorption liquide fonctionnent grâce à la faculté de certains liquides d’absorber (réaction exothermique) et de désorber (réaction endothermique) une vapeur. Elles utilisent également le fait que la solubilité de vapeur dans le liquide dépend de la température et de la pression. Ainsi, ces machines utilisent comme fluide de travail mélange binaire. Dont l’un des composants est beaucoup plus volatil que l’autre, et constitue le fluide frigorigène.

Les conditions d’absorption des couples binaires :

Durant toute l’histoire de l’absorption plusieurs couples ont été mis à l’épreuve une étude faite par Marcriss[9] montre qu’il y a plus de 40 composés réfrigérants et 200 absorbants disponibles. Cependant, les fluides les plus utilisés sont : (NH3/ H2O) et (H2O/BrLi). Les performances d’une machine à absorption dépondent en premier lieu de la nature des fluides qu’elle utilise. Différents critères sont à considérer pour choisir le couple (solvant-fluide frigorigène) à employer, ces critères dépondent des conditions d’utilisation de machine. En premier lieu intervient la température des sources thermiques sollicitées. Celles-ci imposent par l’intermédiaire des températures de changement de phase de fluide frigorifique les niveaux de pression dans la machine. Ceux-ci doivent rester dans une plage acceptable pour éviter, soit la très haute pression (sécurité et prix des enveloppes et des raccords), soit les fortes dépressions (problème d’entrée d’air) d’autres contraintes sont liées à la sécurité des utilisateurs (toxicité des fluides employés, inflammabilité et explosivité) ou la fiabilité de la machine (stabilité dans le temps des espaces chimiques corrosion des parois, problèmes de lubrification).

La recherche de nouveaux couples est un problème complexe qui a donné lieu à de nombreux travaux. Mais on préfère encore à l’heure actuelle n’utiliser dans les machines industrielles que deux types de mélange dont les propriétés sont bien connues, il s’agit du couple (NH3/H2O) et du couple (H2O/BrLi). Ce dernier présent un avantage non négligeable, car lors de l’ébullition dans le bouilleur de la solution riche, seul le fluide frigorifique (l’eau) se vaporise le reste est le sel dans la solution, les machines à bromure de lithium n’ont donc pas besoin de rectifieur ; par contre des phénomènes de cristallisation des solutions de BrLi peuvent apparaitre et cela a été frein au développement de ces machines.

Table des matières

Introduction générale
Chapitre I
I.1. Introduction
I.2. Sphère céleste
I.3 .Coordonnées célestes
I.3.1. Coordonnées géographiques
I.3.2. Coordonnées horaires
I.3.3. Coordonnées horizontales
I.4. Exploitation d’énergie solaire
I.4.1.Energie solaire passive
I.4.2. Energie solaire active
I.4.2.1.chauffage eau solaire
I.4.2.2.Distillateur solaire
I.4.2.3.Climatisation solaire
I.4.3.Conversion photovoltaïque
I.5.Rayonnement
I.5.1.Introduction
I.5.2.Répartition du rayonnement solaire
I.5.2.1.Le rayonnement direct
I.5.2.2. Le rayonnement diffus
I.5.3. Direction du rayonnement solaire
I.5.4. Mesure de rayonnement solaire
I.5.4.1. LE RADIOMETRE
I.5.4.2. LE PYRANOMETRE
I.5.3.3 L’Héliomètre
I.6. Conclusion
Chapitre II
II.1. Introduction
II.2. Déférant type des machines frigorifique solaire
II.2.A. Machine à absorption
II.2.B- Procédé par adsorption et par sorption chimique
II.3. Machine à absorption solaire
II.3.1. Bref rappel historique
II.3.2. Principe de fonctionnement
II.3.3. Description des machines
II.3.3.1. Générateur
II.3.3.2. Absorbeur
II.3.3.3. Échangeur de chaleur
II.3.3.4. Condenseur
II.3.3.5. Détendeur
II.3.3.6. Évaporateur
II.3.3.7. Pompe de solution
II.4.1. Machine frigorifique à absorption fonctionnant avec une solution de (H2O/BrLi)
II.4.1.A. Avantages de cycle (H2O /BrLi)
II.4.1.B.Inconvénient de cycle (H2O /BrLi
II.4.2. Machine frigorifique à absorption fonctionnant avec une solution de (NH3/ H2O)
II.4.2.A. Avantages de cycle (NH3/H2O)
II.4.2.B. Inconvénients de cycle (NH3/H2O
II.4.3.Comparaisons entre (H2O/LiBr) et (NH3/ H2O
II.5. Mélange pour les machines à absorption
II.5.1. Les conditions d’absorption des couples binaires
II.5.2. Propriétés du couple binaire
II.6. diagrammes utilisés
II.6.1. Diagramme de Merkel
II.6.2. Diagramme d’ OLDHAM
II.7. Conclusion
Chapitre III
III.1. Introduction
III.2. Les éléments constituants le système de conversion solaire
III.2.1. Les capteurs solaires
III.2.1.1. Capteurs photothermiques
III.2.1.1.1. Concentrateurs solaires
III.2.1.1.2. Capteurs solaires plans
III.2.1.2. Capteurs solaires photovoltaïques
III.2.1.2.1. Panneau solaire photovoltaïque
III.2.1.3.Principe de fonctionnement des capteurs solaires
III.2.1.3.1. Capteur thermique
III.2.1.3.1.1.Principe de l’effet de serre
III.2.1.3.2.Principe de fonctionnement de capteur photovoltaïque
III.2.2. Bouteille de stockage
III.2.3. Installation de réfrigération à absorption
III.2.3.1. Principe de fonctionnement
III.2.3.2.Appareils à changement de phase
III.2.3.2.1. Condenseur
III.2.3.2.2. Évaporateur
III.2.3.2.3. Échangeurs de chaleur
III.2.3.2.4. Bouilleur
III.2.3.2.5. Absorbeur
III.2.4. Éléments de commande de pression
III.2.4.1. Pompe
III.3. Conclusion
Chapitre IV
IV.1. introduction
IV.2. Machines frigorifiques dithermes
IV.2.1. Évaporateur
IV.2.2.Compresseur
IV.2.3 .Condenseur
IV.2.4. Détendeur
IV.3. Machines trithermes
IV.3 .1. Bilan d’énergie
IV.3.1.1. Absorbeur
IV.3.1.2. Générateur
IV.3.1.3. Condenseur
IV.3.1.4. Évaporateur
IV.3.1.5. Pompe
IV.3.1.6. Détendeur
IV.3.1.7. Échangeur de chaleur
IV.4. Bilan massique
IV.5. Débit spécifique de solution (Taux de circulation
IV.6. Plage de dégazage
IV.7. Détermination du coefficient de performance
IV.8. Coefficient de performance de Carnot
IV.9. Efficacité du système
IV.10. Rendement exégétique
IV.11. Analyse de l’ installation double éffet
IV.11.1. Bouilleur1
IV.11.2. Bouilleur2
IV.11.3. Absorbeur1
IV.11.4. Absorbeur 2
IV.11.5. Analyse de condenseur
IV.11.6. Analyse de l’évaporateur
IV.11.7. Analyse des pompes
IV.11.8. Analyse d’échangeurs
IV.11.9. Le coefficient de performance COP
IV.12. Conclusion
Chapitre V
Introduction
V.1. Paramètres fondamentaux des substances pures
V.2. Notion de potentiel chimique
V.2.1. Condition d’équilibre
V.3. Equation d’état fondamentale choisie pour NH3-H2O
V.3.1. Enthalpie libre
V.3.1.1. Phase liquide
V.3.1.2. Phase vapeur
V.3.2. Propriétés thermodynamiques
V.3.2.1. Pour la phase liquide
V.3.2.2. Pour la phase vapeur
V.4. Mélange ammoniac-eau
V.4.1. Mélange liquide
V.4.2. Enthalpie, Entropie et le volume massique de la solution liquide
V.4.3. Mélange vapeur
V.4.4.Enthalpie, Entropie et le volume massique du mélange vapeur
V.5.Conduction de saturation
V.5.1.Point de bulle
V.5.2. Point de rosée
V.6. Propriétés de transport de la solution NH 3-H2O
V.6.1.Densité de la solution liquide
V.6.2. Viscosité dynamique de la solution liquide
V.6.3. Viscosité dynamique de la solution gazeuse
V.6.4. Conductivité thermique de la solution gazeuse
V.6.5. Conductivité thermique de la solution liquide
V.6.6. Chaleur spécifique isobare pour la solution gazeuse
V.6.7. Chaleur spécifique isobare pour la solution liquide
Chapitre VI
VI.1.Introduction
VI.2. Présentation de lieu de l’implantation de l’installation
VI.2.1. Données géographiques
V.2.2. Données Méteologiques
V.3.Installation simple effet
V.3.1.Calcul des débits
V.3.1.1. Bouilleur
VI.3.1.2.Absorbeur
VI.3.2.Calcul des points de l’installation
V.3.3.Calcul de COP
VI.4.Simulation
VI.4.1. EES (Engineering Equation Solver
V.4.2.Mathcad
V.4.3.Simulation de l’installation
VI.4.3.1.Installation a simple effet
VI.4.3.2. Installation double effets
VI.4.3.2.1.Calcul des débits
VI.5.Interprétation des courbes
VI.6.Conclusion
Conclusion générale

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