Manipulation des fluides frigorigènes

Machines thermodynamiques

                 La machine thermodynamique est une machine thermique ditherme, au cours de son fonctionnement, le fluide change de phase (liquide-gaz). Ce système fournit un travail W après avoir reçu la chaleur du milieu extérieur ; C’est pourquoi qu’on l’appelle aussi machine motrice. C’est le cas des :
 Machines à vapeur (ex : bateau à vapeur)
 Moteur à combustion (à essence ou diesel)
 Centrale thermique ou nucléaire (production d’électricité)
Pour cela :
 W < 0
 Q1> 0
 Q2< 0
La transformation de chaleur en travail à partir de la source chaude n’est possible qu’à condition de rejeter une partie de la chaleur à une source froide. Cette chaleur rejetée influera sur les performances de la machine, ce qui implique au second principe la notion du rendement thermique (η) qui est toujours inférieur à 1.

L’appauvrissement de la couche d’Ozone

                La destruction de la couche d’Ozone stratosphérique, essentielle à la vie sur la terre est due à l’émission dans l’atmosphère des substances chimiques qui appauvrissent la couche Ozone (SAO). Ces substances sont essentiellement les hydrocarbures chlorés en particulier, les chlorofluorocarbures (CFC) et les hydrochlorofluorocarbures (HCFC), même si  ces fluides frigorigènes possèdent des excellentes propriétés physiques, la présence des chlores dans leur structure est le principal facteur de la perturbation. A part les substances chimiques chlorées, les produits chimiques contenant du Brome dans leur molécule sont également dommageables pour la couche d’ozone. Parmi ces substances dangereuses pour la couche d’Ozone stratosphérique figurent les Bromures de Méthyle (CH3Br) et les Extincteurs à base de Brome. Le rôle de la couche d’ozone est de protéger notre organisme, et notre environnement contre certains rayons solaires (les ultraviolets type B). La couche d’Ozone filtre les radiations provenant de ces rayonnements. En effet, sa destruction entraine une émission massive de la radiation des rayons UV B sur la surface de la terre. Et cette radiation contribue entre autre à la stérilisation des végétaux et provoque le cancer de la peau et les cataractes pour l’homme, elle entraine aussi une réduction du système immunitaire. Puisque l’Ozone est formé de trois atomes d’oxygène, quand une fuite de fluide frigorigène aura lieu, l’atome du chlore de ces fluides qui vient d’être libéré peut enlever facilement un atome d’oxygène de l’Ozone, il y a alors présence d’une réaction chimique; Cette même chlore [Date] 24 peut arracher plusieurs atomes d’oxygène de l’Ozone (il peut effectuer de 100 à 10000 réactions).

Le Protocole de Montréal relatifs aux SAO

                Après la découverte du trou d’Ozone au dessus de l’antarctique par le docteur Joe Farman à la fin de 1985 ; L’environnement connait beaucoup d’angoisse. Et c’est ainsi que le premier accord environnemental international « le Protocole de Montréal » relatif aux Substances qui Appauvrissent la couche d’Ozone (SAO) a été signé par 24 pays et la Communauté Economique Européenne (CEE) le 16 septembre1987 dont le but de réduire la consommation et la production des CFC de 50 % dans environ 10 ans. Mais quelques années plus tard, c’était en janvier 1989 que le Protocole est entré en vigueur sous l’accord de 175 pays. Cette fois-ci l’objectif est de réduire et à terme de supprimer totalement les SAO mais non seulement les CFC. [Date] 26 En 2009, la ratification universelle a été atteinte, car 196 pays membres des Nations Unies ont tous ratifié ces deux traités sur la protection de la couche d’Ozone. Ce sont les premiers traités internationaux sur l’environnement ayant obtenu la ratification universelle. En effet, le Protocole de Montréal engage les parties d’arrêter progressivement la consommation et la production d’un ensemble de ces substances chimiques. Pour cela, il s’articule autour de huit éléments clés :
o L’exigence de l’élimination de la production et de l’importation des SAO pour toutes les parties.
o Les pays en développement possèdent de 10 à 15 ans pour effectuer l’élimination complète de ces substances.
o La prévoyance de la mise en place d’un fond multilatéral c’est-à-dire un mécanisme financier pour aider les pays en développement à l’élimination progressive des SAO.
o • L’exigence d’un rapport annuel pour la production, l’importation et l’exportation des SAO par les parties.
o Le programme de la création d’un comité de mise en œuvre pour examiner les rapports sur la production et la consommation des SAO.
o L’interdiction du commerce des SAO vers les pays non membres du protocole.
o La planification des évaluations régulières pour permettre aux pays membres de prendre des décisions fondées sur des nouvelles informations en matière de connaissances scientifiques, d’effet environnementaux, de technologie et d’économie.
o L’inclusion d’une disposition relative aux modifications permettant d’accélérer l’élimination progressive des SAO, et d’une disposition de modification facilitant l’insertion de nouveaux produits chimiques.
En plus, des calendriers d’élimination et de réduction ont été abordés et ces calendriers sont différents pour les pays développés et les pays en développement.

CONCLUSION

                  Dans certains pays comme Madagascar, des petites entreprises pour la réparation et recharge des appareils frigorifiques ont été très développées dans la société, sans savoir les dangers liés à la manipulation des fluides frigorigènes. Néanmoins, la pratique de ces opérations exige beaucoup de compétences et d’expériences, c’est-à-dire, que seuls, les techniciens frigoristes peuvent procéder à la maintenance des systèmes frigorifiques. De plus, à Madagascar peu de gens sait comment récupérer les fluides frigorigènes. D’ailleurs, l’estimation de la quantité de charge à introduire dans une installation reste toujours un point d’interrogation. Ainsi, ce mémoire a pour objectif de bien maîtriser la manipulation des fluides frigorigènes,en particulier la charge et la récupération. La majorité de l’utilisateurs n’ont tous pas la possibilité de payer les techniciens pour réparer ou charger leur appareil frigorifique. Alors, ce travail leurs permet de connaître au moins les différentes procédures à suivre lors de la maintenance d’un appareil frigorifique, surtout, à la récupération pour réduire l’émission des fluides frigorigènes dans l’atmosphère. Dans cet ouvrage, nous avons essayé de calculer la quantité de fluide frigorigène à charger dans une installation ; Pour cela nous adoptons une méthode simple mais fiable. Pour terminer, nous espérons que la récupération ne serait plus négligée pendant l’entretien d’une installation, pour conserver notre environnement; De plus nos études donnent des résultats satisfaisants. Mais, une longue investigation de recherche serait encore nécessaire pour le calcul de quantité de charge ; Et nous espérons, que notre étude fera l’outil significatif pour les futures recherches.

Table des matières

INTRODUCTION
PARTIE I : GENERALITES SUR L’UTILISATION DES FLUIDES FRIGORIGENES
Chapitre I : Notion sur la production du froid
I. Principe de la thermodynamique
I.1. Enoncé des principes de la thermodynamique
I.1.1. Premier principe de la thermodynamique
I.1.2. Second principe de la thermodynamique
I.2. Machines thermodynamiques
I.3. Machines dynamothermiques
II. Diagramme de Mollier
II.1. Cycle mono-étagé
II.2. Cycle bi-étagé
II.3. Principaux éléments du circuit frigorifique
II.3.1. Le compresseur
II.3.1.1. Les compresseurs volumétriques
II.3.1.2. Les compresseurs centrifuges ou turbocompresseurs
II.3.1.3. Les compresseurs hermétiques
II.3.1.4. Les compresseurs ouverts
II.3.1.5. Les compresseurs semi-hermétiques
II.3.2. Le condenseur
II.3.2.1. Condenseur à air
II.3.2.2. Condenseur à eau
II.3.2.3. Condenseur évaporatif
II.3.3. Le détendeur
II.3.3.1. Le détendeur capillaire
II.3.3.2. Le détendeur thermostatique
II.3.4. L’évaporateur
II.3.4.1. Les évaporateurs refroidisseurs d’air
II.3.4.1. Les évaporateurs refroidisseurs de liquide.
Chapitre II: Les fluides frigorigènes et huiles frigorifiques
I. Classification des fluides frigorigènes
I.1. Les substances inorganiques pures
I.2. Les hydrocarbures ou composés organiques
I.3. Les hydrocarbures halogénés
I.3.1. Les chlorofluorocarbures (CFC)
I.3.2. Les hydrochlorofluorocarbures (HCFC)
I.3.3. Les hydrofluorocarbures (HFC)
I.4. Les autres produits
II. Codification des fluides frigorigènes
III. Les propriétés des fluides frigorigènes
IV. Les huiles frigorifiques
Chapitre III: Protection de l’environnement
I. Les impacts environnementaux
I.1. L’appauvrissement de la couche d’Ozone
I.2. Le réchauffement de la planète
II. Les accords internationaux sur l’utilisation des fluides frigorigènes
II.1. Le Protocole de Montréal relatifs aux SAO
II.2. Le Protocole de Kyoto
III. Programme National pour la protection de la couche d’Ozone
PARTIE II : MANIPULATION DES FLUIDES FRIGORIGENES
Chapitre I : Etude de calcul de la quantité de charge en fluide frigorigène d’une installation
I. Bilan frigorifique de la chambre froide
I.1. Détermination du coefficient global d’échange thermique K
I.2. Calcul des charges thermiques externes
I.2.1. Charges thermiques par transmission à travers les parois
I.2.2. Charges thermiques dues au renouvellement d’air
I.2.3. Charges thermiques par ouverture des portes
I.3. Calcul des charges thermiques internes
I.3.1. Charges thermiques dues à l’éclairage
I.3.2. Charges thermiques dues aux personnes
I.3.3. Charge thermique dues aux denrées entrantes
I.4. Charge thermique totale
I.5. Détermination des longueurs des tuyauteries
II. Calcul de la masse de fluide frigorigène à installer
II.1. Masse au niveau de l’évaporateur
II.2. Masse au niveau du compresseur
II.3. Masse au niveau du condenseur
II.4. Masse dans la ligne d’aspiration
II.5. Masse dans la ligne de refoulement
II.6. Masse dans la ligne de liquide
Chapitre II: Mise en service d’une installation
I. Contrôle d’étanchéité
II. Détection de fuites
II.1. Techniques de détection de fuites
II.1.1. Par la chute de pression
II.1.2. Par la remontée de pression
II.1.3. Par le contrôle au manomètre
II.1.4. Par un contrôle de variation de température
II.2. Les méthodes de détections de fuites
II.2.1. Lampe haloide
II.2.2. Eau savonneuse
II.2.3. Détecteur électronique
III. Tirage au vide d’une installation
III.1. Pourquoi tirer au vide une installation?
III.2. Méthodes de tirage au vide
III.2.1. Tirage au vide
III.2.2. Cassage au vide
III.3. Durée du tirage au vide
IV. Charge en fluide frigorigène
IV.1. Techniques de charge
IV.1.1. Charge par les pressions
IV.1.2.Charge par la pesée
IV.1.3.Charge par le givrage
IV.1.4. Charge par le voyant liquide
IV.2. Modes de charge
IV.2.1. Charge en phase liquide
IV.2.2. Charge en phase vapeur
IV.3. Mode opératoire
V. Soutirage et complément d’huile
V.1. Soutirage d’huile
V.2. Complément d’huile
Chapitre III: Récupération en fluide frigorigène
I. Matériels nécessaires
II. Condition de départ
III. Méthodes de récupérations
III.1. Récupération en phase liquide
III.1.1. Transfert par gravité
III.1.2. Transfert par dépression
III.1.3. Transfert par pompe
III.2. Récupération en phase vapeur
III.2.1. Méthodes de récupération en phase vapeur
III.2.1.1. Transfert en phase vapeur par refroidissement
III.2.1.2. Transfert en phase vapeur par le compresseur
III.2.2. Mode opératoire
CONCLUSION
ANNEXES

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