Tรฉlรฉcharger le fichier pdf d’un mรฉmoire de fin d’รฉtudes
Transfert de chaleur par convectionย
Gรฉnรฉralitรฉs
La convection est un mode de transfert de chaleur entre une paroi et un fluide qui circule ร son contact. On distingue deux formes de la convection :
La convection naturelle
En lโabsence de toute intervention mรฉcanique extรฉrieure, les courants de convection sont dus uniquement aux diffรฉrences de tempรฉratureselles-mรชmes, qui entrainent des diffรฉrences de densitรฉ.
La convection forcรฉe
Le phรฉnomรจne peut รชtre produit ou activรฉ par une useca extรฉrieure indรฉpendante du phรฉnomรจne thermique (action dโune pompe ou ventilateur, par exemple).
La convection forcรฉe se dรฉcompose elle-mรชme en deuxcas :
1er cas : Si les vitesses des fluides sont faibles, les trajectoires des molรฉcules sont rรฉguliรจres : cโest le rรฉgime laminaire.
2e cas : Si les vitesses augmentent, il arrive un moment oรน les trajectoires prennent des formes compliquรฉes, oรน les vitesses varient : cโest le rรฉgime turbulent.
Etudes de la convection
Lors de lโรฉcoulement dโun fluide le long dโune paroi solide, il existe au contact de cette paroi une mince couche de fluide (film) dont le mouvement est toujours laminaire mรชme si celui de la masse du fluide est tourbillonnaire.
A lโintรฉrieur de ce film ร mouvement laminaire, la chaleur ne peut se transmettre par convection mais par conduction.
Ainsi, lโรฉchange thermique entre un fluide et une paroi ne sโeffectue pas seulement par convection mais il est toujours accompagnรฉ de conduction.
Soit alors un fluide ร la tempรฉrature ฮธ1en contact avec une paroi solide dโaire S et ร la tempรฉratureฮธ2.Supposons pour fixer les idรฉes queฮธ1>ฮธ2.
Comme ร lโinterface solide-fluide la chaleur ne sโรฉcoule que par conduction ; la densitรฉ de flux thermique peut รชtre รฉvaluรฉe ร partide lโรฉquation de Fourier :
Oรน e est lโรฉpaisseur de la couche limite laminaire
Maisย cetteย relation neย peutย รชtreย utilisรฉeย enย pratiqueย puisquโonย neย connaรฎtย pas lโรฉpaisseur de la couche laminaire. Il est plus commode dโutiliser la notion du coefficient dโรฉchange de chaleur hc:
Ce coefficient dรฉpend dโun grand nombre de facteurs, il est fonction : de lโรฉtat du fluide (liquide, gaz, ou vapeur) ;
deย saย vitesseย V,ย deย saย masseย volumique๏ ๏ฒ ,ย saย viscositรฉย ,ย deย saย conductivitรฉ thermique ฮป, de sa chaleur massique ร pression constante C p, de son coefficient de dilatation ฮฒ et, de sa tempรฉratureฮธ ;
du mode de convection (naturelle ou forcรฉe), ainsi que du rรฉgime dโรฉcoulement (laminaire ou turbulent) ;
de la dimension linรฉaire D ร partir de laquelle lโaire de la surface peut รชtre dรฉterminรฉe, ainsi que de la rugositรฉ et de la tempรฉrature de cette surface ;
de la direction du courant de chaleur par rapport ร la surface de la paroi.
Pour calculer le flux de chaleur donnรฉ par (I.21), toute la difficultรฉ consiste ร dรฉterminerhc . Cette dรฉtermination nโest pas simple, lโรฉtude mathรฉmatique du problรจme ร montrรฉ quโil รฉtait possible de grouper les facteursprรฉcรฉdents en nombres adimensionnels dont les plus importants sont rassemblรฉs dans le tableau1.
Transfert de chaleur par rayonnement
Le rayonnement est le seul mode de transfert de chaleur dans lequel la prรฉsence de matiรจre entre les corps qui participent dans lโรฉchange de chaleur nโest pas obligatoire. Il se passe mรชme lorsque ces corps sont sรฉparรฉs dans lโespace ou lorsquโun vide existe entre eux.
Pour cela, lโรฉnergie thermique se propage ร lโaide des ondes รฉlectromagnรฉtiques et est dรฉsignรฉe par la chaleur rayonnรฉe.
Le rayonnement thermique
Chaque corps transforme une partie de son รฉnergie interne en ondes รฉlectromagnรฉtiques. Celles-ci se dรฉplacent jusquโร ce quโelles frappent un autre corps oรน une partie de leur รฉnergie est absorbรฉe et convertie denouveau en รฉnergie interne cโest-ร -dire en รฉnergie thermique.
Un corps qui rรฉflรฉchit totalement les rayonnementsest appelรฉ ยซ corps rรฉflรฉchissant ou corps blanc ยป, les corps qui laissent traverser complรจtement les rayonnements sโappellent ยซ corps parfaitement transparents ou diathermanes ยป, et un corps qui ne transmet pas les rayonnements qui lui parviennent est appelรฉ ยซ corpsopaque ยป.
Un corps noir ou radiateur idรฉal est un corps qui absorbe les rayonnements qui lui parviennent, qui ne les rรฉflรฉchit pas et ne les transmet rien.
Le corps noir est utilisรฉ comme rรฉfรฉrence ร laquell on compare les caractรฉristiques des rayonnements des autres corps.
Loi de Stefan-Boltzmann
Le processus de transmission de rayonnement thermique est basรฉ sur des lois fondamentales dont la plus utilisรฉe par les industriels que nous venons dโaborder est celle de Stefan-Boltzmann qui dicte que lโรฉnergie totale rayonnรฉe par le corps noir dans lโespace entier, par unitรฉ de surface et de temps croit comme la quatriรจme puissance de la tempรฉrature absolue.
Mรฉcanisme complexe de transmission de chaleur [15][33]
Dans ce cas, les trois modes de transfert thermique interviennent simultanรฉment ; on utilise le coefficient global de transmission de chaleur K.
Les coefficients ho et h๏ฅ sont gรฉnรฉralement fonction de la circulation dโair.
Laย vitesseย duย ventย influeย surย laย grandeurย duย coefficientย dโรฉchangeย thermique superficiel extรฉrieur entre les parois et lโair.
Le coefficient dโรฉchange thermique extรฉrieur est donnรฉ par la formule : he๏ฝ 5, 67๏ ๏ซ 3,86.Veย en kcal/h.m.ยฐC(I.31)
Oรน Ve est la vitesse moyenne du vent ร lโextรฉrieur.
Pour les chambres froides, les rรฉsistances thermiques superficielles interne et externe des parois sont donnรฉes par le tableau 2.
NOTION SUR LA PRODUCTION DU FROID
Gรฉnรฉralitรฉs
Historiquement, lโhomme conservait la viande dans des blocs de glace dรจs la prรฉhistoire. Actuellement, la technologie du froid tient une partie plus importante dans lโรฉvolution des recherches scientifiques et technologiques. La recherche concernant la physique des trรจs basses tempรฉratures et la thermodynamique frigorifique, ainsi que la construction des matรฉriels frigorifiques, a ses multiples applications : industrie frigorifique et chimique, conditionnement dโair et climatisation, conservation des denrรฉes pรฉrissables, biologie, mรฉdecine et chirurgie, hygiรจne gรฉnรฉrale.
Il y a beaucoup de moyens de production de froid mais, nous nous bornerons sur la production par รฉvaporation dโun fluide pur qui est la plus souvent appliquรฉe dans la vie courante : applications domestique et industrielle.
Production du froid par compression de vapeur
Dans ce paragraphe, nous allons รฉtudier le principe de fonctionnement dโune installation frigorifique ร compression.
Le fluide frigorigรจne [14][24]
Un fluide frigorigรจne, appelรฉ aussi rรฉfrigรฉrant estune substance utilisรฉe dans les circuits de systรจmes frigorifiques pour refroidir un milieu ou bien pour avoir du froid. Il est responsable des divers transferts de chaleur au cours dโun cycle frigorifique par changement de phase.
Les principales qualitรฉs requises dโun fluide frigorigรจne en vue de son utilisation dans une installation frigorifique ร compression de vape ur sont les suivantes :
ย production frigorifique volumรฉtrique รฉlevรฉe ;ย ย pressions de fonctionnement modรฉrรฉes ;ย ย inertie et stabilitรฉ chimiques ;ย ย absence de corrosion ;
ย non-toxicitรฉ ;
ย ininflammabilitรฉ ;
ย tempรฉrature modรฉrรฉe en fin de compression ;
ย bas prix ;
ย absence dโรฉlรฉments nocifs ร lโenvironnement ou du moins en quantitรฉ relativement faible, ne pas figurer parmi les fluides interdits ;
ย facilitรฉ de dรฉtection des fuites.
Cycle frigorifiqueย
Le cycle frigorifique met en รฉvidence la circulation et les transformations subies par le fluide frigorigรจne.
Ce cycle est accompli par les 4 appareils principaux suivants :
ย Le Moto-compresseur : il met en route la circulation du fluide gazeux en lโaspirant, le comprimant et le refoulant ; le fluide subit une compression polytropique ;
ย Le Condenseur : il liquรฉfie le fluide gazeux avec libรฉration de calories ร pression et tempรฉrature constantes ;
ย Le Dรฉtendeur :il baisse fortement la haute pression du liquide par perte de charge jusquโร la pression de vaporisation, il rรฉgularise le dรฉbit de fluide frigorigรจne liquide entrant ร lโรฉvaporateur ; le fluide frigorigรจne subit une dรฉtente isenthalpe ;
ย Lโรฉvaporateur : il vaporise le fluide en absorbant de calories ร l a source froide, ร pression et tempรฉrature constantes.
A la sortie de lโรฉvaporateur, le fluide se passe ร lโรฉtat gazeux afin de prendre un nouveau cycle.
Le rapport de stage ou le pfe est un document dโanalyse, de synthรจse et dโรฉvaluation de votre apprentissage, cโest pour cela chatpfe.com propose le tรฉlรฉchargement des modรจles complet de projet de fin dโรฉtude, rapport de stage, mรฉmoire, pfe, thรจse, pour connaรฎtre la mรฉthodologie ร avoir et savoir comment construire les parties dโun projet de fin dโรฉtude.
|
Table des matiรจres
INTRODUCTION
PARTIE I : BASES THEORIQUES
CHAPITRE I: LES TRANSFERTS THERMIQUES
I . 1. La conduction thermique
I. 1 . 1. Etudes de la conduction
I. 1 . 2. Loi de Fourier
I. 1 . 3. Equation gรฉnรฉrale de la conduction
I. 1 . 4. Conduction thermique unidimensionnelle en rรฉgime stationnaire
a) Conduction thermique dโun mur simple
b) Conduction thermique dโun mur composรฉ
I. 1 . 5. Conduction thermique dโune paroi cylindrique
a) Cylindre creux
b) Cylindres concentriques
I . 2. Transfert de chaleur par convection
I. 2 . 1. Gรฉnรฉralitรฉs
I. 2 . 2. Etudes de la convection
I. 2 . 3. Dรฉtermination du coefficient hc
I . 3. Transfert de chaleur par rayonnement
I. 3 . 1. Le rayonnement thermique
I. 3 . 2. Loi de Stefan-Boltzmann
I . 4. Mรฉcanisme complexe de transmission de chaleur
CHAPITRE II: NOTION SUR LA PRODUCTION DU FROID
IV . 1.Gรฉnรฉralitรฉs
IV . 2.Production du froid par compression de vapeur
II. 2 . 1. Le fluide frigorigรจne
II. 2 . 2. Cycle frigorifique
II. 2 . 3. Diagramme enthalpique de Mollier
II. 2 . 4. Constitution dโune installation frigorifique
CHAPITRE III: LES MATERIAUX ISOLANTS THERMIQUES
III . 1. Classification des isolants
III . 2. Etudes de quelques matรฉriaux isolants usuels
III. 2. 1. Isolants dโorigine minรฉrale
a) Fabrication et mode dโobtention
b) Caractรฉristiques des isolants dโorigine minรฉrale
III. 2. 2. Isolants dโorigine vรฉgรฉtale
a) Fabrication et mode dโobtention
b) Caractรฉristiques du liรจge expansรฉ pur et du Balsa
III. 2. 3. Matรฉriaux plastiques et รฉlastomรจres alvรฉolaires
a) Mode dโobtention des isolants plastiques et synthรฉtiques
b) Caractรฉristiques des matรฉriaux isolants dโorigine synthรฉtique
III. 2. 4. Les isolants locaux
a) La balle de riz
b) Le kapok
CHAPITRE IV: LESMATERIAUX PARE VAPEUR ET DโETANCHEITE
IV . 1.Gรฉnรฉralitรฉs
IV . 2.Classification des matรฉriaux pare vapeur
IV. 2 . 1. Les matรฉriaux en feuilles ou ยซ voiles ยป
a) Les mรฉtaux
b) Les voiles plastiques souples
IV. 2 . 2. Les matรฉriaux permettant la rรฉalisation dโenduits et films ยซ in situ ยป
a) Les รฉmulsions de bitume
b) Les bitumes fondus
c) Les solutions solvantรฉes
d) Les rรฉsines polymรฉrisables
IV. 2 . 3. Les matรฉriaux composites
IV . 3.Propriรฉtรฉs et caractรฉristiques ร connaรฎtre
CHAPITRE V: PRINCIPES DโISOLATION DES CHAMBRES FROIDES
V . 1. Rรจgles gรฉnรฉrales de lโisolation
V. 1. 1. Mise en oeuvre de lโisolation des murs et plafonds
a) Continuitรฉ de lโisolation
b) Continuitรฉ des barriรจres anti-vapeur
c) Stabilitรฉ dimensionnelle
d) Soliditรฉ de lโisolation
V. 1. 2. Mise en oeuvre de lโisolation du sol
V. 1. 3. Qualitรฉs exigรฉes des menuiseries isolantes
V . 2. Isolation des chambres froides traditionnelles
V. 2. 1. Isolation des sols
V. 2. 2. Isolation des parois verticales
V. 2. 3. Isolation des plafonds
V . 3. Isolation des chambres froides modulaires
V. 3 . 1. Isolation intรฉgrรฉe
a) Matรฉriaux isolants utilisรฉs
b) Position de lโossature
V. 3 . 2. Isolation mรฉtallique รฉtanche
a) Position de lโossature
b) Matรฉriaux isolants utilisรฉs
V. 3 . 3. Avantage et inconvรฉnients du systรจme dโisolation modulaire
PARTIE II : CALCULS TECHNICO-ECONOMIQUES
CHAPITRE I: FORMULES ET PARAMETRES DE CALCULS TECHNIQUES DโISOLATION
I . 1. Facteurs dรฉterminant le choix des รฉpaisseurs
I. 1 . 1.Les tempรฉratures
I. 1 . 2.Conductivitรฉ de lโisolant
I. 1 . 3.Dรฉperditions admises
I. 1 . 4.Prix de lโisolant
I. 1 . 5.Prix de lโรฉnergie
I. 1 . 6.Taux dโamortissement
I. 1 . 7.Temps dโutilisation
I. 1 . 8.Fabrications commercialisรฉes
I. 1 . 9.Diffusion de vapeur dโeau
I . 2. Formule de calcul dโรฉpaisseurs
CHAPITRE II: FORMULES ET PARAMETRES DE CALCULS ECONOMIQUES
II . 1. Les paramรจtres de calculs รฉconomiques de lโisolation
II. 1 . 1. Le coรปt de lโisolant
II. 1 . 2. La durรฉe de vie de lโisolant
II. 1 . 3. Lโeffet frigorifique
II. 1 . 4. Le coรปt de lโรฉnergie
II . 2. Calculs รฉconomiques
II. 2 . 1. Le coรปt de lโisolant
II. 2 . 2. Coรปt de lโรฉnergie occasionnรฉe par les dรฉperditions
II. 2 . 3. Calcul de la dรฉpense totale annuelle
II . 3. Notion dโรฉpaisseur รฉconomique
CHAPITRE III: CALCULS TECHNIQUES DโISOLATION APPLIQUES A UNE CHAMBRE FROIDE
III . 1. Calculs dโรฉpaisseurs des isolants
III . 2. Calculs des flux massiques de vapeur dโeau traversant chaque paroi de la chambre
III . 3. Prise en compte de lโeffet de lโensoleillement
III . 4. Interprรฉtations
CHAPITRE IV: DIMENSIONNEMENT ET SELECTION DES COMPOSANTS FRIGORIFIQUES
IV . 1. Bilan frigorifique
VI. 1. 1. Charges thermiques externes
a) Charge thermique par transmission ร travers les parois
b) Charge thermique par renouvellement dโair
c) Charge thermique par ouverture des portes
VI. 1. 2. Charges thermiques internes
a) Charge thermique due ร lโรฉclairage
b) Charge thermique due aux personnes
c) Charge thermique due aux matรฉriels roulants
d) Charge thermique due ร des machines diverses
e) Charge thermique due aux denrรฉes entrantes
f) Charge due ร la respiration des denrรฉes
VI. 1. 3. Puissance frigorifique intermรฉdiaire et puissance frigorifique prรฉvisionnelle de lโรฉvaporateur
IV . 2. Dimensionnement et sรฉlection des composants frigorifiques
IV. 2 . 1. Sรฉlection de lโรฉvaporateur
IV. 2 . 2. Sรฉlection du compresseur
IV. 2 . 3. Sรฉlection du condenseur
IV. 2 . 4. Dimensionnement des tuyauteries de fluide frigorigรจne
IV. 2 . 5. Sรฉlection du dรฉtendeur
a) Perte de charge totale dans la conduite de liquide
b) Perte de charge due aux accessoires en amont du dรฉtendeur
c) Perte de charge due ร la pesanteur
d) Pression en amont du dรฉtendeur
e) Pression en aval du dรฉtendeur
f) Calcul de la capacitรฉ nominale du dรฉtendeur
IV. 2 . 6. Bilan รฉnergรฉtique de la chambre froide
a) Coefficient de performance frigorifique dโun compresseur idรฉal
b) Coefficient de performance frigorifique rรฉel
c) Rendement frigorifique de lโinstallation
d) Interprรฉtation
CHAPITRE V: APPLICATION DES CALCULS ECONOMIQUES
V . 1. Etude comparative
V . 2. Dรฉpenses au niveau de la chambre froide toute entiรจre
V . 3. Variation des dรฉpenses annuelles en fonction de lโรฉpaisseur de lโisolant
V . 4. Estimation du coรปt total de lโinstallation
PARTIE III : INFORMATISATION DES CALCULS ET ETUDE DโIMPACT ENVIRONNEMENTAL
CHAPITRE I: INFORMATISATION DES CALCULS
I . 1. Introduction
I . 2. Prรฉsentation de Visual Basic 6.0
I . 3. Prรฉsentation du logiciel IBF 1.0
I . 4. Mode dโutilisation
I. 4 . 1. Lancement de lโapplicationยซ ISOLATION ยป
I. 4 . 2. Lancement de lโapplication ยซ BILAN FRIGORIFIQUE ยป
CHAPITRE II: ETUDE DโIMPACT ENVIRONNEMENTAL
II . 1. Gรฉnรฉralitรฉs
II . 2. Froid et environnement
II . 3. Prรฉcautions ร prendre au niveau des installations frigorifiques
CONCLUSION
BIBLIOGRAPHIE
ANNEXES
Tรฉlรฉcharger le rapport complet