le froid industriel

Les Chambres Froides

--> Une chambre froide est une construction différente des autres constructions industrielles car elle est destinée pour la conservation (stockage) des produits pour une longue durée en maintenant une basse température.

Selon la température on trouve deux types de chambres froides :

- les chambres froides positives.

- Les chambres froides négatives.

Mais selon la construction on distingue trois catégories :

1) les chambres froides préfabriquées démontables :

Ce sont des locaux isolés dont toutes les parois sont constituées de panneaux sandwichpréfabriquées a l’usine et peuvent être rassemblés et démontés plusieurs fois. Souvent les panneaux sont équipés de système excentrique de verrous manœuvrables par clé qui rapprochent et serrent deux panneaux l’un à l’autre avec l’ajout d’un joint entre les deux.

2) les chambres froides préfabriquées indémontables :

Ce sont des chambres dont au moins l’une des parois est faites de panneaux sandwich préfabriqués à l’usine puis rassemblés sur chantier de façon définitive dépourvus de cadres métalliques et de système de verrous.

3) les chambres froides traditionnelles :

les parois sont construites en maçonnerie, l’isolation n’est alors qu’un doublage destiné à diminuer le transfert thermique. Sauf que cette disposition nécessite la mise en place d’un écran par vapeur pour protéger l’isolation en plus d’un système de fixation de cette dernière sur les murs.

A] L’isolation des Chambres Froides :

L’isolation est le principal élément qui entre dans la construction des chambres froides quelque soit leur nature, puisque elle favorise une resistance thermique contre le transfert de la chaleur du milieu chaud au milieu froid. Ainsi un bon isolant doit avoir les caractéristiques suivantes :

- coefficient de conductivité (λ) faible.

- Faible variation dimensionnelle.

- Imperméabilité à la vapeur d’eau.

- Prix de revient faible.

- Ininflammable ou avec une faible réaction au feu.

- Facile à travailler et à transporter.

- Non altérable par les micro-organismes ( champignons ; insectes ; parasites…).

Dans l’industrie du froid les principaux isolants sont :

Isolant	Utilisation	λ en w/m°C
Fibre de verre	Froid ménager et fours	0.040
Polystyrène expansé	Plaques dans les chambres traditionnelles	0.035
Mousse de plyauréthane	Panneaux sandwich	0.023
Liège	Peu utilisé	-

B ] Le coefficient globale de transmission de chaleur K en [w/m²°C] :

La quantité de chaleur transmise par une paroi d’une surface de 1 m² et dont l’épaisseur est (e en mètre) se calcule de la manière suivante :

- Pour les panneaux sandwich :

K = λ/e

- Pour les parois traditionnelle (mur + par vapeur + isolant +... voir dessin plus haut) :

1/K = 1/hi + 1/he + λ₁/e₁+ λ₂/e₂+….. λ_n/e_n

(cette formule est utilisée parois traditionnelle uniquement la resistance thermique des différentes couches est ainsi calculer.)

hi : coéficient de conductivité de l'air intérieur.

he : coéficient de conductivité de l'air extérieur

C ] Calcule des déperditions de chaleur par une paroi :

Les parois d’une chambre froide laisse pénétrer la chaleur du milieu chaud qui est bien sur le milieu extérieur, vers le milieu froid qui n’est d’autre que l’intérieur de la chambre, cette quantité de chaleur dépend du coefficient de transmission de chaleur K ; de la surface de la paroi et de la différence de température. Cette quantité de chaleur dans un instant donné à une influence directe sur le bilan thermique donc sur le temps de fonctionnement du compresseur ainsi que la consommation électrique.

La formule du calcule est la suite :

Φ = K x S x Δθ [ Kj/S]

K : Le coefficient globale de transmission de chaleur en [w/m²°C]

S : Surface de la chambre en mettre carré.

Δθ : Diffèrence de température entre l'intérieur et l'extérieur de la chambre froide.

D ] Le Bilan Thermique d’une chambre froide :

Le bilan thermique est la prise en charge de tous les apports thermiques qui influencent le fonctionnement de la chambre froide, en effet il sert à calculer la puissance frigorifique de la machine qui servira par la suite au choix des équipements appropriés ; le tableau suivant nous donne un bilan simplifié :

N°	Apports	Formule de calcule journalier	Unité de mesure
Φ1	Les denrées ( réfrigération )	M x C x ΔT₁ _{masse x chal spec x diff de température}	Kilo joule par jour ( Kj/Jour )
Φ1	Les denrées ( congélation )	M x C_L _{masse x chleur latente}	Kilo joule par jour ( Kj/Jour )
Φ1	Les denrées ( surgélation )	M x C x ΔT₂	Kilo joule par jour ( Kj/Jour )
Φ2	Apport par les parois	K x S x Δθ x 3600 x 24	Kilo joule par jour ( Kj/Jour )
Φ3	Apport par les appareils	P x t puissance x temps	Kilo joule par jour ( Kj/Jour )
Φ4	Apport par le personnel	N x P x T nombre de personnes x puissace dégagée x temps	Kilo joule par jour ( Kj/Jour )
Φ5	Apport par l’éclairage	P x t puissance x temps	Kilo joule par jour ( Kj/Jour )
Φ6	Apport par renouvellement d’air	V x C x ΔT volume CF x chaleur mass x diff température air intérieur et extérieur	Kilo joule par jour ( Kj/Jour )
Φ7	Apport par la ventilation	V x Br x ΔP x t µ volume x Taux de Brasage x diff de pression ventilateur x temps de fonctionnement divisé par le rendement du ventilateur	Kilo joule par jour ( Kj/Jour )
Φ8	Charges incalculables	7 à 20 % de la somme des 7 chaleurs précédente	Kilo joule par jour ( Kj/Jour )
ΦT	Totale des apports	ΦT = Φ1 + ……..+ Φ8	Kilo joule par jour ( Kj/Jour )
Φo	Bilan thermique (puissance frigorifique)	Φo = ΦT / 3600 x 16*	Kilowatt

*pour le bilan du tableau on a estimé le temps de fonctionnement de l'installation 16 heurs par jours.

- Certain produits végétaux et laitiers nécessitent d'ajouter au bilan thermique les apports dupent aux chaleurs de respiration et de fermentation.

- Br : exprime le taux de brasage ( circulation) d'air dan locale égale le débit du ventilateur/ volume du locale. il est de :

10 à 15 pour les locaux de personnel.

15 à 30 pour les chambres de conservation.

60 à 80 pour les chambres de congélation.

120 à 150 pour les tunnels de surgélation.

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Changement CFC&HCFC

--> Pour les Techniciens frigoristes la problématique s'impose toujours et plusieurs questions se posent perpétuellement :

- Quel fluide doit-on utiliser pour substituer le R-xx ?

- Quels sont les changements à faire sur une installation Y fonctionnant au fluide R-xx ?

- le fluide de substitution aura t-il un impacte sur l'installation existante ?

- Doit-t-on changer d'huile ?

- Et à propos de la Puissance Frigorifique ou le COP de l'installation va-t-elle changer ?

Voici des réponses plausibles :

En effet la mise sur le marcher d'une gamme de fluides de substitution et leur évaluation dans le fonctionnement des installations frigorifiques ont commencé à enlever certaines ambiguïté vis-à-vis de ces questions et à rendre les pratiques à adopter pour changer un tel ou un tel fluide beaucoup plus claires. En tous cas on à pas le choix dans cette période de transition en attendant que les recherches nous réveillent des Fluides Frigorigènes plus commodes.

Liste des Fluides de substitution :

Changement du R-22 :

Le R-22 est l'HCFC le plus utilisé dans l'industrie et le froid commercial, mais du point de vue environnementale il contiens le Chlore et possède un Effet de serre directe de 1700 kg de CO₂. l'utilisation du R-22 neuf dans les installations frigorifiques sera interdite à partir du 31/12/2009. ce qui implique son remplacement. Néanmoins les solutions pour le remplacer sont diverses et dépendant de l'utilisation; la température d'évaporation...

Manuel de procédure :

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Il est à noter que la missibilité avec l'huile peut entrainer une réduction d'echange thermique dans l'évaporateur, dont la nécéssité de consulter les fiches constructeurs.

Aussi dans le cas de changement il faut faire attention aux modifications suivantes :

- changement des détendeurs, joints.

- Utilisation des organes à braser ( risque de fuite très grand dans le cas des HFC).

- En cas de fuite avec les HFC (mélanges azéotropes) il faut impérativement récupérer le fluide restant et refaire la charge en phase liquide.

Pour ce qui est des puissances frigorifiques :

Le graphique suivant donne les puissances frigorifiques d'une installation fonctionnant aux plusieurs fluides . Ces puissances sont exprimées par-rapport au R-22 :

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Fluides Frigorigènes

--> Traditionnellement appelées GAZ ou FREON, ce sont les fluides frigorigènes qui sont les porteurs de la chaleur dans un circuit frigorifique, par leur circulation et changement d'état ils peuvent abaisser les températures même au dessous de -40°C.

on trouve ainsi quelque catégorie des fluides frigorigènes les plus répandues.

CFC : les chlorofluorocarbones (sont actuellement interdits par la loi)

HCFC : les hydro chlorofluorocarbones (le seront bientôt)

HFC : les hydro fluorocarbures ( fluides de transition ).

PFC : Les Hydrocarbures perfluorés ou perfluorocarbures

NH3 : l’Ammoniac qui reste un fluide toxique et explosif. (inorganique)

les hydrocarbures : R -6XXx imflammables (organique)

Nomenclature :

Ce modèle de nomenclature peut s’appliquer pour tout fluorocarbure (FC) de type CFC, HCFC, HFC et PFC. La nomenclature des gaz fluorés suit le modèle de type "XYZ-c0123b4a", où chacun des chiffres et lettres représentent :

XYZ : FC, CFC, HCFC, HFC ou PFC.
c : Composé cyclique.
0 : Nombre de liaisons doubles (omis si zéro).
1 : Nombre d’atomes de carbone - 1 (omis si zéro).
2 : Nombre d’atomes de d’hydrogène + 1.
3 : Nombre d’atomes de fluor.
b4 : Nombre d’atomes de chlore remplacés par des atomes de brome (omis si zéro);
a : Lettre ajoutée pour identifier les isomères.

Dans le cas où la molécule contient du brome, le gaz (toujours du CFC) s'appelle halon.
Lorsque ces substances sont utilisées en tant que fluide frigorigène, les "XYZ" est remplacé par la lettre "R", comme Réfrigérant. La valeur du premier chiffre qui suit la lettre R peut prendre alors les valeur spécifiques suivantes :

4 ou 5 , il s’agit d’un mélange zéotrope* ou azéotrope. (* cliquez pour voir les mélanges)
6, il s’agit d’un composé organique autre que des CFC, HCFC, HFC et PFC (ex. R690 : Propane)
7, s'il s’agit d’un composé inorganique (ex. R717 : Ammoniac, R744 : Dioxyde de carbone)

Quelques exemples de CFC :

Le CFC-12 est un dérivé du méthane, sans hydrogène, avec deux atomes de fluor et deux de chlore. Il a donc pour formule : CF₂Cl₂.
Le CFC-113 est un dérivé de l’éthane, sans hydrogène, avec trois atomes de fluor et trois de chlore. Il a donc pour formule : C₂F₃Cl₃.
Le CFC-13B1 (ou halon 1301 ) est un dérivé du méthane, sans hydrogène, avec trois atomes de fluor et un de brome. Il a donc pour formule : CF₃Br.

Un exemple de HCFC :

Le HCFC-22 est un dérivé du méthane , avec un atome d’hydrogène , deux atomes de fluor et un de chlore . Il a donc pour formule : CHF₂Cl.

Un exemple de HFC :

Le HFC-134a est un dérivé de l’éthane , avec deux atomes d’hydrogène et quatre de fluor. Il a donc pour formule C₂H₂F₄.

Règle du "90", exemple du R32 :

Ajoutez 90 au nombre : 32 devient 122,
Le premier chiffre donne le nombre d'atome de carbone : ici 1,
Le dernier chiffre donne le nombre d'atome de fluor : ici 2,
Le chiffre du milieu donne le nombre d'atome d'hydrogène : ici 2.
Si le bilan est incomplet, les autres atomes sont généralement des atome de chlore : R22 donne 112 donc CHClF₂

Réglementation des Fluides Frigorigènes

1/ protection de la couche d'ozone :

Par leurs effets dégradants la couche d’ozone ; les CFC et les HCFC ont fait l’objet de plusieurs limitations voir des interdictions au niveau international notamment par :

- La convention de Vienne en 1985.

- Le protocole de Montréal en 1987.

- Le protocole de Kyoto en 1997.

- réunion de la Chine sur les changements Climatiques d’octobre 2006.

ont résulté plusieur décision notamment :

- Réduction des CFC de 50% a partir du janvier 2005.

- Réduction de 85% au début de 2007.

- Réduction totale en 2010 des CFC et à l’horizon 2040 des HCFC avec gel de la consommation en 2015.

Mais déjà leur interdiction restera une chose quasi certaine, puisque ces fluides contiennent le Chlore qui est responsable de la dégradation de la coche d’ozone ( O₃ ) suivant la formule chimique suivante :

Cl + O₃ -----------> ClO + O₂

CLO + O₃ --------> Cl + O₂ + O₂

Ainsi cette formule se répète sans cesse pendant 130 années.

A quoi sert l’Ozone qu’on essai surtout de préserver ?

- En effet l’Ozone stratosphérique est une couche de gaz O3 présente dans le stratosphère entre 12 et 50 Km d’altitude environ ; il protège la terre des effets nocifs de certains rayonnements solaires dans la gamme des Ultra-Violets de type g .

2/ Réchauffement de la planette ( Effet de Serre):

le soleil emmet un rayonnement* de courte longueur d'onde (entre 0,2 et 4 micromètres). environ 50% de ce rayonnement parvient jusqu'au sol. il est absorbé par la terre qui réémet un rayonnement de plus grande longueur d'ondes (l'infrarouge lointain).

Mais, de la même manière qu'avec les vittres d'une serre, ce rayonnement est partielement absorbé par des gaz dites << gaz à effet de serre>>. Ces gaz sont transparents aux rayons incidents, mais opaques aux rayons réfléchis par la terre.

ce rayonnemnt ainsi absorbé contribue à ogmenter la température de la planette.

Mais aussi sans l'effet de serre la température moyenne de la terre serait de -18°C.

Ainsi les CFC ; les HCFC et les HFC sont des gaz à effet de serre trés néfastes.

3/ Coéfficients :

ODP Ozone Depletion Potential Potentiel d'appauvrissement d'ozone	Il caractérise le pouvoir de destruction de l'ozone d'une substance. On a attribué la valeur 1 à la molécule de CFC-11. Toutes les autres substances sont comparées au CFC-11. Ainsi le HCFC-22 a un ODP de 0,055. Autrement dit son potentiel d'appauvrissement de l'ozone est 5,5% celui du CFC-11.
GWP Global Warming Potential Potentiel de Réchauffement Planétaire	Il caractérise le pouvoir de réchauffement d'une substance par rapport à celui du CO₂ pris par définition égal à 10. Il est d'usage de le calculer sur une période de 100 ans (temps d'intégration ). Le HFC-134a, par exemple, a un GWP de 1300, ce qui signifie que si 1 Kg de HFC-134a a est émis dans l'atmosphére, il aura le même effet sur une période de 100 ans que 1300 Kg de CO₂ .
TEWI Total Equivalent Warming Impact Effet de Serre Equivalent Total	Ce coéfficient caractérise l'impact global d'une installation sur le climat. Il comprend 2 composantes : L'effet direct dû aux émissions de fluorocarbures (fuites dans les installations) ; l'effet indirect provenant des émissions de CO₂dues à la consommation d'énergie. en effet la fabrication d'électricité dans les centrales thermique à partir de la combustion de combustibles fossiles émet du CO₂, ainsi que la consommation de carburant pour le conditionnement d'air automobile. le TEWI est exprimé en Kg de CO₂. TEWI = D + I = [ GWP₁₀₀ x m x f x n] + [E x n x A] m : charge en fluide frigorigène. ( Kg) f : Taux annuel de fuite. (%) n : durée de vie de l'équipement. ( an) E : consommation d'énergie / an. ( KWh / an) A : Emission de CO₂par KWh. ( kg CO₂ / KWh)

Les Bonnes Pratiques Environnementales :

Dans nos pratiques autant que frigoristes impliqués dans le procéssus d'appauvrissement d'ozone et du réchauffement de la planette notre devoir est d' appliquer ces trois consings :

Réduction des émissions des Fluides Frigorigènes :

- Par une bonne préconisations à la conception des installations.

- Par une Détection des fuites résponsable.

- Par la Récupération des fluides pendant les opérations d'Entretien

2. Réduction des Consommations Energitiques :

3. Entretien Efficace des Installations :

Bibliothèque :

*Rayonnement solaire :

La lumière couvre une très large gamme de longueurs d’onde appelée spectre électromagnétique. Les scientifiques distinguent généralement 6 gammes de longueurs d’onde :

Les rayons g sont les plus violents. Ils traversent facilement de grandes épaisseurs de matière et sont donc dangereux pour les cellules humaines, dans lesquelles ils produisent des mutations. De la matière très chaude ou radioactive produit des rayons gamma. Leurs longueurs d’onde s'étendent d’un cent milliardième (10^-14 m) à un milliardième (10^-12 m) de millimètre.
Les rayons-X sont eux aussi violents. Utilisés en médecine pour voir à travers le corps humain, ils sont un peu moins nocifs que les rayons gamma, mais restent dangereux à faible dose. Les rayons-X ont des longueurs d’onde comprises entre un milliardième (10^-12 m) et un cent millième (10^-8 m) de millimètre.
Les ultraviolets restent assez puissants. Ils sont nocifs pour la peau et on doit donc s’en protéger à l’aide de crèmes solaires. La couche d’ozone est déjà un premier rempart efficace contre ce type de lumière. Les néons des boîtes de nuit ou des détecteurs de faux billets émettent des ultraviolets assez doux. Leurs longueurs d’onde s’échelonnent d’un cent millième (10^-8 m) à quatre dixièmes de millième (4x10^-7 m) de millimètre.
Le domaine visible correspond à la partie du spectre visible par notre œil. C’est justement dans ce domaine que le Soleil est le plus lumineux. Il s’étend de quatre dixièmes de millième (4x10^-7 m) - lumière bleue - à huit dixièmes de millième (8x10^-7m) de millimètre - lumière rouge. Un arc-en-ciel décompose la lumière blanche, à la manière d’un prisme, et met en évidence les différentes longueurs d’onde qui la composent. Notre œil est centré autour du maximum d’intensité solaire. En effet, le Soleil rayonne dans toutes les longueurs d’onde du spectre, mais son maximum est dans le vert. Plus qu’une coïncidence, il s’agit plutôt d’une adaptation de l’œil humain à son environnement.
L’infrarouge est émis par des corps modérément chauds. Un radiateur ou notre corps en produisent. Il est intéressant de remarquer qu’en chauffant une barre métallique, elle émet d’abord en infrarouge, puis en s’échauffant, elle devient rouge, puis vire au blanc. A ce moment, elle est tellement chaude qu’elle émet une lumière blanche (constituée de toutes les longueurs d’onde du spectre visible) à la manière du Soleil, dont la température est elle aussi très chaude (environ 5600°C). La gamme des infrarouges couvre les longueurs d’onde allant de huit dixièmes de millième de millimètre (8x10^-7 m) à un millimètre (10^-3 m).
Le domaine radio commence à une longueur d’onde de 1 millimètre. Il est divisé en sous-catégories : millimétrique, centimétrique, etc. jusqu’au kilométrique. La bande FM de nos postes de radio correspond à une longueur d’onde de l’ordre du mètre. Les téléphones cellulaires communiquent avec des photons d’une longueur d’onde de 10 cm environ.

Ainsi donc, la notion de lumière admise par le grand public est beaucoup plus large que ce à quoi on pourrait s’attendre. Notre œil, un poste de radio ou un téléphone cellulaire reçoivent tous trois de la lumière. Dans ces trois cas, les photons sont convertis en impulsions électriques, soit par les cellules de la rétine, soit par l’appareillage électronique.

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Les Thermostats

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1) Thermostats à bulbe :

les thermostats sont des appareils de régulation destinés à ouvrir et à fermer un contact électrique par l’action d’une variation de température.
Chaque thermostat possède un réglage de température avec un différentiel d’enclenchement pour certain variable.
Les thermostats mécaniques sont équipé d’un bulbe servant à capter la température interne de l’enceinte à refroidir, il peut être placée à l’intérieur de l’enceinte ou a l’extérieur pour les thermostats munis d’un capillaire de liaison long. Le differenciel est généralement préréglé d’usine.

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2) Les thermostats ou régulateurs électroniques:

Les régulateurs de température électroniques se différencient par un affichage digital de la température. Le principe de fonctionnement reste le même, a l’exception d’une sonde CTP ou CTN remplaçant le bulbe thermostatique et une alimentation électrique de l’appareil. Ils agissent directement sur le démarrage du compresseur ainsi que sur le ventilateur de l’évaporateur (si ventilé).

Elles sont indissociables des programmations électroniques. Elles permettent une mesure très précise de la température, et donc une capacité pour l'électronique à réguler de manière très économique. CTN et CTP sont similaires au regard, c'est dans leur comportement face au changement de température que l'on trouve des différences.

La CTN:
Il s'agit d'une résistance (capacité à freiner le courant), qui diminue lorsque la température augmente. Les initiales CTN signifient Coefficient de Température Négatif. Elle est appellée ainsi à cause de la formule mathématique qui la caractérise. La CTP:
Il s'agit d'une résistance, qui augmente en même temps que la température. Les initiales CTP signifient Coefficient de Température Positif. Comme la CTN elle est appelée ainsi à cause de sa formule mathématique caractéristique.

3) les Thermostats à Bilames :

    Ces thermostats sont présents dans quasiment tous les appareils électroménager. Ils permettent un contrôle fiable de la température pour un coût accessible. On les utilise pour la régulation de température, et pour protéger les appareils en cas de surchauffe.Leur principe de fonctionnement repose sur la déformation du disque bilame sous l'effet de la chaleur transmise par l'intermédiaire du cabochon. En se déformant ce disque agit sur une tige mobile qui actionne l'ouverture ou la fermeture du contact électrique. En refroidissant, le disque reprend sa forme, et le contact retrouve sa position initiale. Selon le fonctionnement recherché, ce type de thermostat peut ouvrir ou fermer le contact électrique.
    leur utilisation dans le froid commerciale est souvent dans les évaporateurs comme thermostat de fin de dégivrage et thermostat de contacte.
    On trouve également des thermostats à plusieurs étages, étant capables de relevé plusieurs températures, et d'actionner plusieurs contacts électriques. Coté mécanisme, on trouve autant de tiges agissant sur autant de contacts distincts.
    Ces thermostats sont souvent appelés K

Les Thermostats

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1) Thermostats à bulbe :

Les thermostats sont des appareils de régulation destinés à ouvrir et à fermer un contact électrique par l’action d’une variation de température.
Chaque thermostat possède un réglage de température avec un différentiel d’enclenchement pour certain variable.
Les thermostats mécaniques sont équipé d’un bulbe servant à capter la température interne de l’enceinte à refroidir, il peut être placée à l’intérieur de l’enceinte ou a l’extérieur pour les thermostats munis d’un capillaire de liaison long. Le différentiel est généralement préréglé d’usine.

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2) Les thermostats ou régulateurs électroniques:

La CTN:
Il s'agit d'une résistance (capacité à freiner le courant), qui diminue lorsque la température augmente. Les initiales CTN signifient Coefficient de Température Négatif. Elle est appelée ainsi à cause de la formule mathématique qui la caractérise. La CTP:
Il s'agit d'une résistance, qui augmente en même temps que la température. Les initiales CTP signifient Coefficient de Température Positif. Comme la CTN elle est appellée ainsi à cause de sa formule mathématique caractéristique.

3) les Thermostats à Bilames :

, il s'agit en fait d'une marque de fabrication.
Le thermostat à réarmement manuel:
Ces thermostats servent de sécurité en cas de surchauffe, on les reconnaît facilement grâce à leur tige rouge, qui réarme le système lorsque l'on appuie dessus. Un léger déclic se fait entendre au réarmement.

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Les Chambres Froides

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Changement CFC&HCFC

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Fluides Frigorigènes

Fluides Frigorigènes

Les Thermostats

Les Thermostats

1) Thermostats à bulbe :

2) Les thermostats ou régulateurs électroniques:

Les Thermostats

1) Thermostats à bulbe :

2) Les thermostats ou régulateurs électroniques:

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