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Auteur(s)
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Georges VRINAT : Ingénieur du Conservatoire National des Arts et Métiers et de l’Institut Français du Froid Industriel - Ancien Directeur Projet et Développement de la société SAMIFI-BABCOCK
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Compte tenu des différences fondamentales qui existent sur les plans économique, technologique et de la production industrielle, il paraît souhaitable de traiter séparément ce qu’il est communément convenu d’appeler le froid domestique et le froid commercial et industriel, c’est pourquoi on ne traitera ici que des deux derniers aspects et non des réfrigérateurs et congélateurs ménagers, des climatiseurs réversibles ou non, des meubles de vente et des groupes embarqués (camions, semi-remorques et wagons).
La définition complète d’une installation frigorifique ne peut être envisagée que d’une seule manière à partir du moment où l’on a fixé les points clés ci‐après dont l’enchaînement logique permet de définir sa constitution physique (figure 1).
La figure 2 donne le schéma général d’une installation frigorifique permettant de situer les différents éléments entrant en jeu.
Type d’application et choix de la température d’évaporation
: selon qu’il s’agit de refroidir de l’air, un liquide ou un solide, dénommés généralement sources froides, le niveau de température à réaliser θ f détermine le niveau de la température d’évaporation θo à partir du moment où l’on choisit l’écart minimal : pincement θ f – θo de 5 à 7 K.
Par exemple :
-
refroidissement d’eau glacée à + 5 oC, d’où θo = 0 oC ;
-
refroidissement d’une chambre à – 25 oC, d’où θo = – 30 oC.
Puissance frigorifique
: elle conditionne l’importance de l’installation et permet un premier classement dont les bornes sont fixées à titre indicatif :
-
faible de 10 à 50 kW ;
-
moyenne de 50 à 500 kW ;
-
forte au‐dessus de 500 kW.
Ces grandeurs ne peuvent cependant pas être dissociées de la valeur θo car le coût d’une installation, à puissance égale, est inversement proportionnel à cette valeur.
Niveau de température de rejet de la chaleur et puits chaud
: il est déterminé par le milieu disponible, eau ou air, et son coût.
La température de condensation θ k est liée directement à la valeur du puits chaud θc par l’écart de température choisi : pincement θ k – θc de 10 à 15 K.
Par exemple :
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air à + 25 oC, d’où θ k = 35 à 40 oC ;
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eau de mer à + 32 oC, d’où θ k = 42 à 45 oC.
Choix du fluide frigorigène : l’ensemble des données ci‐dessus permet de sélectionner le fluide le mieux adapté, s’il n’est pas imposé.
Type de compresseur et nombre d’étages : compte tenu du régime thermique (θ k , θo), de la puissance frigorifique et du fluide frigorigène, on décide du type de compresseur possible (piston, vis, spirale ou centrifuge), du nombre d’étages à prévoir, en tenant compte de ses limites d’utilisation fixées par son constructeur.
Exemples :
-
moyenne puissance (100 kW), θo = 0 oC et θ k = + 40 oC, pour la climatisation, on choisit le HCFC-22 et un compresseur à piston à un seul étage ;
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dans les mêmes conditions mais avec une forte puissance de 1 000 kW, on peut choisir entre un compresseur à vis et du HCFC-22 ou un compresseur centrifuge et du HCFC-123 (s’il s’agit d’eau glacée) ;
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forte puissance (1 000 kW), θo = – 40 oC et θ k = + 35 oC, pour un tunnel de congélation, on peut choisir du HCFC-22 ou du R717 avec un compresseur à vis suralimenté.
Type d’évaporateur : sa technologie dépend essentiellement de l’application recherchée et de la nature de la source froide.
Type de condenseur : sa technologie dépend essentiellement de la nature de la source chaude.
Type de circuit de distribution : il dépend des choix précédents mais aussi de la répartition géographique des différents postes de froid dans le bâtiment ; deux solutions sont possibles :
-
la détente directe du fluide frigorigène dans les postes utilisateurs, par exemple pour un entrepôt frigorifique avec de nombreuses chambres ayant des affectations et des températures différentes ;
-
la circulation d’un frigoporteur dans les postes utilisateurs, par exemple par une distribution d’eau glacée refroidie dans un groupe frigorifique préfabriqué et testé en usine.
Le lecteur pourra se reporter utilement aux rubriques Climatisation et conditionnement d’air et Froid dans ce traité.
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Compresseurs7. Législation. Normes et codes
Les installations frigorifiques, commerciales et industrielles sont soumises à la Réglementation française actuellement en vigueur relative aux installations de production ou de mise en œuvre du froid.
Il convient de connaître les textes officiels lorsque l’on étudie, construit, installe ou exploite ce type de matériel. Ces documents peuvent être obtenus à la librairie du Journal officiel de la République française, auprès des APAVE ou auprès des chambres syndicales des constructeurs ou d’exploitants de machines frigorifiques (UNICLIMA et USNEF).
On peut résumer cette réglementation en cinq points principaux.
— Les Règles essentielles de la Réglementation du soudage relatives aux appareils à pression de gaz :
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arrêté ministériel du 24 mars 1978 ;
-
arrêté ministériel du 2 octobre 1980 ;
-
lettres de la DQSI, DMT/P no 18079 du 1er juin 1982 et DMT/ P no 23463 applicables aux constructeurs (circulaire ministérielle) du 22 juin 1990.
la DQSI est la Direction de la Qualité et de la Sécurité Industrielles du ministère de l’Industrie.
— La Réglementation commune aux appareils à pression, aux compresseurs et aux canalisations d’usines. Il s’agit principalement de la définition des pressions RELATIVES suivantes (lues aux manomètres) :
-
pmspression maximale en service (bar) ;
-
pclpression de calcul (bar) ;
-
pepression d’épreuve (bar).
La pms est la pression liée à la température à l’arrêt ou en service du frigorigène dont l’installation est chargée. Elle ne doit pas être inférieure à la pcl.
La pe est égale à 2 fois la pms, afin que l’appareil soit dispensé de réépreuve décennale suivant la circulaire ministérielle du 27 avril 1960.
— La Réglementation concernant les appareils à pression dans les installations de production ou de mise en œuvre du froid :
-
arrêté ministériel du 23 juillet 1943 ;
-
arrêté ministériel du 27 avril 1960 (modifié) ;
-
circulaire ministérielle du 27 avril 1960 ;
-
arrêté ministériel du 14 décembre...
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