LA PRODUCTION DE FROID

Produire du froid, c’est absorber de la chaleur. La chaleur ainsi extraite doit finalement être rejetée dans un milieu, air ou eau, à la température ordinaire. Nombre de moyen peut être adopté pour obtenir du froid selon son utilité. La production du froid destinée à être distribué dans les cales des navires est assurée soit par détente directe soit par l’intermédiaire d’une circulation de saumure refroidie à température convenable. Tandis que dans les conteneurs la production du froid est assurée par détente directe pour les frigorifiques et la charge en froid pour les isothermes.

Production du froid par compression

Le froid est produit par un groupe frigorifique avec détente directe d’un fluide frigorigène. Le système fonctionne avec un cycle fermé qui comprend essentiellement les éléments : le compresseur, le condenseur, l’évaporateur et le détendeur. L’efficacité du groupe frigorifique s’apprécie par le coefficient de performance (COP). Le cycle frigorifique est bien entendu dépendant des conditions intérieures et extérieures. L’énergie nécessaire est fournie par du carburant (moteur diesel) ou par l’électricité (moteur électrique).

Description de la machine à compression :
Les éléments essentiels d’une machine à compression sont les suivants :
 Le compresseur :
C’est une pompe aspirante et refoulante qui aspire les vapeurs froides provenant de l’évaporateur et restitue au refoulement des vapeurs comprimées et surchauffées.
Le condenseur :
C’est un échangeur où s’effectue la liquéfaction du frigorigène après compression. C’est par son intermédiaire que la machine cède de la chaleur au milieu extérieur. On distingue selon le mode d’extraction de la chaleur au condenseur : le condenseur à refroidissement par l’eau ou par l’air.
Le détendeur :
C’est un dispositif qui sert à abaisser la pression du fluide liquide de la haute pression à la basse pression tout en régulant le débit du fluide admis à l’évaporateur.

Principe :
Le principe de la machine à compression se base sur l’extraction de la chaleur du milieu à refroidir par évaporation du fluide dans l’évaporateur. L’énergie à fournir au compresseur servira à comprimer le fluide, en phase vapeur, permettant de nouveau sa condensation. Le liquide condensé sera détendu avant son admission à l’évaporateur.

Cycle frigorifique et diagramme enthalpique :
Pour le cycle frigorifique, on utilise souvent le diagramme entropique et le diagramme enthalpique. Ce dernier, également appelé diagramme du frigoriste, est le plus utilisé dans les industries du froid. Le froid se produit pendant le passage du fluide de l’état (4) à l’état (1sup). Pour pouvoir produire le froid continuellement dans le temps, il faut assurer l’alimentation en fluide de ce passage pendant tout le temps de « marche en froid » de l’installation. De ce fait, le fluide à l’état (1sup) sera transformé en fluide à l’état (4) et boucle le cycle. Ceci explique le cycle fermé de la figure et ses différentes transformations. On trace le cycle frigorifique sur le diagramme enthalpique en sachant le besoin en froid et les conditions de marche de l’installation. Ce diagramme permet de schématiser et de repérer l’évolution du système pour les différentes phases parcourues par le fluide.

LES FLUIDES ET HUILES UTILISES 

Généralités

Les fluides frigorigènes sont les agents frigorifiques qui accomplissent le transfert de chaleur en changeant son état dans le circuit frigorifique. On peut classer les fluides suivant leur origines et composition chimique.

Classification

•  Frigorigènes anciens (ou naturel) : NH3, hydrocarbures et CO2 ;
•  Frigorigènes CFC (chlorofluorocarbone) : R11, R12, R13, R113, R114 et R115 ;
•  Frigorigènes HCFC (hydrochlorofluorocarbone) : R22, R21, R142b, R123, R124 et R141b ;
•  Frigorigènes HFC (hydrofluorocarbone) : R134a, R23, R125, R143a, R404A et R407B ;
•  Frigorigènes zéotropes (mélange qui voit changer sa composition volumétrique et sa température de saturation lorsqu’il s’évapore et se condense à pression constante) :
•  Frigorigènes azéotropes (contraire de zéotrope) : R410A, R410C, R502 et le R507;
•  Frigorigènes quasi-azéotropes (mélange zéotrope avec un glissement de température et une modification de la composition et qui par conséquent se comporte comme un azéotrope) : R404a.

Caractéristiques du fluide frigorigène

Le fluide frigorigène est caractérisé par sa : nature, composition, domaine d’utilisation, particularité, masse molaire, température d’évaporation, masse volumique liquide et vapeur, viscosité, glissement de température, ODP (Ozone Destruction Power), GWP (Grennhouse Warming Potential), toxicité, inflammabilité et sa miscibilité avec l’huile.

Critères :
Thermodynamiques : température critique, échauffement durant la compression, production frigorifique, efficacité des échanges thermiques entre fluide et paroi interne d’un échangeur ;
De sécurité : toxicité, inflammabilité, action sur les denrées périssables et sur le milieu à refroidir ;
Physico-chimique : stabilité chimique, action sur les métaux, action sur les caoutchoucs, matières plastiques et élastomères, action sur les huiles de graissage du compresseur, comportement en présence d’eau, aptitude aux fuites, détection et localisation des fuites  .

Les fluides frigorigènes à base de CFC couramment utilisés :
Le dichlorodifluorométhane ou R12 (C Cl2F2 ) :
C’était le fluide frigorigène le plus répandu de la catégorie des chlorofluorocarbones. Il est incolore et a une odeur presque nulle, non désagréable ; il est remarquablement stable ; il n’attaque ni les lubrifiants, ni les matières plastiques employées ; il est miscible en toutes proportions avec les huiles minérales .

Le monochlorodifluorométhane ou R22 (CH Cl F2) :
C’est un liquide incolore, à odeur très légèrement éthéré, inodore en mélange avec l’air, il est ininflammable et inexplosible. Très stable aux températures usuelles d’utilisation, non toxique, non corrosif. Ne provoque de troubles graves qu’après un séjour de 2 heures en atmosphère polluée pour une concentration de 10% en volume. Neutre vis-à-vis des métaux couramment utilisés dans l’industrie frigorifique. Sans action sur les perbunan, il attaque à la longue la klingérite qu’il est prudent de ne pas l’utiliser pour la confection des joints. Le R22 dissout à température égale à l’état liquide 10 à 12 fois plus d’eau que le R12.

La température des vapeurs refoulées est pour des conditions de fonctionnements identiques supérieure à celle du R12. Vis à vis des huiles minérales, il présente la particularité d’être soluble à haute température et partiellement seulement à basse température, la température de séparation des deux liquides dépendent de la concentration en huile du mélange et des caractéristiques des huiles. La miscibilité du R22 est plus élevée avec les huiles de synthèse. Il peut se décomposer à des températures de 150°C.