République du Bénin
§§§§§§§
MINISTERE DE L'ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA
RECHERCHE
SCIENTIFIQUE (MESRS)
§§§§§§§
UNIVERSITE NATIONALE DES SCIENCES, TECHNOLOGIES,
INGENIERIE ET
MATHEMATIQUES (UNSTIM)
§§§§§§§
ECOLE NATIONALE SUPERIEURE DE GENIE ENERGETIQUE ET
PROCEDES
(ENSGEP)
OPTION : Génie
énergétique
Mémoire de fin de formation pour l'obtention du
diplôme d'ingénieur de
conception en génie
énergétique
CONCEPTION ET REALISATION D'UN BANC DIDACTIQUE
INFORMATISE POUR L'ETUDE DU CYCLE DE REFRIGERATION A COMPRESSION DE
VAPEUR
Rédigé par:
Hospice Sènakpon AZINHOU
Sous la supervision de :
Dr (MC) Jean Louis-FANNOU, Enseignant chercheur
à l'ENSGEP, Maître de conférences des universités
(CAMES)
Tuteur de stage:
M. Thomas H. KOUDJINA, PDG SGEEF Sarl
Sous l'encadrement de :
Dr. Bernard N. TOKPOHOZIN, Enseignant chercheur
à l'INSPEI, Maître assistant des universités (CAMES)
Année Académique: 2021-2022
Conception et réalisation d'un banc didactique
informatisé pour l'étude du cycle de réfrigération
à compression de vapeur
DEDICACE
Je dédie ce travail à mes géniteurs. Que
leurs âmes reçoivent, où qu'ils soient, la paix.
Eléonore Mahugnon GNONLONFOUN, Désiré Djomignifi AZINHOU,
dormez en paix.
Rédigé par Hospice Sènakpon
AZINHOU I
Rédigé par Hospice Sènakpon
AZINHOU II
Conception et réalisation d'un banc didactique
informatisé pour l'étude du cycle de réfrigération
à compression de vapeur
REMERCIEMENTS
Ce travail n'aurait pas été possible sans
l'assistance de l'Eternel Dieu des armées ; le grand roi glorieux,
miséricordieux, l'omniscient, l'omnipotent, l'omniprésent. Que
toute gloire lui soit rendue au plus haut des cieux.
Je tiens à remercier très sincèrement
toute l'équipe rectorale, en particulier le recteur de l'UNSTIM,
Professeur Joachim Djimon GBENOU, pour tous les réformes au sein de
l'université, en particulier en vers la formation des étudiants
de l'ENSGEP.
Je remercie le Prof Danvidé Antonin KANFON, actuel
directeur de l'ENSGEP.
Je remercie le Dr Jean-Louis FANNOU, directeur honoraire de
l'ENSGEP, et superviseur de ce mémoire, pour le temps consacré et
surtout son suivi avec rigueur.
Merci au Dr. Bernard Noukpo TOKPOHOZIN, maître de mon
présent mémoire pour avoir accepté malgré son
agenda très chargé d'encadrer mon travail.
Merci aux Messieurs SOMMASSE et do BEHENZIIN pour leurs
assistances permanentes dans la réalisation de ce travail, malgré
leurs agendas très chargés ;
Je remercie M. Thomas H. KOUDJINA, Directeur
Général de la société dans laquelle j'ai fait mes
stages, pour cette excellente formation qu'il a su m'
offrir.et pour avoir financer la
réalisation de mon dispositif. Je remercie toute ma famille, en
particulier ma belle Maman, Juliette TOKOUE, pour son soutien durant mon cycle
d'ingénierie ;
Merci au couple Dergile-Honoré, pour leur grand soutien
à mon égard depuis les années des préparatifs
d'obtention de mon baccalauréat. Recevez à travers ce document
toute ma gratitude ;
Je remercie mes oncles qui depuis mon bas âge ont
contribué d'une façon ou une autre à mon instruction afin
que je puisse être à ce niveau aujourd'hui. Oncle Laurent,
Mathias, Pierre, Merci.
Loin de moi l'envie d'oublier tous ceux qui me sont
très chers et à qui je dois des dettes de reconnaissance mais que
l'économie des mots m'oblige à ne pas citer ici ; Je vous dis
à tous un grand merci et vous dédie ce travail.
À tous, je dis infiniment Merci!
Rédigé par Hospice Sènakpon
AZINHOU III
Conception et réalisation d'un banc didactique
informatisé pour l'étude du cycle de réfrigération
à compression de vapeur
LISTE DE FIGURES ET TABLEAUX
FIGURE 1. 1: ORGANIGRAMME 5
FIGURE 1. 2 : ORGANIGRAMME SGEEF 6
FIGURE 1. 3 : LOCALISATION DE SGEEF SARL SUR GOOGLE[4] 7
FIGURE 2. 1 : FONCTIONNEMENT DE L'EVAPORATEUR[5] 11
FIGURE 2. 2 : FONCTIONNEMENT DU COMPRESSEUR[5] 11
FIGURE 2. 3: FONCTIONNEMENT DU CONDENSEUR[5] 12
FIGURE 2. 4: FONCTIONNEMENT DU DETENDEUR[5] 13
FIGURE 2. 5: DIAGRAMME ENTHALPIQUE[6] 17
FIGURE 2. 6: MESURE DE LA SURCHAUFFE[8] 18
FIGURE 2. 7: MESURE DU SOUS REFROIDISSEMENT[8] 19
FIGURE 2. 8: BANC DIDACTIQUE DE REFRIGERATION CONÇUE
PAR PRODIDAC[9] 20
FIGURE 2. 9: BANC DE MANIPULATION DE FLUIDE FRIGORIGENE 21
FIGURE 2. 10: BANC D'ESSAI DE DETENDEURS[4] 21
FIGURE 2. 11: BANC DE REGLAGE D'ELEMENTS SPECIFIQUES EN
REFRIGERATION [4] 22
FIGURE 2. 12: BANC DIDACTIQUE DU CYCLE FRIGORIFIQUE A
COMPRESSION DE VAPEUR[11] 22
FIGURE 2. 13: MODELE RCTC/EV [1] 23
FIGURE 2. 14: MODELE ET 101 DES BANC DIDACTIQUE DE
REFRIGERATION DE CHEZ GUNT [10] 24
FIGURE 2. 15: MODELE 3D DE NOTRE BANC DIDACTIQUE 29
FIGURE 2. 16: SCHEMA FLUIDIQUE DE PRINCIPE DU BANC DIDACTIQUE
30
FIGURE 2. 17: SCHEMA FLUIDIQUE DE PRINCIPE DU BANC DIDACTIQUE
30
FIGURE 3. 1: RENDU DU MODELE 3D DU COMPRESSEUR HERMETIQUE
33
FIGURE 3. 2: MODELE DU CONDENSEUR A AIR[10] 34
FIGURE 3. 3: MODELE 3D DE L'EVAPORATEUR REFROIDISSEUR D'EAU
35
FIGURE 3. 4: DETENDEUR THERMOSTATIQUE A EGALISATION DE
PRESSION EXTERNE [11] 35
FIGURE 3. 5: DETENDEUR CAPILLAIRE[15] 36
FIGURE 3. 6: ELECTROVANNE[12] 36
FIGURE 3. 7: PRESSOSTAT HP/BP[13] 37
FIGURE 3. 8: FILTRE DESHYDRATEUR[14] 37
FIGURE 3. 9: VOYANT LIQUIDE[15] 38
Rédigé par Hospice Sènakpon
AZINHOU IV
Conception et réalisation d'un banc didactique
informatisé pour l'étude du cycle de réfrigération
à compression de vapeur
FIGURE 3. 10: THERMOSTAT[16] 38
FIGURE 3. 11: ECRAN LCD[17] 39
FIGURE 3. 12: DISJONCTEUR DPN 20A[21] 39
FIGURE 3. 13: BOUTON POUSSOIR[10] ERROR! BOOKMARK NOT
DEFINED.
FIGURE 3. 14: MODELE 3D BANC MONTE SUR ROUES 40
FIGURE 3. 15: PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT D'UN CAPTEUR[18]
40
FIGURE 3. 16: CAPTEUR DE TEMPERATURE DS18B20[19] 41
FIGURE 3. 17: MODULE HORLOGE[20] 42
FIGURE 3. 18: MODULE SD[21] 42
FIGURE 3. 19: CAPTEUR DE COURANT SCT13[22] 42
FIGURE 3. 20: LOGO SOLIDWORKS[23] 43
FIGURE 3. 21: LOGO PYCHARM[24] 44
FIGURE 3. 22: QT DESIGNER[26] 44
FIGURE 3. 23: LOGO ARDUINO[27] 45
FIGURE 3. 24: MODELE 3D DU BANC DIDACTIQUE 51
FIGURE 3. 25: MISE EN PLAN 52
FIGURE 3. 26: CARROSSERIE REGULATEUR 52
FIGURE 3. 27: DECOUPAGE DES DIFFERENTES PIECES 53
FIGURE 3. 28: SOUDURE 53
FIGURE 3. 29: PERÇAGE 54
FIGURE 3. 30: VUE DE HAUT DE QUELQUES COMPOSANTS FIXES 54
FIGURE 3. 31: ICON DE COOLPROP 56
FIGURE 3. 32: ICON DE MATPLOTLIB[28] 57
FIGURE 3. 33: ICON DE PANDAS[29] 57
FIGURE 3. 34: MODELE OBTENU 61
FIGURE 4. 1:CAPTURE D'ECRAN INTERFACE GRAPHIQUE 62
FIGURE 4. 2: CAPTURE D'ECRAN INTERFACE GRAPHIQUE 63
FIGURE 4. 3: CAPTURE D'ECRAN 3 64
FIGURE 4. 4: IMAGES TP 1 65
FIGURE 4. 5: SCHEMA DE PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT 70
FIGURE 4. 6: TIRAGE AU VIDE SANS VACUOMETRE[15] 79
FIGURE 4. 7: TIRAGE AU VIDE AVEC VACUOMETRE 81
TABLEAU 2. 1: SPECIFICITE DES MODELES EXISTANTS 26
Rédigé par Hospice Sènakpon
AZINHOU V
Conception et réalisation d'un banc didactique
informatisé pour l'étude du cycle de réfrigération
à compression de vapeur
TABLEAU 4. 1 : RELEVE DE TEMPERATURE TP N°5 68
TABLEAU 4. 2: TABLEAU DE DONNEES TP 6 73
TABLEAU 4. 3: LISTE DES COMPOSANTS DEJA ACQUIS ET CEUX QUI RESTE
A ACHETER 83
LISTE DES SIGLES ET LEUR DEFINITION
PRCR : Programme Fonds Compétitifs de Recherche de
l'UNSTIM TP : Travaux Pratiques
Rédigé par Hospice Sènakpon
AZINHOU VI
Conception et réalisation d'un banc didactique
informatisé pour l'étude du cycle de réfrigération
à compression de vapeur
RESUME
L'utilisation de banc didactique au laboratoire des
écoles de formation du génie frigorifique, constitue aujourd'hui
une nécessité lorsqu'on envisage assurer un enseignement de
qualité. Pour pallier aux difficultés d'acquisition de ces
dispositifs en raison de leur coût, nous proposons dans ce document un
modèle de banc didactique personnalisé entièrement
conçu et monté à l'Ecole Nationale Supérieure de
Génie Energétique et Procédés d'Abomey, au
Bénin.
Inspiré des modèles de Didatec et Electronica
Venetta, ce modèle que nous concevons dispose d'un double système
de détente (la détente thermostatique et la détende
capillaire). Pour un suivi de son fonctionnement, il est équipé
d'un système d'acquisition automatique des valeurs des paramètres
de fonctionnement tels que : la température, la pression et la puissance
électrique du compresseur. Une interface graphique de visualisation est
conçue sous python. Ainsi, à partir des 10 fiches de travaux
pratiques conçues, l'apprenant part d'une découverte des
composants du circuit frigorifique à compression de vapeur pour une
étude approfondie de son fonctionnement. Il se sert à cet effet
de l'interface graphique conçue pour la visualisation du fonctionnement
aussi bien réel qu'idéal du circuit frigorifique pour
évaluer sa performance.
Mots clés : banc didactique,
cycle frigorifique à compression de vapeur, double système de
détente, fiche de TP
Rédigé par Hospice Sènakpon
AZINHOU VII
Conception et réalisation d'un banc didactique
informatisé pour l'étude du cycle de réfrigération
à compression de vapeur
ABSTRACT
The use of a didactic bench in the laboratory of refrigeration
engineering training schools is now a necessity when considering ensuring
quality education. To overcome the difficulties of acquiring these devices
because of their expensive costs and the need to order them from outside, we
propose in this document a model of personalized didactic bench entirely
designed and assembled in Benin.
Inspired by Didatec and Electronica Venetta models, this model
that we design has a double expansion system (thermostatic expansion and
capillary expansion). To monitor, it is equipped with an automatic acquisition
system for the values of operating parameters such as: temperature, pressure
and electrical power of the compressor. A visualization graphical interface is
designed under python. Thus, from the 10 designed practical work sheets, the
learner starts from a discovery of the components of the vapor compression
refrigeration circuit for an in-depth study of its operation. To this end, it
uses the graphical interface designed to visualize both the actual and ideal
operation of the refrigeration circuit to assess its performance.
Keywords: didactic bench, vapor
compression refrigeration cycle, double expansion system, lab sheet
Rédigé par Hospice Sènakpon
AZINHOU VIII
Conception et réalisation d'un banc
didactique informatisé pour l'étude du cycle de
réfrigération à compression de
vapeur
SOMMAIRE
DEDICACE i
REMERCIEMENTS ii
LISTE DE FIGURES ET TABLEAUX iii
RESUME vi
SOMMAIRE viii
INTRODUCTION GENERALE 1
Chapitre 1 : PRESENTATION DES CADRES DE FORMATION ET DU STAGE
ET DES
TRAVAUX 4
1.1. Introduction 4
1.2. Présentation du cadre de formation 4
1.3. Présentation du cadre de stage 6
1.4. Travaux effectués 7
1.5. Conclusion 8
Chapitre 2 : GENERALITES ET ETAT DE L'ART 10
2.1. INTRODUCTION 10
2.2. GENERALITES 10
2.3. ETAT DES LIEUX SUR LES BANCS DIDACTIQUES EN REFRIGERATION
19
2.4. Personnalisation 27
2.5. Conclusion 31
CHAPITRE 3: MATERIELS ET METHODOLOGIES 33
3.1. INTRODUCTION 33
3.2. Matériels et outils Error! Bookmark not
defined.
3.3. Méthodologie de dimensionnement des composants du
banc didactique 45
3.4. ETAPES DE REALISATION DU BANC DIDACTIQUE 51
3.5. Méthodologie d'établissement des fiches de
TP 54
3.6. Méthodologie de déploiement de l'interface
graphique 55
3.7. CONCLUSION 58
CHAPITRE 4 : RESUSTATS ET DISCUSSIONS 60
4.1. INTRODUCTION 60
4.2. RESULTATS 60
4.3. DISCUSSIONS 82
Rédigé par Hospice Sènakpon
AZINHOU IX
Conception et réalisation d'un banc didactique
informatisé pour l'étude du cycle de réfrigération
à compression de vapeur
4.4. CONCLUSION 85
CONCLUSION GENERALE ET PERSPECTIVES 86
ANNEXE 1 : fiche technique groupe de condensation 90
ANNEXE 2 : COUT DE CONCEPTION ET DE REALISATION 90
ANNEXE 3 : plan de financement 92
Conception et réalisation d'un banc didactique
informatisé pour l'étude du cycle de réfrigération
à compression de vapeur
INTRODUCTION GENERALE
Contexte
Dans le contexte de l'amélioration de la qualité
de l'enseignement des disciplines d'ingénierie
énergétique, l'acquisition de matériels didactiques
adéquats devient pour la plupart des écoles de formation une
nécessité.
Le froid constitue aujourd'hui l'une des disciplines dont
l'utilisation de banc didactique devient incontournable, si l'on veut s'assurer
d'une formation de qualité.
Problématique
Plusieurs sociétés de par le monde, dans
l'optique d'accompagner les écoles de formation dans ce dynamisme, se
sont données pour mission de développer des solutions
idéales en concevant des appareils didactiques destinés à
l'analyse théorique et expérimentale des notions et
phénomènes inhérents au domaine du froid et de la
climatisation. Ainsi grâce à ces dernières, les
écoles de formation bénéficient du matériel
adéquat pour leurs travaux pratiques. Reste à savoir si
l'acquisition de ces dispositifs par les écoles de formation est facile
partout dans le monde. Bien évidemment les écoles de formation
des pays comme le Bénin peinent à avoir les moyens
nécessaires vu les prix onéreux auxquels sont vendus et
livrées ces dispositifs didactiques par des sociétés des
pays occidentaux. Ainsi, on assiste à des générations
d'apprenants sans une bonne base pratique dans le domaine. Ce qui impacte
largement sur la carrière professionnelle.
Trouver un moyen de concevoir localement ces bancs didactiques
personnalisés aussi performants que solide, à moindre coût
serait très bénéfique pour nos écoles de formation.
C'est dans ce cadre que se tient notre travail de fin de formation qui
s'intitule : « conception d'un banc didactique informatisé pour
l'étude du cycle de réfrigération à compression de
vapeur »
Inspiré des modèles Mod. BDF/EV[1] de
Electronica Venetta et CRD 600 de Didactec, puis des résultats de
travaux de recherches de Yudhveer Kumar[2] et Ciro Aprea[3] respectivement du
26 Février 2019 et du
09 juin 2001, le banc didactique que nous concevons dans le
compte de ce travail de fin de formation permettra aux apprenants
d'étudier le fonctionnement du cycle frigorifique de compression
à vapeur à travers une série de Travaux Pratiques(TP)
Objectifs
Objectif général
Rédigé par Hospice Sènakpon
AZINHOU 1
Conception et réalisation d'un banc didactique
informatisé pour l'étude du cycle de réfrigération
à compression de vapeur
L'objectif général de ce projet est de
démystifier aux apprenants les notions et phénomènes
inhérents du
cycle de réfrigération à compression de
vapeur, sans avoir recourt à de gros investissements dans
l'acquisition de banc didactique conçu par les
sociétés spécialisées des pays occidentaux.
Objectifs spécifiques
Les objectifs spécifiques de ce projet consistent à
:
? Concevoir et à réaliser le dispositif,
? Concevoir les fiches techniques de TP à réaliser
avec ce dispositif,
? Simuler le dispositif afin de s'assurer du bon
fonctionnement.
Le présent document est structuré en trois
grands chapitres. Le premier chapitre est dédié à la
présentation des cadres de formation, du lieu stage et des travaux
effectués. Le deuxième chapitre présente les
généralités et l'état de l'art. Le troisième
chapitre présente les matériels et méthodologie de
conception et de réalisation du banc didactique. Le quatrième et
dernier chapitre présente les résultats et discussions issus des
méthodologies adoptées.
Rédigé par Hospice Sènakpon
AZINHOU 2
Conception et réalisation d'un banc didactique
informatisé pour l'étude du cycle de réfrigération
à compression de vapeur
CHAPITRE 1 : PRESENTATION DU CADRE DE FORMATION ET
DU LIEU DE STAGE ET DES TRAVAUX EFFECTUES
Rédigé par Hospice Sènakpon
AZINHOU 3
Conception et réalisation d'un banc didactique
informatisé pour l'étude du cycle de réfrigération
à compression de vapeur
Chapitre 1 : PRESENTATION DU CADRE DE FORMATION ET DU LIEU STAGE
ET DES TRAVAUX
1.1. INTRODUCTION
Dans le cadre de la formation des étudiants du cycle
d'ingénierie de l'ENSGEP de l'Université Nationale des Sciences,
Technologies, Ingénierie et Mathématiques (UNSTIM), il est
prévu un stage académique d'une durée de six mois en fin
de cycle. Un stage académique à la fin de laquelle
l'étudiant est appelé à présenter les
résultats de recherche et de conceptions, sanctionnés par une
note. C'est dans cette optique que nous avons effectué notre stage de
fin de cycle à la Société Générale de
l'Energie Electrique et Fluides. Ce premier chapitre sera consacré
à la présentation de notre école de formation, de cette
société, de même que les travaux que nous y avons
effectués.
1.2. PRESENTATION DU CADRE DE FORMATION
L'Ecole Nationale Supérieure de Génie
Energétique et Procédés (ENSGEP) est l'une des
écoles d'ingénierie de l'Université Nationale des
Sciences, Technologies, Ingénierie et Mathématiques (UNSTIM),
créée en 2018. Elle est structurée en trois (03)
départements à savoir:
? le département de Génie Energétique (DGEN)
;
? le département de Génie des
Procédés Industriels (DGPI) ;
? le département de Génie des Energies
Renouvelables (DGER).
L'ENSGEP a pour mission d'assurer des formations conduisant
aux diplômes d'Ingénieurs de Conception (BAC+5) en Sciences et
Technologies de l'Energétique et des Procédés Industriels
et aux diplômes de licences professionnelles (BAC+3) en Froid et
Climatisation et en Equipements motorisés. A cet effet, elle est
chargée de la recherche scientifique et technique, et de l'innovation
technologique en sciences. Cependant, étant une école naissante,
elle équipe de façon progressive son laboratoire de dispositifs
didactiques aussi bien en électronique qu'en froid et climatisation.
La structure organisationnelle de son personnel administratif se
présente comme suit :
Rédigé par Hospice Sènakpon
AZINHOU 4
Conception et réalisation d'un banc didactique
informatisé pour l'étude du cycle de réfrigération
à compression de vapeur
DIRECTEUR
ENSGEP
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Secrétaire
particulier
|
Secrétaire
Général
d'Entité
|
|
Service
Comptabilité
|
Service du matériel et
de la
maintenance
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Division
Secrétariat
Administratif
|
Assistant
comptable
|
Directeur
Adjoint
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Service Stage et
Insertion
Professionnelle
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Structure d'appui
formation
|
|
Chef Scolarité et
examen
|
Départements
|
Laboratoires
|
Figure 1. 1: Organigramme
Rédigé par Hospice Sènakpon
AZINHOU 5
Conception et réalisation d'un banc didactique
informatisé pour l'étude du cycle de réfrigération
à compression de vapeur
1.3. PRESENTATION DU CADRE DE STAGE
Fondée en 2012, la SGEEF (Société
Générale de l'Energie Electrique et Fluides), est une
société à
responsabilité limitée, née d'une
véritable passion pour l'étude, la conception et la
réalisation
d'installation et maintenance électrique et de
climatisation. Ses savoir-faire et ses compétences
reposent sur un bureau d'études et son personnel
techniciens du terrain, expérimentés et motivés.
1.3.1. Philosophie
Sa philosophie est la réalisation des prestations de
qualité dans une recherche constante de la
satisfaction du client.
1.3.2. Valeurs
Ses valeurs se résument aux :
? Savoir - faire et Qualité ;
? Engagement ;
? Disponibilité ;
? Responsabilité ;
? Confiance et Proximité
1.3.3. Organigramme
La structure organisationnelle du personnel administratif de
la SGEEF se présente comme suit
DIRECTEUR
GENERAL
SECRETAIRE
PARTICULIERE
DIRECTEUR
TECHNIQUE
|
SECRETAIRE
ADMINISTRATIVE
|
|
CHEF MAT LOG
|
CHEF ATELIER
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
SECTION FROID
& CLIM
APPRENANTS
SECTION
ELECTRICITE &
APPRENANTS
SECTION
MECANIQUE &
APPRENANTS
Figure 1. 2 : Organigramme SGEEF
Rédigé par Hospice Sènakpon
AZINHOU 6
Rédigé par Hospice Sènakpon
AZINHOU 7
Conception et réalisation d'un banc didactique
informatisé pour l'étude du cycle de réfrigération
à compression de vapeur
1.3.4. Situation géographique
La SGEEF est située au quartier Cadjèhoun, à
Cotonou, à 1.9km de l'étoile rouge non loin de GKS INTERNATIONAL
BENIN.
Figure 1. 3 : Localisation de SGEEF Sarl sur
Google[4]
1.4. TRAVAUX EFFECTUES
Les travaux que nous avons effectués à la SGEEF se
résume comme suit :
a- Etude, supervision et conduites de l'installation
électrique d'un immeuble R+3 de type bureau à Kouhounoun(Cotonou)
;
b- Participation à l'établissement du bilan
énergétique (Etude de l'éclairage et bilan thermique) de
deux (02) villas R+1 en construction à Kara (au Nord Togo) ;
c- Participation à la conception des plans
d'électricités pour un projet d'installation de villas R+1
à Kara (au nord du Togo) ;
d- Participation à la conception des schémas
unifilaires pour un projets d'installation de villas à Kara R+1 (au Nord
du Togo) ;
e- Participation à la conception des schémas
unifilaires pour un projets d'installation électrique
dénommé « Datacenter » de l'Agence de
Sécurité Informatique (ASSI) à Abomey-Calavi ;
Conception et réalisation d'un banc didactique
informatisé pour l'étude du cycle de réfrigération
à compression de vapeur
f- Participation à la conception de la note de calcul
de l'éclairage du bâtiment administratif de Data Center de l'ASSI
à Abomey-Calavi ;
g- Conception et réalisation d'un banc didactique
informatisé pour l'étude du cycle de réfrigération
à compression de vapeur.
1.5. CONCLUSION
Dans ce premier chapitre, nous avons présenté le
cadre de notre formation(ENSGEP), de nos stages(SGEEF) et les travaux que nous
y avons effectués. Le suivant chapitre sera consacré aux
généralités et l'état des lieux sur la conception
des bancs didactiques en réfrigération.
Rédigé par Hospice Sènakpon
AZINHOU 8
CHAPITRE 2 : GENERALITES ET ETAT DE L'ART
Conception et réalisation d'un banc didactique
informatisé pour l'étude du cycle de réfrigération
à compression de vapeur
Rédigé par Hospice Sènakpon
AZINHOU 9
Rédigé par Hospice Sènakpon
AZINHOU 10
Conception et réalisation d'un banc didactique
informatisé pour l'étude du cycle de réfrigération
à compression de vapeur
Chapitre 2 : GENERALITES ET ETAT DE L'ART
2.1. INTRODUCTION
Comme nous l'avons notifié un peu plus haut dans notre
introduction, plusieurs sociétés de par le monde, ont
déjà conçu des bancs didactiques en froid, destinés
aux écoles de formations. Après avoir présenté une
généralité sur les machines frigorifiques à
compresseur de vapeur, nous allons présenter dans ce chapitre un certain
nombre de bancs didactiques déjà existants. Il ne sera pas
question de mener une critique sur la conception des autres
sociétés, mais plutôt combiner les technologies
utilisées des unes et des autres pour personnaliser et concevoir un
système plus performent à moindre coût afin de satisfaire
notre école de formation et celles de la sous-région.
2.2. GENERALITES
La machine frigorifique à compression de vapeur est
composée de quatre organes principaux :
? Evaporateur
? Compresseur
? Condenseur
? Détendeur
2.2.1. Evaporateur
A l'entrée de l'évaporateur, le fluide
frigorigène est à l'état liquide et à base
pression. En passant dans l'évaporateur, le fluide frigorigène
(à basse pression) capte l'énergie thermique. De ce fait, le
fluide frigorigène s'évapore et passe à l'état
vapeur. A la sortie de l'évaporateur, le fluide est à
l'état vapeur basse pression. Ainsi, l'évaporateur a pour
fonction de prélever la chaleur à son environnement et de la
céder au fluide frigorigène[5].
Rédigé par Hospice Sènakpon
AZINHOU 11
Conception et réalisation d'un banc didactique
informatisé pour l'étude du cycle de réfrigération
à compression de vapeur
Figure 2. 1 : Fonctionnement de
l'évaporateur[5]
2.2.2. Compresseur
Le compresseur est l'élément mécanique qui
fournit le travail nécessaire à réaliser le cycle
thermodynamique Il a pour fonction d'amener le fluide frigorigène de la
basse pression de l'évaporateur à une pression plus
élevée dans le condenseur.[5]
Figure 2. 2 : Fonctionnement du compresseur[5]
2.2.3. Condenseur
A l'entrée du condenseur, le fluide frigorigène est
à l'état vapeur et à haute pression. En passant dans le
condenseur, le fluide frigorigène (haute température) cède
son énergie thermique. De ce fait,
Rédigé par Hospice Sènakpon
AZINHOU 12
Conception et réalisation d'un banc didactique
informatisé pour l'étude du cycle de réfrigération
à compression de vapeur
le fluide frigorigène se condense et passe à
l'état liquide. A la sortie de condenseur, le fluide frigorigène
est à l'état liquide haute pression
Figure 2. 3: Fonctionnement du condenseur[5]
2.2.4. Détendeur
Il s'agit en général d'un robinet dont la
position de la soupape fait varier la perte de charge (chute de pression) et
donc le débit de fluide frigorigène. Il permet de :
? Passer de haute pression à la basse pression ;
? Créer une perte de charge artificielle en faisant passer
le fluide par un orifice étroit ; ? Contrôler le remplissage en
liquide de l'évaporateur ;
? Régler le débit de fluide frigorigène
parcourant le circuit fermé ;
Conception et réalisation d'un banc didactique
informatisé pour l'étude du cycle de réfrigération
à compression de vapeur
Figure 2. 4: Fonctionnement du détendeur[5]
2.2.5. Composants annexes d'une installation
frigorifique
En plus des composants principaux, une installation frigorifique
à compression de vapeur comporte
des composant annexes tels que :
? Filtre déshydrateur
? Pressostat
? Le voyant liquide
? Réservoir liquide
? Thermostat
2.2.6. Les fluides frigorigènes
Les fluides frigorigènes sont des substances ou des
mélanges de substances, utilisés dans les circuits
de systèmes frigorifiques tels que: des chambres froides,
des réfrigérateurs, des vitrines
réfrigérées...
Les fluides frigorigènes ont la particularité
d'avoir sous la pression atmosphérique, une température
d'évaporation très faible. Cette
propriété thermodynamique permet de produire du froid et du
chaud.
Les fluides peuvent être classés en quatre
familles:
? Les substances inorganiques pures
? Les hydrocarbures
? Les hydrocarbures halogénés
? Les autres produits
2.2.6.1. Familles de fluides inorganiques purs :
Rédigé par Hospice Sènakpon
AZINHOU 13
Conception et réalisation d'un banc didactique
informatisé pour l'étude du cycle de réfrigération
à compression de vapeur
Les fluides de cette famille sont principalement composés
:
· D'eau (H2O)
· D'ammoniac(NH3)
· De dioxyde de carbone (CO2)
2.2.6.2. Famille des fluides hydrocarbures
halogénés :
Les fluides de cette famille sont très largement
utilisés mais font désormais l'objet d'interdiction notamment
pour des raisons de toxicité environnementale. Cette famille de fluides
se divise en trois catégories qui sont les CFC, les HCFC et les HFC.
Famille des fluides hydrocarbures : Les fluides de cette famille
peuvent être composés :
· de butane - d'isobutane
· de propane - de cyclopropane
· le propylène
2.2.6.3. Famille des fluides hydrocarbures
halogénés :
Les fluides de cette famille sont très largement
utilisés mais font désormais l'objet d'interdictions, notamment
pour des raisons de toxicité environnementale. Cette famille de fluides
se divise en trois catégories qui sont les Chlorofluorocarbures (CFC),
les HCFC (Hydro Chlorofluorocarbures) et les HFC (Hydrofluorocarbure)
2.2.6.4. Famille des autres fluides frigorigènes :
Les fluides de cette famille sont utilisés de façon
très ponctuelle été rare. Ainsi on pourra trouver :
· Les éthers oxydes
· Les amines aliphatiques
· Les alcools, le méthanol et l'éthanol
· Les composés tri-halogénés,
fluorés chlorés et bromés (HBCFC, BCFC) 2.2.7.
Quelques paramètres thermodynamiques et définitions clées
2.2.7.1. La Pression
(2.1)
Surface
Par la pression, on entend la force agissant sur une
unité de surface.
Force
Pression =
Rédigé par Hospice Sènakpon
AZINHOU 14
Rédigé par Hospice Sènakpon
AZINHOU 15
Conception et réalisation d'un banc didactique
informatisé pour l'étude du cycle de réfrigération
à compression de vapeur
Cette formule montre que pour une même force
donnée, si l'on réduit la surface, la pression sera
élevée et à l'inverse la pression sera plus faible si on
répartit sur une plus grande surface. En
réfrigération, la pression constitue l'un des trois
éléments du changement d'état avec le volume et la
température. Dans le système international, l'unité
légale de pression la plus usuelle est le bar, c'est cette unité
qui est utilisé par le frigoriste en réfrigération. Notons
qu'il existe différents types de pressions :
· La pression atmosphérique
L'atmosphère forme une couche gazeuse dont la pression
est égale à 1,033bars au niveau de la mer. Cette pression
s'exerce sur la surface de tous les corps de notre planète. Elle diminue
lorsque l'altitude augmente, à contrario, plus on descend sous a surface
de la mer, plus la pression augmente.
· La pression relative et absolue
La pression relative est la différence de pression par
rapport à la pression atmosphérique. C'est la pression
donnée par les manomètres du frigoriste donc celle que nous
allons faire usage dans la conception de notre dispositif. La pression absolue
quant à elle est mesurée à partir du vide.
La plupart des manomètres utilisés en pratique
sont (pour des raisons économiques) des manomètres à
surpression. Ils mesurent la surpression Pe par
rapport à la pression ambiante (pression atmosphérique). Afin
d'obtenir la pression absolue («réelle«)
Pabs il faut ajouter à l'indication du
manomètre (Pe) la pression ambiante
Pamb. La pression absolue est nécessaire pour les
calculs et la détermination des données concernant la
substance.
Pression absolue = Pression relative + Pression
atmosphérique (2.2)
Les pressions absolues sont toujours positives. Les pressions
relatives(surpression) peuvent être négatives
jusqu'à des valeurs correspondant à la pression
atmosphérique.
Relation Pression -Température
A chaque température d'un point sur un circuit
frigorifique, correspond, pour une vapeur saturée d'un fluide
donnée, une pression bien déterminée et inversement.
Rédigé par Hospice Sènakpon
AZINHOU 16
Conception et réalisation d'un banc didactique
informatisé pour l'étude du cycle de réfrigération
à compression de vapeur
Ceci permet d'établir une relation entre la pression
et la température et de créer ainsi, pour différents
fluides frigorigènes, des tables Pression-Température. Ces tables
donnent, pour un fluide donné, à chaque température, la
pression correspondante.
2.2.7.2. Enthalpie
L'enthalpie représente l'énergie totale
emmagasinée (Q en J) par 1kg de fluide frigorigène pour une
pression et une température donnée. Une transformation qui
s'effectue à enthalpie constante est une transformation isenthalpique
(pas d'énergie emmagasinée par le fluide). Des tableaux et
diagrammes permettent de fournir pour les fluides frigorigènes les
valeurs nécessaires à l'enthalpie spécifique pour
différents états ou températures.
2.2.7.3. Diagramme enthalpique
Le diagramme enthalpique sert à tracer le cycle
frigorifique et permet de faire les calculs de base pour choisir et
dimensionner les éléments de la machine frigorifique.
Pour un fluide frigorigène dans un système
frigorifique, le diagramme enthalpique permet de suivre l'évolution des
paramètres tels que la pression, la température, l'enthalpie,
l'entropie, le volume massique, et le mélange liquide-vapeur. De plus il
permet de suivre les différents changements d'état du fluide.
Rédigé par Hospice Sènakpon
AZINHOU 17
Conception et réalisation d'un banc didactique
informatisé pour l'étude du cycle de réfrigération
à compression de vapeur
Figure 2. 5: Diagramme enthalpique[6]
En abscisse, on trouve l'échelle des enthalpies. En
ordonnée, on trouve des pressions.
2.2.7.5. Surchauffe
L'un des renseignements les plus importants sur la « vie
» du circuit frigorifique est sans aucun doute la valeur de la surchauffe
des vapeurs à la sortie de l'évaporateur. Par définition,
la surchauffe d'une vapeur représente la différence entre la
température de cette vapeur et la température
d'évaporation du fluide qui lui a donné naissance, la pression
étant constante.
Conception et réalisation d'un banc didactique
informatisé pour l'étude du cycle de réfrigération
à compression de vapeur
Figure 2. 6: Mesure de la surchauffe[8]
Sur un évaporateur, la surchauffe représente la
différence entre la température mesurée au bulbe du
détendeur, et la température d'évaporation lue au
manomètre BP (dans la plupart des cas, la perte de charge de la
tuyauterie d'aspiration est négligeable).
Dans l'illustration ci-dessus, la surchauffe = 11 - 4 =
7°C
2.2.7.6. Sous refroidissement
Le sous refroidissement constitue également comme la
surchauffe l'un des renseignements les plus importants dans la vie du circuit
frigorifique. Par définition, le sous refroidissement d'un liquide
représente la différence entre la température de
condensation de ce liquide à la sortie du condenseur.[7]
Rédigé par Hospice Sènakpon
AZINHOU 18
Conception et réalisation d'un banc didactique
informatisé pour l'étude du cycle de réfrigération
à compression de vapeur
Figure 2. 7: Mesure du sous refroidissement[8]
Sur un condenseur, le sous refroidissement la différence
de température entre la température de condensation (lue au
monomètre HP), et la température de la ligne liquide
mesurée au départ du condenseur (ou de la bouteille liquide).
Dans l'illustration ci-dessus, le sous refroidissement = 38 - 32 = 6°C. On
rencontre généralement sur les condenseur à air une valeur
normale du sous refroidissement comprise entre 4 et 7°C[7]
2.2.7.7. Le banc didactique
Un banc didactique est un dispositif conçu pour
laboratoire et dont le but principal est de permettre aux apprenants
d'étudier de façon pratique des notions apprises en
théories. Il peut servir de banc d'essai. Il est dit informatisé,
lorsqu'il est susceptible d'être connecté à un ordinateur
pour le traitement de données.
2.2.7.8. Banc d'essai
C'est une plate-forme permettant de mesurer les performances
d'un système (ou d'un sous-système) et d'en effectuer la mise au
point. Le terme est aussi utilisé dans plusieurs disciplines pour
désigner un environnement de développement protégé
des dangers des expériences.
2.3. ETAT DES LIEUX SUR LES BANCS DIDACTIQUES EN
REFRIGERATION
Rédigé par Hospice Sènakpon
AZINHOU 19
Rédigé par Hospice Sènakpon
AZINHOU 20
Conception et réalisation d'un banc didactique
informatisé pour l'étude du cycle de réfrigération
à compression de vapeur
Plusieurs sociétés ont conçu de bancs
didactiques en froid et climatisation, c'est le cas de Prodidac[8], Didatec[1],
Electronica Venetta[1], Gunt[9] et al. Outre le but didactique des bancs, des
chercheurs scientifiques ont également publié des
résultats des travaux d'expérimentation sur des bancs d'essai
qu'ils ont conçu. C'est le cas des chercheurs R. Dirlea, Yudhveer[1],
Kumar Verma[2], Ciro Aprea[3] et al.
2.3.1. Quelques modèles de bancs didactiques
existants
2.3.1.1. Banc pédagogique d'étude de la
réfrigération R715 de Prodidac
Ce banc pédagogique d'étude de la
réfrigération de laboratoire conçu par Prodidac
permet aux étudiants d'effectuer des études
complètes sur la performance d'un cycle à compression de vapeur
sous différentes conditions de charge et de pression au condenseur.
L'appareil est fourni avec toute l'instrumentation nécessaire permettant
d'effectuer les mesures de pressions, débits, puissance, couple
mécanique et températures. Un système d'acquisition de
données RC715A est disponible en option.
Figure 2. 8: Banc didactique de réfrigération
conçue par prodidac[9]
2.3.1.2. Banc de manipulation des fluides
frigorigènes[10]
Conçu par Didactec, le banc de manipulation des fluides
frigorigènes permet d'étudier les différentes
caractéristiques de fluides frigorigènes et d'en étudier
les performances. Il dispose cet effet d'un datalogger pour l'acquisition de
données
Rédigé par Hospice Sènakpon
AZINHOU 21
Conception et réalisation d'un banc didactique
informatisé pour l'étude du cycle de réfrigération
à compression de vapeur
Figure 2. 9: Banc de manipulation de fluide
frigorigène
2.3.1.3. Banc d'essai de détendeur
Ce banc permet de réaliser les travaux d'identification
et utilisation des systèmes de détente tels que thermostatique
à égalisation interne, thermostatique à égalisation
externe, détendeur automatique, tubes capillaires de deux
différentes longueurs et de différents diamètres,
détendeurs électroniques ? Etude de l'influence du
diamètre et de longueur des tubes capillaires
? Ajustement de la surchauffe sur les détendeurs
thermostatiques
Figure 2. 10: Banc d'essai de détendeurs[4]
Conception et réalisation d'un banc didactique
informatisé pour l'étude du cycle de réfrigération
à compression de vapeur
? Banc de réglage d'éléments
spécifiques en réfrigération
Ce banc permet de réaliser les travaux pratiques (TP)
suivant :
? Identification de composants frigorifiques
? Etude et réglages des pressostats (HP, BP, et
HBP).
? Etude et réglage d'une vanne à pression
constante d'évaporation
? Etude et réglage d'une vanne à pression
constante de condensation
Figure 2. 11: Banc de réglage d'éléments
spécifiques en réfrigération [4]
? Banc d'étude du cycle à compresseur de vapeur
Cud est une société en partenariat avec les
universités francophones de la belgiques. Grâce à cette
société, l'Ecole Polytechnique d'Abomey-Calavi dispose d'un banc
didactique pour l'étude du circuit frigorifique à compression.
Figure 2. 12: Banc didactique du cycle frigorifique à
compression de vapeur[11]
Rédigé par Hospice Sènakpon
AZINHOU 22
Rédigé par Hospice Sènakpon
AZINHOU 23
Conception et réalisation d'un banc didactique
informatisé pour l'étude du cycle de réfrigération
à compression de vapeur
· Description du cycle de fonctionnement de la pompe
à chaleur
· Identification des composants frigorifiques de la pompe
à chaleur
· Décrire le bilan énergétique du
fluide
· Etude de de l'efficacité de la pompe à
chaleur
2.3.1.4. Electronica Venetta
Electronica Venetta est une
société spécialisée dans la conception des bancs
didactiques. En réfrigération, elle a développé
plusieurs dispositifs pédagogiques. Cependant, sa particularité
réside dans le fait qu'elle dispose d'une gamme plus large gamme faisant
intervenir les technologies d'enregistrement et de traitement des
données acquises pendant le fonctionnement du dispositif. L'un des bancs
les plus intéressants conçu par cette société et
qui à notre appréciation est très plus ou moins complet
pour l'apprenant de base en froid est « le banc didactique
informatisé pour la réfrigération générale,
récemment publiée sur son site web et leurs canaux sociaux
(Facebook, LinkedIn, YouTube) [5].
Figure 2. 13: Modèle RCTC/EV [1]
Ce banc permet de réaliser les travaux pratiques (TP)
suivants :
· La mise en marche et vérification de
l'intervention des dispositifs de sécurité
· La représentation du cycle sur le diagramme
Pression-Enthalpie du gaz réfrigérant
· la récolte des données et calcul :
· des bilans thermiques au niveau de l'évaporateur,
du condenseur, du compresseur -
· du débit massique du réfrigérant
· des coefficients d'efficience frigorifique (EER)
idéal et réel
· rendement volumétrique de compression
Rédigé par Hospice Sènakpon
AZINHOU 24
Conception et réalisation d'un banc didactique
informatisé pour l'étude du cycle de réfrigération
à compression de vapeur
2.3.1.4. Banc didactique du circuit frigorifique à
compression simple modèle ET101
La structure du ET 101 est celle d'une installation
frigorifique à compression simple. L'évaporateur et le condenseur
sont réalisés sous forme de serpentin, qui
pénètrent chacun dans un réservoir rempli d'eau. L'eau
simule l'environnement. Une soupape de détente thermostatique fait
office d'élément d'expansion. Deux manomètres affichent
les deux pressions du système des côtés hauts et basse
pression. La température d'évaporation de l'agent
réfrigérant est affichée sur une échelle
supplémentaire au niveau du manomètre. Deux thermomètres
mesurent la température de l'eau dans les réservoirs. Avec cela,
on peut calculer la quantité de chaleur qui a été
retirée à l'environnement (évaporateur, eau froide) et
rendue (condenseur, eau chaude). Un voyant affiche l'état
d'agrégation de l'agent réfrigérant avant la soupape de
détente.[11]
Figure 2. 14: Modèle ET 101 des banc didactique de
réfrigération de chez Gunt [10]
2.3.2. Revue bibliographique
Ciro Aprea et al[2], à travers leur
article du 9 juin 2001, ont effectué une évaluation
expérimentale de la performance du détendeur électronique
et du détendeur thermostatique en utilisant distinctement le R22 et le
R407C. Bien évidemment que ces fluides utilisés par ces
chercheurs à l'époque, sont aujourd'hui interdits, les
résultats de leurs travaux nous inspirent une réévaluation
des mêmes performances mais en utilisant un fluide HFC.
Rédigé par Hospice Sènakpon
AZINHOU 25
Conception et réalisation d'un banc didactique
informatisé pour l'étude du cycle de réfrigération
à compression de vapeur
Yudhveer K. et al[3], à travers leur
article publié le 26 Février 2019, portant étude de
l'effet de différents dispositifs de détente (tube capillaire et
Détendeur thermostatique) sur les réfrigérants alternatifs
utilisés dans les réfrigérateurs domestiques pour avoir
une meilleure performance avec un minimum de pertes. Dans leur article,
Yudhveer Kumar Verma et al, donnent le résumé et la gamme des
différents fluides frigorigènes utilisés dans le cycle de
réfrigération du réchauffement climatique qui affectent
l'environnement par l'utilisation de réfrigérant, et par suite
ont présenté leur objectif qui est de réduire l'effet du
réchauffement climatique et optimiser les performances des
réfrigérateurs domestiques en utilisant les derniers
réfrigérants et les types de détendeurs appropriés
comme le tube capillaire et le détendeur thermostatique. Selon eux,
« Peu de chercheurs ont rapporté une combinaison de
différents réfrigérants et de type de détendeurs
dans les systèmes de réfrigération. Il est donc clair
qu'il existe une large portée pour faire la recherche dans
l'étude sur différents types de réfrigérants ainsi
que différents types de dispositifs d'expansion utilisés pour
améliore performances du réfrigérateur domestique. »
a déclaré Yudhveer Kumar Verma et al. C'est en tenant compte de
cette déclaration, que nous avons jugé important d'inclure dans
les objectifs, l'étude de l'effet de type de détendeur sur la
performance du cycle de réfrigération à compression de
vapeur, en utilisant plutôt qu'un fluide HCFC, un fluide HFC
(Hydrofluorocarbure)
2.3.3. Synthèse sur les bancs didactiques
existants et personnalisation
2.3.3.1. Synthèse sur les bancs didactiques existants
L'étude des bancs didactiques de
réfrigérations existants permet de relever un certain nombre de
points communs sur l'ensemble. Néanmoins, on note des
fonctionnalités particulières sur quelques-uns qui ne figurent
pas sur d'autres. Il faut noter que le banc conçu par
Electronica Venetta, englobe une bonne partie des
fonctionnalités des bancs présentés un peu plus haut. Le
tableau 2.1 présente les particularités observées au
niveau de chacun des bancs présents.
Rédigé par Hospice Sènakpon
AZINHOU 26
Conception et réalisation d'un banc didactique
informatisé pour l'étude du cycle de réfrigération
à compression de vapeur
Tableau 2. 1: Spécificité des modèles
existants
Modèles de Bancs
|
Spécificités
|
Banc didactique de réfrigération conçue
par
PRODIDAC
|
· TP portant étude de l'influence de
la
température de condensation sur la capacité de
refroidissent et sur le coefficient de performance
· TP portant étude des performances de vanne
thermostatique
|
Banc de manipulation des fluides frigorigènes
|
· TP portant mise en service et réglages
(régulateur-détendeur) d'une
installation
frigorifique
· TP portant procédure de
récupération et de charge d'un fluide frigorigène
· TP portant réglage de composants de
régulation (vanne KVP, pressostat BP,
pressostat
HBP)
· TP portant opérations de maintenance sur une
installation frigorifique, remplacement de déshydrateur, remplacement
d'un bout de ligne
|
Banc informatisé général de
réfrigération
|
· Réalisation avec possibilité de
fonctionnement automatique et
fonctionnement manuel du système
· Supervision de l'installation avec
visualisation des
valeurs acquises par le capteur à l'aide d'un logiciel
|
|
Rédigé par Hospice Sènakpon
AZINHOU 27
Conception et réalisation d'un banc didactique
informatisé pour l'étude du cycle de réfrigération
à compression de vapeur
Banc didactique de compression de l'EPAC
|
·
·
|
Echangeurs de chaleur en spirales Acquisition de données
de températures
|
|
·
|
TP portant étude et réglages des pressostats (HP,
BP, et HBP).
|
Banc de réglage d'éléments
spécifiques en
|
|
|
réfrigération
|
·
|
TP portant étude et réglage d'une vanne à
pression constante d'évaporation
|
|
·
|
TP portant étude et réglage d'une vanne à
pression constante de condensation
|
Banc d'essai de détendeurs
|
·
|
TP portant identification et utilisation des
systèmes de détente : thermostatique à
égalisation interne, thermostatique
à
égalisation externe, détendeur automatique,
tubes capillaires de deux différentes
longueurs et de différents
diamètres,
détendeurs électroniques
|
|
·
|
TP portant étude de l'influence du diamètre et de
longueur des tubes capillaires
|
|
·
|
TP portant ajustement de la surchauffe sur les détendeurs
thermostatiques
|
|
2.4. PERSONNALISATION
De toutes ces spécificités ci-dessus
présentées, et conformément à nos objectifs
spécifiques précités en introduction, le banc didactique
que nous concevons sera dédié à l'étude approfondie
du cycle frigorifique à compression de vapeurs. Il permettra de varier
les conditions de charge dans le condenseur et dans l'évaporateur. Les
étudiants peuvent se familiariser avec le diagramme Pression-Enthalpie
du réfrigérant et se perfectionner dans l'évaluation des
bilans thermiques au niveau des différents composants du cycle. Une
interface machine-utilisateur permettra de visualiser le fonctionnement du
circuit frigorifique et de faire le traitement des données acquises par
les capteurs.
Rédigé par Hospice Sènakpon
AZINHOU 28
Conception et réalisation d'un banc didactique
informatisé pour l'étude du cycle de réfrigération
à compression de vapeur
2.4.1. Travaux pratique à faire avec le banc
didactique
Les travaux pratiques que le banc didactique nous permettra
d'exécuter sont de :
+ Identifier les composants du circuit frigorifique à
compression de vapeur
+ Etudier le fonctionnement des principaux
éléments du cycle frigorifique (Compresseur, Condenseur,
Evaporateur, Détendeur)
+ Mettre en service le dispositif
+ Faire l'acquisition des données de températures,
de pressions et de puissance consommée par le compresseur pour un
traitement
Au-delà de ces TP, le modèle de banc didactique
permet à l'enseignant de pourvoir rédiger d'autres TP
selon son inspiration pour enseigner d'avantage des notions du
cycle frigorifique à compression de
vapeur.
2.4.3. Spécifications techniques :
+ Structure en métal,
+ Synoptique sérigraphie en couleurs reproduisant le
circuit hydraulique, avec leds témoin
+ Compresseur de type hermétique
+ Condenseur à air
+ Evaporateur refroidisseur d'eau
+ Détendeur thermostatique, 3 détendeurs
capillaires de diverses géométries
+ Réservoir de liquide,
+ Vannes d'arrêt, indicateur de passage, filtre
déshydrateur
+ Vanne pour la vidange, la récupération et la
charge du réfrigérant
+ Tuyaux cuivre de connexion entre les différents
composants,
+ Datalogger
+ Pressostat de haute/basse pression
+ Interrupteur magnétothermique différentiel
+ Bouton d'urgence
2.4.3. Modèle 3D
Le modèle 3D conçu se présente comme suit
:
Conception et réalisation d'un banc didactique
informatisé pour l'étude du cycle de réfrigération
à compression de vapeur
Figure 2. 15: Modèle 3D de notre banc didactique
2.3.4. Schéma de principe fluidique
Le schéma fluidique de principe de notre banc didactique
se présente comme suit:
Rédigé par Hospice Sènakpon
AZINHOU 29
Rédigé par Hospice Sènakpon
AZINHOU 30
Conception et réalisation d'un banc didactique
informatisé pour l'étude du cycle de réfrigération
à compression de vapeur
Détendeur Thermostatique
Boite d'acquisition des donnes de
températures
T5
Evaporateur
T3
EV1
Réservoir du liquide
Electrovannes
tc_1 tc_2
EV2
Compresseur
T4
EV3
T1
tc_3
EV4
Vanne manuelle
Pressostat HP/BP
T2
Filtre
déshydrateur
Condenseur
Voyant liquide
T3
EV = Electrovannes
= Sonde de thermocouple
tc_1 ; tc_2 ; tc_3 : Tubes capillaires de différents
diamètres P = Mesure de la puissance consommée
|
P
Figure 2. 16: Schéma fluidique de principe du banc
didactique
|
|
Rédigé par Hospice Sènakpon
AZINHOU 31
Conception et réalisation d'un banc didactique
informatisé pour l'étude du cycle de réfrigération
à compression de vapeur
2.5. CONCLUSION
Ce chapitre a été l'occasion pour nous de
présenter une généralité sur les bancs didactiques.
En partant de la clarification terminologique, nous avons
présenté quelques bancs didactiques déjà existant
sur le marché pour finir par présenter les
spécificités du modèle personnalisé que nous
concevons dans ce projet de fin de formation. Le chapitre suivant traitera des
matériels, méthodologie et résultats de conception de
notre banc didactique.
CHAPITRE 3: MATERIELS ET METHODOLOGIES
Conception et réalisation d'un banc didactique
informatisé pour l'étude du cycle de réfrigération
à compression de vapeur
Rédigé par Hospice Sènakpon
AZINHOU 32
Rédigé par Hospice Sènakpon
AZINHOU 33
Conception et réalisation d'un banc didactique
informatisé pour l'étude du cycle de réfrigération
à compression de vapeur
CHAPITRE 3: MATERIELS ET METHODOLOGIES
3.1. INTRODUCTION
Pour concevoir notre système, plusieurs matériels
et outils ont été indispensables. Nous présentons dans ce
chapitre les outils logiciels utilisés dans la conception et
éléments constitutifs du banc didactique.
3.2. PRINCIPAUX COMPOSANTS DU BANC
3.2.1. Compresseur de type hermétique
Le compresseur est le moteur du système frigorifique. Il
aspire le fluide frigorigène à basse pression et à basse
température, dans sa partie Basse pression. Grâce à la
compression, une montée de pression se produit, puis la partie haute
pression expulse le gaz vers le condenseur.
Figure 3. 1: Rendu du modèle 3D du compresseur
hermétique
Notre choix s'est porté sur le type hermétique
pour ses avantages selon lesquels :
? le moteur électrique d'entrainement et le compresseur
sont dans une seule et même enveloppe
non déformable,
? le prix d'achat est abordable,
? le risque de fuite est minimum,
? il est léger
3.2.2. Condenseur à air
Rédigé par Hospice Sènakpon
AZINHOU 34
Conception et réalisation d'un banc didactique
informatisé pour l'étude du cycle de réfrigération
à compression de vapeur
Le condenseur est l'échangeur de chaleur via lequel le
flux calorifique véhiculé par le fluide frigorigène est
évacué dans l'air constituant le milieu extérieur. Le
fluide frigorigène subi un changement d'état en son sein : du gaz
au liquide. IL est en même temps sous refroidi avec des ventilations ou
bien au contact de l'air ambiant. Le type pour lequel nous avons opté
ici est celui à air pour son avantage selon lequel le médium de
refroidissement (l'air) est en quantité suffisante. Le modèle
choisit se présente comme suit :
Figure 3. 2: Modèle du condenseur à
air[12]
3.2.3. Evaporateur, refroidisseur d'eau
L'évaporateur est un échangeur thermique dont
le rôle consiste à absorber le flux thermique provenant du
médium (l'eau) à refroidir. Dans l'évaporateur, le
réfrigérant est transformé en vapeur. Il échange
les calories entre l'eau contenue dans le récipient l'air froid.
Rédigé par Hospice Sènakpon
AZINHOU 35
Conception et réalisation d'un banc didactique
informatisé pour l'étude du cycle de réfrigération
à compression de vapeur
Figure 3. 3: Modèle 3D de l'évaporateur
refroidisseur d'eau
3.2.4. Détendeur thermostatique à
égalisation externe
Les détendeurs thermostatiques sont les organes
d'alimentation des évaporateurs les plus utilisés. Ils assurent
à la sortie de l'évaporateur une surchauffe des vapeurs de fluide
frigorigène. Notre choix s'est porté sur le détendeur
thermostatique à égalisation de pression externe pour la raison
selon laquelle les pertes de charges liées à notre
évaporateur sont très élevée.
En effet, un détendeur thermostatique à
égalisation de pression externe réagit à la perte de
charge dans l'évaporateur et à une surchauffe.
Figure 3. 4: Détendeur thermostatique à
égalisation de pression externe [13]
Rédigé par Hospice Sènakpon
AZINHOU 36
Conception et réalisation d'un banc didactique
informatisé pour l'étude du cycle de réfrigération
à compression de vapeur
3.2.5. Détendeur capillaires
Ce sont des tubes de cuivre de diamètre
intérieur choisi entre 0,6 et 1 mm et de longueur parfaitement
déterminée pour créer une perte de charge suffisante pour
équilibrer la différence des pressions entre le refoulement et
l'aspiration.
Figure 3. 5: Détendeur capillaire[15]
3.2.6. Electrovannes
Les électrovannes, aussi appelées vannes
solénoïde sont des robinets automatiques à commande
magnétique. Ils ont pour rôle d'assurer l'ouverture totale ou la
fermeture totale d'une tuyauterie de fluide frigorigène, qu'il s'agisse
d'une tuyauterie d'aspiration, d'une tuyauterie de refoulement ou d'une
tuyauterie de liquide.
Figure 3. 6: Electrovanne[14]
3.2.7. Pressostat
Le pressostat est utilisé pour assurer une protection
contre une pression d'aspiration trop faible ou une pression de refoulement
trop élevée.
Rédigé par Hospice Sènakpon
AZINHOU 37
Conception et réalisation d'un banc didactique
informatisé pour l'étude du cycle de réfrigération
à compression de vapeur
Figure 3. 7: Pressostat HP/BP[15]
3.2.8. Filtre déshydrateur
Comme son nom l'indique, cet organe a pour rôle non
seulement de piéger les différentes impuretés pouvant se
trouver dans le circuit frigorifique mais également d'en éliminer
l'eau qui pourrait sinon occasionner des corrosions ou se déposer en
certains endroits sensibles comme le pointeau d'un détendeur où
en gelant, elle entrainera son blocage. Il assure également une
troisième fonction, à savoir celle d'éliminer les
acides.
Figure 3. 8: Filtre déshydrateur[16]
3.2.9. Voyant liquide
Placé juste avant le filtre déshydrateur, il
s'agit d'un voyant avec une couronne indicatrice (sel chimique) qui change de
couleur en fonction de la quantité d'eau contenue dans le fluide
frigorigène.
Rédigé par Hospice Sènakpon
AZINHOU 38
Conception et réalisation d'un banc didactique
informatisé pour l'étude du cycle de réfrigération
à compression de vapeur
Figure 3. 9: Voyant liquide[17]
3.2.10. Le réservoir de liquide
Le réservoir ou bouteille liquide reçoit le
liquide venant du condenseur. Il est muni d'une vanne avec un tube plongeur qui
assure l'alimentation en fluide même en cas de niveau bas de liquide. Il
compense les variations de volume de fluide en permettant d'alimenter le
détendeur en fluide frigorigène de façon correcte. Il
permettra aussi de stocker, en cas d'intervention le banc, la totalité
du fluide de l'installation, c'est pour cela qu'il est équipé
d'une vanne de départ liquide.
3.2.11. Thermostat
Les thermostats sont des interrupteurs électriques
commandés par la température.
Leur rôle est de régler la température de
l'eau dans le récipient contenant l'évaporateur entre deux
limites prédéterminées et aussi voisines que possible de
la température réelle que l'on désire obtenir. Nous aurons
donc l'encadrement de la température désirée entre une
limite supérieure et une limite inférieure.
Figure 3. 10: Thermostat[18]
3.2.12. Composants annexes
Rédigé par Hospice Sènakpon
AZINHOU 39
Conception et réalisation d'un banc didactique
informatisé pour l'étude du cycle de réfrigération
à compression de vapeur
3.2.12.1. Ecran d'affichage des données de
température
Nous avons choisi afficher sur écran les valeurs de
température. Notre choix s'est porté un écran LCD 16*2
associé au module i2c.
Figure 3. 11: Ecran LCD[19]
3.2.12.2. Un disjoncteur de protection
C'est le dispositif de protection du circuit électrique
de banc didactique.
Figure 3. 12: Disjoncteur DPN 20A[21]
3.2.13. La table du banc
C'est le support sur lequel sont fixés et
disposés les éléments constitutifs du banc didactique. Le
modèle 3D se présente comme suit :
Rédigé par Hospice Sènakpon
AZINHOU 40
Conception et réalisation d'un banc didactique
informatisé pour l'étude du cycle de réfrigération
à compression de vapeur
Figure 3. 13: Modèle 3D Banc monté sur roues
3.2.14. Les capteurs et modules
Un capteur est un dispositif assurant la conversion d'une
quantité mesurée en un signal interprétable relié
à la mesure par une relation simple.
Figure 3. 14: Principe de fonctionnement d'un capteur[20]
Les capteurs utilisés dans la conception de ce banc didactiques
sont :
Rédigé par Hospice Sènakpon
AZINHOU 41
Conception et réalisation d'un banc didactique
informatisé pour l'étude du cycle de réfrigération
à compression de vapeur
? Les Capteurs de température DS18B20
? Le capteur de tension et de courant INA219 ?
Le RTC DS 1307
? Le module SD
3.2.14.1. Les capteurs de température DS18B20
Le capteur de température DS18B20 permet de mesurer
avec précision les températures dans des environnements humides
avec une interface simple à 1 fil. Il fournit des relevés de
températures de 9 à 12 bits(configurables) sur une interface
à un fil, de sorte qu'un seul fil (et masse) doit être
connecté à partir d'un microprocesseur central.
Figure 3. 15: Capteur de température
Ds18B20[21]
3.2.14.2. RTC DS1307
Ce module est un horloge temps réel (aussi connu sous
l'acronyme RTC pour Real Time Clock) équipée d'une pile pour
rester à l'heure même lorsque le banc didactique est hors
tension.
Rédigé par Hospice Sènakpon
AZINHOU 42
Conception et réalisation d'un banc didactique
informatisé pour l'étude du cycle de réfrigération
à compression de vapeur
Figure 3. 16: Module Horloge[22] 3.2.14.3. Module Micro
SD
Ce module de carte SD permet de communiquer avec la carte
mémoire et d'écrire ou de lire les données
(températures, pressions, puissance) qu'elle contient. Le module
s'interface dans le protocole SPI.
Figure 3. 17: Module SD[23]
3.2.14.4. Capteur de courant SCT013-30A
Le SCT-013-030A est un capteur économique qui permet
de mesurer le courant alternatif pour réaliser des projets de suivi de
consommation électrique à la base d'Arduino. Il est capable de
mesurer un courant alternatif dans la plage 0 à 30A. Ainsi, nous
l'utilisons dans ce projet pour calculer la puissance consommée par le
compresseur.
Figure 3. 18: Capteur de courant SCT13[24]
Rédigé par Hospice Sènakpon
AZINHOU 43
Conception et réalisation d'un banc didactique
informatisé pour l'étude du cycle de réfrigération
à compression de vapeur
3.2.15. Matériels et outils logiciels
Les logiciels que nous avons eu à utiliser dans le cadre
de ce projet de banc didactique informatisé se présente comme
suit :
3.2.15.1. SolidWorks
SolidWorks est un modeleur volumique permettant de créer
des pièces complexes en trois
dimensions. Ces pièces peuvent être ensuite
utilisées pour créer des mises en plan 2D et des
assemblages de plusieurs pièces entre elles. Ainsi, il
dispose des trois modules suivants :
? Pièce,
? Assemblage et
? Mise en plan
Figure 3. 19: Logo SolidWorks[25]
3.2.15.2. Pycharm
Le logiciel Pycharm est un IDE commerciale pour python vraiment
très puissant. Il a une capacité d'analyse du code et retourne
des avertissements pertinents. Il offre la possibilité d'installer des
modules manquants, d'exécuter le code, et de le déboguer.
Exploité sous Windows 10, nous en sommes servis pour
développer une interface graphique de pilotage du banc didactique.
Rédigé par Hospice Sènakpon
AZINHOU 44
Conception et réalisation d'un banc didactique
informatisé pour l'étude du cycle de réfrigération
à compression de vapeur
Figure 3. 20: Logo PyCharm[26]
3.2.15.3. Qt Designer
Qt Designer est l'outil Qt pour concevoir et construire des
interfaces utilisateur graphiques (GUI) avec Qt Widgets . Nous l'avons
utilisé en combinaison de python pour composer et personnaliser nos
fenêtres ou boîtes de dialogue de manière WYSIWYG (ce que
vous voyez, c'est ce que vous obtenez) et les tester à l'aide de
différents styles et résolutions.
Les widgets et les formulaires créés avec Qt
Designer s'intègrent de manière transparente au code
programmé, en utilisant le mécanisme de signaux et de slots de
Qt, de sorte que nous puissions facilement attribuer un comportement aux
éléments graphiques. Toutes les propriétés
définies dans Qt Designer ont pu être modifiées
dynamiquement dans le code python. De plus, des fonctionnalités telles
que la promotion de widgets et des plugins personnalisés nous ont permis
d'utiliser nos propres composants avec Qt Designer.[27]
Figure 3. 21: Qt Designer[28]
3.2.15.4. IDE Arduino
Rédigé par Hospice Sènakpon
AZINHOU 45
Conception et réalisation d'un banc didactique
informatisé pour l'étude du cycle de réfrigération
à compression de vapeur
L'IDE Arduino a permis :
· d'éditer les programmes en langage C
· de compiler ces programmes dans le langage «
machine » de l'Arduino, la compilation est une traduction du langage C
vers le langage du microcontrôleur
· de téléverser le programme dans la
mémoire de l'Arduino, téléversement (upload) se passe via
le port USB de l'ordinateur une fois dans la mémoire de l'Arduino, le
logiciel s'appelle un microgiciel.
· de communiquer avec la carte Arduino grâce au
terminal (ou moniteur série) pendant le fonctionnement du programme en
mémoire sur l'Arduino, il peut communiquer avec l'ordinateur tant que la
connexion est active (câble USB, ...)
Figure 3. 22: Logo Arduino[29]
3.3. METHODOLOGIE DE DIMENSIONNEMENT DES COMPOSANTS DU BANC
DIDACTIQUE
3.3.1. Contextualisation et Hypothèses
Avant de commencer à procéder au dimensionnement
des différents composants de l'installation frigorifique de notre banc
didactique, il a été nécessaire dans un premier temps :
+ que nous indiquions très exactement la
température(souhaitée) à la sortie de l'eau à
refroidir : L'objectif de l'étude étant didactique et de ne
refroidir justement l'eau de sorte à ne faire intervenir aucun
dispositif de dégivrage, la température de sortie de l'eau dans
le récipient est fixée à 5°C.
+ De préciser les modalités et contraintes de
réalisation de l'installation
Le banc didactique de ce travail de fin de formation est
destiné à refroidir un débit d'eau contenue dans un
récipient à ciel ouvert(sceau). Le récipient est en
plastique d'épaisseur e = 2cm
Rédigé par Hospice Sènakpon
AZINHOU 46
Conception et réalisation d'un banc didactique
informatisé pour l'étude du cycle de réfrigération
à compression de vapeur
D'une forme cylindrique, ces dimensions du récipient se
présentent comme suit :
Hauteur = 45cm
Diamètre extérieur= 20.4cm
Diamètre intérieur = 20cm
Volume= 15L
3.3.2. Evaluation des charges thermiques
Le récipient que nous avons utilisé est une
glacière. Il est composé de trois couches dont le schéma
illustrant le flux thermique se présente comme suit :
|
1
|
??1
|
??2
|
??3
|
1
|
|
????
|
A1
|
A2
|
A3
|
????
|
T?????? T??????
Les charges thermiques se répartissent en deux grandes
catégories : les charges externes et les charges internes.
Apport thermique par les parois Q????
Nous avons procédé à ce calcul paroi par
paroi, c'est-à-dire d'abord les parois verticales puis la base du
récipient et enfin l'apport thermique à travers l'ouverture haut
du récipient. Ainsi, la charge thermique par transmission à
travers les parois verticales du récipient s'exprime comme suit :
Q???? = KS?T (3.1)
-
????????????é ??o?????? ????????:
1
K= (3.2)
???? + ??1
1 A1 + ?A2?2 ? + ?A3?3 ? + 1
????
Où ;
1 représente la résistance thermique superficielle
interne ????
Conception et réalisation d'un banc didactique
informatisé pour l'étude du cycle de réfrigération
à compression de vapeur
???? ??e????é??e????e ???? ??é??????????????e
??he??????????e de ??h????????e de?? ??o????he?? de ???? g????????è??e
W/??. K ????
caractérisée par son coefficient de conduction
thermique ???? e?? W/??. K
??
représente la résistance thermique superficielle
externe
????
S, la surface de la paroi en m2
?T = T?? - T?? la différence de température entre
les deux côtés de la paroi considérée en K avec
T?? ???? T?? les températures de l'air ambiant à
l'extérieure et la température de l'eau à
l'intérieure du récipient
??????
|
=
|
|
|
???? - ????
|
|
|
(??.??)
|
|
1
2h??Tc??1?? +
|
ln (???? ??1) + 22.1Tc??
|
ln (???? ????) + 22.2Tc??
|
ln (??2 ????) + 22.3Tc??
|
1 2h??Tc??2??
|
??????
28 - 5
=
1
2 * 0.598 * Tc * 0.2 * 0.45 +
2 * 0.23 * 0.45 +
2 * 0.12 * 0.45 +
1
2 * 0.23 * 0.45 + 2 * 0.024 * Tc* 28 * 0.45
ln ( 0.2 0.185)
ln ( 0.2 0.185)
ln ( 0.2 0.185)
??????= ??,6?? W (??.6)
3.3.3. Choix du fluide frigorigène :
Les fluides frigorigènes ont pour rôle d'assurer
les transferts thermiques entre l'évaporateur et le condenseur. Le choix
rationnel du fluide de notre installation a été effectué
en tenant compte d'un certain nombre de critère.
a- Critères thermodynamiques :
v Pression d'évaporation
v Température critique
Rédigé par Hospice Sènakpon
AZINHOU 47
Rédigé par Hospice Sènakpon
AZINHOU 48
Conception et réalisation d'un banc didactique
informatisé pour l'étude du cycle de réfrigération
à compression de vapeur
+ Taux de compression
+ Température de refoulement
+ Efficacité des échanges thermiques
b- Critères de sécurité
:
+ toxicité,
+ Inflammabilité,
+ Caractère explosif.
c- Critères techniques :
+ Action sur les composants de l'installation
+ Comportement avec l'huile
+ Comportement avec l'eau
+ Aptitude à la détection des fuites
+ Stabilité.
d- Critères économiques : +
Prix
+ Disponibilité.
e- Critères écologiques :
+ Action sur la couche d'ozone
+ Effet de serre
+ Possibilité de récupération et de
recyclage
Confer la partie « Impact écologique et
environnemental » pour plus de détails.
A l'issu des critères précités, nous avons
opter pour le R404a.
3.3.4. Choix et dimensionnement des
éléments principaux retenus
3.3.4.1. Compresseur
Hypothèses et conditions initiales
Température initiale de l'eau = 28°C
Température finale de l'eau = 5°C
Temps de refroidissement t = 35min
Quantité d'eau à refroidir = 12 litre d'eau
Rédigé par Hospice Sènakpon
AZINHOU 49
Conception et réalisation d'un banc didactique
informatisé pour l'étude du cycle de réfrigération
à compression de vapeur
Rappel du contexte : Il s'agit de soustraire une
quantité de chaleur de 12 Litres d'eau en 35min de temps en quittant une
température 28°C à 5°C.
Soit P la quantité de chaleur à soustraire à
l'eau.
??= ???? * ????* ??? (??.??)
????: désigne la chaleur volumique de l'eau
{ ???? = débit volume
?T = ????, ????, ??espectivement égale à la
température finale et initiale de l'eau.
On sait que la chaleur massique de l'eau est: ???? =
4.18????/?????? Or,
???????? = 1000????/??3
1[????h] = 3600[????]
4.18*1000
La chaleur volumique ???? = 1.16 kWh/??3K
(3.7)
3600
Ainsi, Pour faire chuter de 1°C, 1 litres d'eau, il faut lui
pomper une chaleur de 1,16Wh
Soit Q= ???? * qv * ?T = 1,16 * 0.001 * 1 = 0.00116kWh =
1.16Wh
Donc, pour pomper 25°C, soit à
12litres d'eau = 0.012m3, il lui faut soustraire
Q = ???? * qv * ?T = 1,16 * 0.012 * 25 = ?????????? ( ??.??)
Vu la contrainte du temps imposée de 35min (7/12 d'heure),
il faudra un compresseur pouvant fournir une puissance de
?????????????????????????? = Q ?? = 348*12
7 = 596,57?? (??. ??)
Pour un coefficient de performance
COP=3, on a :
??é??????????????????= ????
??O?? = 596.57
3 198?? (??. ????)
Ainsi, la puissance électrique que
devra possédée le compresseur est 198W.
En tenant compte des déperditions évaluée
précédemment, on a choisi arbitrairement un coefficient de
sécurité de 1, 3 soit 198*1,3 = 257,4W.
Ainsi, un compresseur de 257,4W soit
1/3hp serait en mesure de fournir la puissance frigorifique
nécessaire au refroidissement de l'eau.
Rédigé par Hospice Sènakpon
AZINHOU 50
Conception et réalisation d'un banc didactique
informatisé pour l'étude du cycle de réfrigération
à compression de vapeur
3.3.4.2. Groupe de condensation
La puissance du compresseur étant
déterminée, nous avons opté à l'acquissions d'un
groupe de condensation compatible. Pour ce fait, nous avons
procédé à une recherche de groupe de condensation ayant un
compresseur 1/3hp utilisant le R404A.
3.3.4.3. Evaporateur
C'est l'évaporateur qui refroidit l'eau du
récipient en faisant évaporer du réfrigérant. Vu le
but didactique et des objectifs d'étude prévue,
l'évaporateur choisi est de type refroidisseur d'eau. Il est
conçu rien qu'avec une tuyauterie de cuivre à laquelle nous avons
donné une forme spirale.
3.3.4.4. Détendeurs
Conformément aux objectifs prédéfinis
pour notre banc didactique, le choix du type de détendeur est
porté sur un (01) détendeur thermostatique et trois (03)
détendeurs capillaires de différentes différents.
Pour le choix des caractéristiques de chacun des
détendeurs, nous nous sommes basés sur le diamètre de la
tuyauterie du liquide conformément au catalogue du fabriquant. Ainsi
3.3.4.5. Les tuyauteries et les éléments annexes
Le rôle des tuyauteries est de relier entre eux les
différents organes de l'installation frigorifique, mais pour que tout se
passe au mieux les tuyauteries doivent : Cependant les fabriquant en fonction
des puissances frigorifique proposent des dimensions tuyauterie. Chez Danfoss,
on trouve pour un compresseur de 1/3hp, diamètre de refoulement = 1/4"
et diamètre d'aspiration = 5/16".
3.3.4.6. Choix des électrovannes
Le choix des électrovannes s'est basé sur le
diamètre de la tuyauterie de ligne liquide et de la tension
d'alimentions.
3.3.4.7. Filtres déshydrateur
Le choix des électrovannes s'est basé sur le
diamètre de la tuyauterie de ligne liquide et de la tension
d'alimentions et du type de fluide utilisé qui est R404A.
3.3.4.8. Choix du voyant de liquide
Rédigé par Hospice Sènakpon
AZINHOU 51
Conception et réalisation d'un banc didactique
informatisé pour l'étude du cycle de réfrigération
à compression de vapeur
Le choix du voyant liquide s'est basé sur le
diamètre de la tuyauterie de ligne liquide et du type de fluide
utilisé qui est R404A.
3.4. ETAPES DE REALISATION DU BANC DIDACTIQUE
3.4.1. Modélisation 3D de la maquette du support
du banc didactique
En fonction des matériaux de base que nous avons pu
obtenir, nous avons dû refaire une modélisation du support de
notre banc didactique. Une modélisation donnant une forme dont les
dimensions de pièce nous seront faciles à obtenir. Rappelons que
nous avons utilisé la carrosseries d'un grand régulateur. Ainsi,
nous sommes passés d'un support de 1.64cm*.90cm*1.8cm en conception
à 75cm*68cm*55cm en réalisation.
Figure 3. 23: Modèle 3D du banc didactique
3.4.2. Mise en plan à une échelle de
1/100
Après la réalisation du modèle 3D, nous
avons dû faire une mise en plan des différentes pièces, de
sorte à permettre à l'artisan soudeur de se retrouver pendant la
coupe et les soudures.
Conception et réalisation d'un banc didactique
informatisé pour l'étude du cycle de réfrigération
à compression de vapeur
Figure 3. 24: Mise en plan
3.4.3. Démontage de la carrosserie du
régulateur servant de matériaux de base pour la conception de
notre support
Comme nous l'avons signalé un peu plus haut, nous nous
sommes servis de la carrosserie d'un ancien radiateur pour obtenir les
différentes pièces de notre support.
Figure 3. 25: Carrosserie régulateur
3.4.4. Découpage des différentes
pièces (tôles pour base et façade, pieds pour support,
etc)
Rédigé par Hospice Sènakpon
AZINHOU 52
Conception et réalisation d'un banc didactique
informatisé pour l'étude du cycle de réfrigération
à compression de vapeur
Après avoir démonté entièrement le
régulateur, nous avons procédés à la découpe
des différentes pièces, en suivant rigoureusement les dimensions
de la mise en plan.
Figure 3. 26: Découpage des différentes
pièces
3.4.5. Montage de l'ossature
Le montage de l'ossature s'est dérouler en 4 étapes
à savoir :
? Soudure des feuilles de tôle constituant
la base et la façade
Figure 3. 27: Soudure
Rédigé par Hospice Sènakpon
AZINHOU 53
Rédigé par Hospice Sènakpon
AZINHOU 54
Conception et réalisation d'un banc didactique
informatisé pour l'étude du cycle de réfrigération
à compression de vapeur
? Perçage des de la base et de la base pour emplacement
des composants frigorifique et
électrique (compresseur, bouteille, Condenseur,
disjoncteur, etc....)
Figure 3. 28: Perçage
? Fixation des pièces
Après le perçage, nous avons procédé
à la fixation des composants avec des vices et écrous.
Figure 3. 29: Vue de haut de quelques composants
fixés
3.5. METHODOLOGIE D'ETABLISSEMENT DES FICHES DE TP La
présentation des fiches de TP suit la structure ci-dessous :
Titre du TP : Donne l'intitulé TP
Durée : Il indique le temps
d'exécution du TP.
Rédigé par Hospice Sènakpon
AZINHOU 55
Conception et réalisation d'un banc didactique
informatisé pour l'étude du cycle de réfrigération
à compression de vapeur
Objectif(s) : Fait état de(s) notion(s)
ou techniques à apprendre à l'apprenant
Prérequis : Notifie les notions
antérieures nécessaires que l'apprenant doit connaître
avant la mise en exécution du dit TP
Matériels ou outils : Fait un
inventaire des matériels et outillages dont l'apprenant a besoin pour
l'exécution du TP
Ressources: Indique la nécessité
d'un guide ou non
Condition de départ : Donne de marche ou
non du dispositif avant la mise en exécution du TP, et tout autre
indications considéré comme condition initiale nécessaire
au bon déroulement du TP Protocole : C'est l'ensemble
des instructions transcrites sur la fiche que l'apprenant est censé
suivre pour le bon déroulement du TP. Au besoin les schéma
d'illustration sont effectués pour rendre plus compréhensible le
protocole d'exécution
Consigne : Elle donne à l'issu du
protocole déroulé par l'apprenant un sujet de réflexion et
d'analyse permettant d'atteindre l'objectif de départ.
3.6. METHODOLOGIE DE DEPLOIEMENT DE L'INTERFACE GRAPHIQUE
Le fonctionnement de notre interface graphique se repose sur un
algorithmique de base que nous avons dessiné. De plus, nous avons
utilisé un certain nombre de bibliothèque de laguage afin de
traiter nos données.
3.6.1. Les bibliothèques de python
utilisées
Une bibliothèque de python, comme pour n'importe
qu'elle autre langage de programmation est un morceau de code
réutilisable que nous incluons dans notre programme. Comparée
à des langages comme C++ ou C, une bibliothèque python
n'appartient à aucun contexte spécifique en Python. Ici, une
bibliothèque décrit, une collection de base de données de
modules. Essentiellement, une bibliothèque est donc une collection de
module. Voici les principales bibliothèques que nous avons
utilisées :
? CoolProp : utilisé pour récupérer des
valeurs inconnues comme enthalpies et entropies, Pressions, Températures
du fluide utilisé ;
? Matplotlib pour tracer les différents graphiques ;
? Pandas pour écrire des données dans Excel.
Rédigé par Hospice Sènakpon
AZINHOU 56
Conception et réalisation d'un banc didactique
informatisé pour l'étude du cycle de réfrigération
à compression de vapeur
3.6.1.1. CoolProp
CoolProp est une base de données open source des fluides
et des propriétés de l'air humide, formulée sur la base
des formulations les plus précises de la littérature ouverte. Il
a été validé par rapport aux données les plus
précises disponibles à partir des références
pertinentes.
Il prend en charge dive vers langages de programmation comme
MATLAB, Python, C++, C#, Java.
· SYNTAXE utilisée dans notre travail pour extraire
les propriétés :
PropsSI (UNKOWNVALUE,'P', Valeur correspondante de la
pression,'Q', Qualité du fluide, Nom du fluide)
· Exemple pour trouver l'enthalpie du R404A à X=0 et
la pression de P=20bar la commande suivante utilisée.
PropsSI (IT, 'P',20*E5,'Q', 0, R404A)
Il montre l'enthalpie du R404A à X = 0 et une pression de
20 bar. De même, nous pouvons trouver la valeur inconnue lorsque deux
paramètres thermodynamiques sont donnés.
Figure 3. 30: Icon de CoolProp
3.6.1.2. Matplotlib
Matplotlib est une bibliothèque complète pour
créer des visualisations statiques, animées et
interactives en Python. Elle permet de :
Créer des figures interactives qui peuvent zoomer, faire
un panoramique, mettre à jour
Personnaliser le style visuel et la mise en page
Exporter vers de nombreux formats de fichiers
Intégrer dans le JupyterLab et les interfaces
graphiques
Utiliser un large éventail de package tiers construits sur
Matplolib
Rédigé par Hospice Sènakpon
AZINHOU 57
Conception et réalisation d'un banc didactique
informatisé pour l'étude du cycle de réfrigération
à compression de vapeur
Figure 3. 31: Icon de matplotlib[30]
3.6.1.3. Pandas
Pandas est un package Python open source qui est le largement
utilisé pour la science des données/l'analyse des données
et les tâches d'apprentissages automatique. Il est construit au-dessus
d'un autre package nommé Numpy, qui prend en charge les tableaux
multidimensionnels. En tant que l'un des pacages de gestion de données
les plus populaires, Pandas fonctionne bien avec de nombreux autres modules de
science de données au sein de l'écosystème Python et est
également inclus dans chaque distribution Python, de celles fournies
avec votre système d'exploitation aux distributions de fournisseurs
commerciaux comme ActivePython d'ActiveState
Figure 3. 32: Icon de Pandas[31]
Conception et réalisation d'un banc didactique
informatisé pour l'étude du cycle de réfrigération
à compression de vapeur
3.7. CONCLUSION
Ce chapitre qui s'achève a été le lieu
pour nous de présenter les éléments dont nous avons besoin
pour la réalisation de notre banc didactique. Les méthodologies
présentées sont : le dimensionnement de composants frigorifiques
; les outils logiciels utilisés; les étapes de réalisation
du banc didactique et le principe d'établissement des fiches de TP.
Rédigé par Hospice Sènakpon
AZINHOU 58
CHAPITRE 4: RESUSTATS ET DISCUSSIONS
Conception et réalisation d'un banc didactique
informatisé pour l'étude du cycle de réfrigération
à compression de vapeur
Rédigé par Hospice Sènakpon
AZINHOU 59
Rédigé par Hospice Sènakpon
AZINHOU 60
Conception et réalisation d'un banc didactique
informatisé pour l'étude du cycle de réfrigération
à compression de vapeur
CHAPITRE 4 : RESUSTATS ET DISCUSSIONS
4.1. INTRODUCTION
Dans cette partie, nous présenterons les
résultats de nos travaux de recherches et de conception. Il sera
question dans un premier temps de montrer le modèle de banc didactique
et de l'interface graphique que nous avons pu obtenir. Dans un second temps,
nous présenterons les insuffisances aussi bien sur le banc didactique
que sur l'interface graphique et finir par ressortir l'investissement
nécessaire pour finaliser ce projet de banc didactique.
4.2. RESULTATS
Les résultats de nos travaux de recherches et de
conception se subdivisent en trois grandes parties à
savoir : le modèle du banc didactique obtenu, les fiches
de TP et l'interface graphique.
4.2.1. Réalisation
Le modèle obtenu se présente comme suit :
Conception et réalisation d'un banc didactique
informatisé pour l'étude du cycle de réfrigération
à compression de vapeur
Figure 3. 33: Modèle obtenu
4.2.2. Interface graphique
Développée en python, nous avons pu obtenir une
interface graphique qui permettra de traiter les données acquises. Voici
en quelques captures d'écran
Rédigé par Hospice Sènakpon
AZINHOU 61
Conception et réalisation d'un banc didactique
informatisé pour l'étude du cycle de réfrigération
à compression de vapeur
Figure 4. 1:Capture d'écran interface graphique
Rédigé par Hospice Sènakpon
AZINHOU 62
Conception et réalisation d'un banc didactique
informatisé pour l'étude du cycle de réfrigération
à compression de vapeur
Figure 4. 2: Capture d'écran interface graphique
Rédigé par Hospice Sènakpon
AZINHOU 63
Rédigé par Hospice Sènakpon
AZINHOU 64
Conception et réalisation d'un banc didactique
informatisé pour l'étude du cycle de réfrigération
à compression de vapeur
Figure 4. 3: Capture d'écran 3
Conception et réalisation d'un banc didactique
informatisé pour l'étude du cycle de réfrigération
à compression de vapeur
4.2.3. Fiches de TP rédigées
4.2.3.1. Fiche de TP n°1 : Identification des composants
frigorifiques sur le banc didactique
Durée : 1h30
Objectifs : Ce TP a pour objectif
d'amener les apprenants à la découverte des composants
frigorifiques sur une installation frigorifique.
Prérequis : Maitrise de la
théorie sur les composants frigorifiques
Matériels et outils : Carnet de
note
Ressource :
Le Banc didactique reste hors tension durant tout le
déroulement du TP
Protocole :
Observer les images ci-dessous et identifier-les sur le banc
didactique
Figure 4. 4: Images TP 1
Consigne :
1- Nommer chacun des composants identifiés.
2- Identifier les composants frigorifiques du banc didactique,
ne figurant par la fiche de TP.
Rédigé par Hospice Sènakpon
AZINHOU 65
Rédigé par Hospice Sènakpon
AZINHOU 66
Conception et réalisation d'un banc didactique
informatisé pour l'étude du cycle de réfrigération
à compression de vapeur
3- Rappeler leurs rôles respectifs.
4- Reproduire le schéma du circuit frigorifique du banc
didactique.
5- Identifier la tuyauterie d'aspiration et de refoulement puis
la ligne liquide en les localisant par éléments constituants
leurs extrémités.
4.2.3.2. Fiche de TP n°2 : Contrôle électrique
avant mise en service
Durée : 30min
Objectifs : Ce TP amène
l'étudiant à prendre connaissance des mesures de
sécurité et de protection de l'installation électrique du
banc didactique avant la mise en service
Prérequis : Les prérequis
exigés sont les notions de base de l'électrotechnique en
installation électrique basse-tension
Matériels et outils : Fiche
technique du banc didactique, Multimètre, Tournevis testeur.
Le Banc didactique reste hors tension durant tout le
déroulement du TP
Ressource : Assistance
Protocole :
1. Prendre connaissance de la fiche technique du banc
didactique
2. Vérifier si la tension d'alimentation indiquée
est correcte à l'entrée du disjoncteur
3. Vérifier si les polarités d'alimentation du
compresseur sont respectées
4. Vérifier si la continuité des masses est
respectée
5. Vérifier si toutes les connexions électriques
sont bien serrées
Consigne :
En utilisant la fiche technique, prendre connaissance de la
puissance du compresseur, puis Justifier le choix du disjoncteur de protection
de même que la section des liaisons électrique
4.2.3.3. Fiche de TP n°3 : Contrôle frigorifique avant
mise en service
Durée :
Objectifs : Ce TP amène
l'étudiant à prendre connaissance des mesures de
sécurité et de protection de l'installation frigorifique du banc
didactique avant la mise en service
Rédigé par Hospice Sènakpon
AZINHOU 67
Conception et réalisation d'un banc didactique
informatisé pour l'étude du cycle de réfrigération
à compression de vapeur
Prérequis : Les prérequis
exigés sont les notions de base de l'électrotechnique en
installation électrique basse-tension
Matériels et outils : Fiche
technique du banc didactique, Multimètre, Tournevis testeur.
Le Banc didactique reste hors tension durant tout le
déroulement du TP Protocole :
1. Prendre connaissance de la fiche technique du banc
didactique
2. Vérifier si la tension d'alimentation indiquée
est correcte à l'entrée du disjoncteur
3. Vérifier si les polarités d'alimentation du
compresseur sont respectées
4. Vérifier si la continuité des masses est
respectée
5. Vérifier si toutes les connexions électriques
sont bien serrées
6. S'assurer que le récipient contient la quantité
d'eau indiquée dans la fiche technique
Consigne :
En utilisant la fiche technique, prendre connaissance de la
puissance du compresseur, puis Justifier le choix du disjoncteur de protection
de même que la section des liaisons électriques.
4.2.3.4. Fiche de TP n°4 : Contrôle frigorifique
après mise en service
Durée :
Objectifs : Ce TP amène
l'étudiant à prendre connaissance des vérifications
générales nécessaires
pour s'assurer d'un bon fonctionnement du banc didactique
après mise en service.
Prérequis : Avoir
exécuté le TP n°2 ; Bonne maître du fonctionnement
Matériels et outils : Fiche
technique du banc didactique, Multimètre, Tournevis testeur.
Le Banc didactique est mis sous tension durant le
déroulement du TP Protocole :
Vérifier si :
1. Le compresseur fonctionne bien
2. Les différents composants de régulation
fonctionnent bien (pressostat, détendeurs, tube capillaire) ;
Rédigé par Hospice Sènakpon
AZINHOU 68
Conception et réalisation d'un banc didactique
informatisé pour l'étude du cycle de réfrigération
à compression de vapeur
3. L'état du voyant liquide indique une charge et pas de
d'humidité
4. Qu'Au toucher les différents points du circuit
frigorifique sont à température convenable (aspiration et
refoulement)
5. Les pressions HP et BP sont correctes
6. Le réglage de la température de consigne est
respecté
7. L'évaporateur présente une bonne
surchauffe
8. Le condenseur présente un bon
sous-refroidissement.
9. Le LT entre la température d'entrée
d'air et de sortie d'air au condenseur à air est correct.
10. Le LT entre la température
d'entrée d'eau et de sortie d'eau de l'évaporateur refroidisseur
d'eau est correct.
11. Le diagramme de pression/enthalpie montre un bon
rendement frigorifique.
Consigne :
Présenter un rapport des vérifications
demandées dans la protocole en interprétant les résultats
obtenus.
4.2.3.5. Fiche de TP n°5: Etude de l'efficacité de la
machine frigorifique a compression de vapeur
Durée : 2h00min
Objectifs : Ce TP amène à
prendre de l'étude de l'efficacité d'une pompe à
chaleur
Prérequis : Théorie sur
l'étude de l'efficacité de la machine frigorifique à
compression de vapeur.
Matériels et outils :
Multimètre ; anémomètre
Protocole :
1- Relevé des températures
On décide de faire fonctionner le dispositif pendant 5min
Tableau 4. 1 : Relevé de température TP n°5
|
Mesures
|
Tc(°C)
|
Tf(°C)
|
Ee(J)
|
Pe(W)
|
|
1
|
|
|
|
|
|
2
|
|
|
|
|
|
3
|
|
|
|
|
Rédigé par Hospice Sènakpon
AZINHOU 69
Conception et réalisation d'un banc didactique
informatisé pour l'étude du cycle de réfrigération
à compression de vapeur
4
5
Pendant ce temps, vous relèverez, toutes les minutes :
· La température Tf de l'eau que
l'évaporateur refroidit;
· La température Tc de l'air rejeté
au niveau du condenseur
· L'énergie électrique Ee et la
puissance Pe consommées par le compresseur. Dresser un
tableau des mesures ; Que constate-t-on ?
4. Evolution de la température en fonction du
temps
Tracer sur un même graphe les deux courbes ??f=??(??) et
??c=??(??) ; Que constate-t-on ?
5. Calcul des coefficients de performance
On se propose de calculer les COP pour chaque intervalle de temps
Ä??=2????.
? Pour l'eau, la quantité de chaleur
reçue s'exprime comme suit :
Q=m*cp*?T avec m la masse d'eau
contenue dans le récipient ; cp la chaleur massique de l'eau et
?Tc = (Température initiale - Température finale)
de l'intervalle de temps considéré
Pour l'air, la quantité de chaleur cédée
à l'air s'exprime comme suit :
Q=qv*0.34*?T avec qv le
débit volumique de l'air à mesurée avec un
anémomètre ; ?T =
Température initiale - Température finale) de
l'intervalle de temps considéré
|
De même, la puissance électrique apportée
s'exprime par : ?? ?
|
=
|
????????
|
La puissance thermique reçue par la source chaude est :
????? = ??????
????
Le coefficient de performance réel est donc le rapport :
????????é???? = ???????
????
Le coefficient de performance de Carnot est : ??????????????????
= ????-????
????
Le rendement du cycle ?? = ????-????
Dresser un tableau des résultats ; Tracer les courbes
????????é????, ?????? ???????????? et le rendement du cycle en fonction
du temps, commentez les résultats.
4.2.3.7. Fiche de TP n°6 : Le tracé du diagramme p-h
à partir des relevés de l'expérience, et comparaison
Rédigé par Hospice Sènakpon
AZINHOU 70
Conception et réalisation d'un banc didactique
informatisé pour l'étude du cycle de réfrigération
à compression de vapeur
Durée : 3h00
Objectifs : Etude du diagramme
enthalpique du R404A Matériels et outils :
Multimètre ; anémomètre
1- Schéma de principe
Figure 4. 5: Schéma de principe de fonctionnement
Ressource : Rappelle du principe de
fonctionnement de la machine frigorifique à compression de
vapeur
État 1 : Le fluide frigorigène
arrive à l'entrée du compresseur à l'état gazeux
à la pression Pf et la température T1.
État 2 : Il passe alors dans le
compresseur qui le comprime à la pression Pc. Cette compression rapide
est supposée adiabatique, le fluide gazeux s'échauffe
jusqu'à la température T2.
État 3 : Dans le serpentin du condenseur
C, le gaz se refroidit jusqu'à la température Tc de la source
chaude et commence à se liquéfier sous la pression Pc à la
température Tc.
Rédigé par Hospice Sènakpon
AZINHOU 71
Conception et réalisation d'un banc
didactique informatisé pour l'étude du cycle de
réfrigération à compression de
vapeur
État 4 : Le fluide frigorigène,
sorti du condenseur à la température Tc et à la pression
Pc, se refroidit sur son trajet jusqu'au point 4 où il est à la
température T4 tout en restant à la pression Pc.
État 5 : Dans une vanne de
détente, il subit une détente isenthalpique qui le ramène
à la pression Pf en subissant un début de vaporisation à
la température T5.
État 6 : A l'arrivée dans
l'évaporateur E, le fluide frigorigène finit sa vaporisation sous
la pression constante Pf et à la température T5, Au contact de la
source froide, il se réchauffe jusqu'à la température T6 =
Tf.
Retour à l'état 1 : Entre la
source froide et le compresseur, le gaz se réchauffe
légèrement de Tf à T1.
2. Bilan énergétique Le fluide
:
· reçoit le travail W du compresseur;
· cède à la source chaude la chaleur QC dans
le condenseur où il se liquéfie;
· reçoit de la source froide la chaleur QF dans
l'évaporateur pour se vaporiser.
3. Représentation du cycle et Mesures
Mesures à effectuer
Elles doivent être effectuées lorsque la machine
frigorifique fonctionne déjà depuis environ 10
minutes ; Vous allez relever une série de
températures, Ce ne seront pas exactement les températures
du R404A dans les différents états
précédemment décrits, Placer les thermomètres aux
différents
points indiqués ; Aux points 1, 2, 4 et 5.
Relever, simultanément :
- La pression PF côté évaporateur sur le
manomètre avant le compresseur.
- La pression Pc côté condenseur sur le
manomètre après le compresseur.
- La température T1 à l'entrée du
compresseur (point 1) ;
- La température T2 à la sortie du compresseur
(point 2) ;
- La température T4 à l'entrée du
détendeur (point 4) ;
- La température T5 à la sortie du détendeur
(point 5) ;
- La température Tc de la source chaude ;
- La température Tf de la source froide ;
Rédigé par Hospice Sènakpon
AZINHOU 72
Conception et réalisation d'un banc didactique
informatisé pour l'étude du cycle de réfrigération
à compression de vapeur
- La puissance consommée Pe
Attention, les manomètres indiquent des pressions
relatives, il faut donc ajouter 1 bar à la lecture pour obtenir des
pressions absolues.
Tracé du cycle sur le diagramme de Mollier et
commentaires
Sur le diagramme fourni :
Point 1 :
- Placer le point 1 correspondant à la pression PF et
à la température T1, il se trouve à l'intersection de la
droite horizontale PF = constante et de la courbe isotherme d'équation
T1= constante ; Lire en abscisse l'enthalpie massique h1 du gaz.
Point 2 :
- La compression étant supposée isentropique
(adiabatique réversible), il se trouve à l'intersection de la
droite horizontale correspondant à Pc = constante et de la courbe s =
constante passant par le point 1. Sur le diagramme, lire la température
T'2 et les enthalpies massique h2 et h'2 correspondant au point 2 et 2'.
Comparer la température T'2 lue sur le diagramme et la
température T2 relevées à la sortie du compresseur. Que
constate-t-on ?
Point 3 :
- Dans le condenseur, le gaz se refroidit sous la pression
constante PC et va commencer à se liquéfier. Sur le diagramme,
lire la température T'3 à laquelle la vapeur commence à se
liquéfier. Point 4 :
- Dans le condenseur, la liquéfaction se poursuit
jusqu'à être totale ; le liquide formé se refroidit
jusqu'à la température TC de la source chaude ; il continue
à se refroidir sur son trajet vers le détendeur jusqu'à la
température T4 : il se trouve à l'intersection de la droite
horizontale Pc = constante et de la courbe isotherme d'équation T4 =
constante. Lire l'enthalpie massique h4 du liquide avant sa détente.
Point 5 :
- La transformation 4 ? 5 peut-être assimilée
à une détente isenthalpique et le point 5 se trouve à
l'intersection de la droite verticale h4= constante avec la droite horizontale
Pf = constante. Lire la fraction massique x de vapeur qui s'est formée
au cours de la détente. Lire sur le diagramme la température T'5
à laquelle se déroule la vaporisation. Comparer T'5 et T5.
Rédigé par Hospice Sènakpon
AZINHOU 73
Conception et réalisation d'un banc
didactique informatisé pour l'étude du cycle de
réfrigération à compression de
vapeur
Point 6 :
- Placer le point 6 auquel la vaporisation de termine sous la
pression PF et noter la température T6 correspondante.
Tracer le cycle.
5) Dresser un tableau récapitulatif des mesures et des
relevés sur le diagramme. Température de la source chaude : TC =
; Température de la source froide : Tf = Puissance Pe =
Tableau 4. 2: Tableau de données TP 6
|
Point 1
|
Point 2
|
Point 3
|
Point 4
|
Point 5
|
Point 6
|
|
Températures Mesurées
|
T1=
|
T2=
|
|
T4=
|
T5=
|
T6=
|
|
Températures
lues sur le
diagramme
|
|
T'2=
|
T'3=
|
|
T'5=
|
|
|
Pression
|
Pf=
|
Pc=
|
|
|
Pf=
|
Pc=
|
|
Enthalpie
massique
|
h1=
|
h2=
h'2=
|
|
h4=
|
h5=
|
|
|
Titre
|
|
|
|
|
x=
|
|
Observations à partir le cycle
Comparer, respectivement, les températures T'1 et T2, les
températures T'5 et T5, expliquer. Comparer T1 avec Tf et T4 avec Tc,
Qu'observe-t-on ?
Estimation du débit et du rendement
Rédigé par Hospice Sènakpon
AZINHOU 74
Conception et réalisation d'un banc didactique
informatisé pour l'étude du cycle de réfrigération
à compression de vapeur
Déterminer le débit du fluide frigorigène
circulant dans le circuit. Calculer le rendement isentropique du
compresseur.
Etude de l'efficacité
Pour les valeurs relevées, calculer : Le COP maximale
d'une pompe à chaleur fonctionnant entre deux sources aux
températures TC et TF des deux réservoirs d'eau.
L'efficacité d'une pompe à chaleur, le COP est
donné par :
COP=????-????
????-????
Comparer les deux coefficients, Conclure
4.2.3.7. Fiche de TP n°7 : Mesure de la surchauffe et du
sous refroidissement
Durée : 30min
Objectifs : Ce TP vise à
apprendre à l'apprenant la mesure de la surchauffe et à
interpréter les
valeurs
Prérequis : Théorie sur la
notion de surchauffe et du sous refroidissement
Matériels et outils : Carnet de
note
Rappel :
L'un des renseignements les plus importants sur la « vie
» du circuit frigorifique est sans aucun doute
la valeur de la surchauffe des vapeurs à la sortie de
l'évaporateur. Par définition, la surchauffe d'une
vapeur représente la différence entre la
température de cette vapeur et la température
d'évaporation
du fluide qui lui a donné naissance, la pression
étant constante.
Conception et réalisation d'un banc didactique
informatisé pour l'étude du cycle de réfrigération
à compression de vapeur
Figure 2. 18: Mesure de la surchauffe[8]
Sur un évaporateur, la surchauffe représente la
différence entre la température mesurée au bulbe du
détendeur, et la température d'évaporation lue au
manomètre BP (dans la plupart des cas, la perte de charge de la
tuyauterie d'aspiration est négligeable).
Dans l'illustration ci-dessus, la surchauffe = 11 - 4 =
7°C
Le sous refroidissement quant à lui constitue
également comme la surchauffe l'un des renseignements les plus
importants dans la vie du circuit frigorifique. Par définition, le sous
refroidissement d'un liquide représente la différence entre la
température de condensation de ce liquide à la sortie du
condenseur.[7]
Rédigé par Hospice Sènakpon
AZINHOU 75
Conception et réalisation d'un banc didactique
informatisé pour l'étude du cycle de réfrigération
à compression de vapeur
Figure 2. 19: Mesure du sous refroidissement[8]
Sur un condenseur, le sous refroidissement la différence
de température entre la température de condensation (lue au
monomètre HP), et la température de la ligne liquide
mesurée au départ du condenseur (ou de la bouteille liquide).
Dans l'illustration ci-dessus, le sous refroidissement = 38 - 32 = 6°C. On
rencontre généralement sur les condenseur à air une valeur
normale du sous refroidissement comprise entre 4 et 7°C[7]
Consigne : Procéder à
partir du rappel, à la prise des données nécessaires
à la détermination de la surchauffe et du sous
refroidissement.
4.2.3.8. Fiche de TP n°8 : tirage au vide (Sans vacuometre)
Durée : 1h
Objectifs : Ce TP vise à
apprendre à l'apprenant à débarrasser le circuit
frigorifique de l'air et de
son humidité
Prérequis : Bonne maîtrise
du manifold
Matériels et outils :
? Une pompe à vide
? Une clef à cliquet
Rédigé par Hospice Sènakpon
AZINHOU 76
Conception et réalisation d'un banc didactique
informatisé pour l'étude du cycle de réfrigération
à compression de vapeur
? Un vacuomètre si possible ? Un jeu de manifolds
Précautions
? Le circuit ne doit pas être sous pression et les fuites
ont été recherchées au préalable. Il ne faut
jamais laisser un circuit au vide, on doit réaliser au
moins une pré-charge une fois l'opération
terminée.
? Conditions initiales
? La tuyauterie est terminée, les fuites ont
été recherchées,
? Le nouveau déshydrateur d'être monté
? Les vannes 3 et 4 sont fermées pour préserver le
déshydrateur.
Protocole :
Mode opératoire du tirage au vide : (sans
vacuomètre)
1. Vérifier le niveau d'huile de la pompe à vide
puis raccorder la sur la voie d'intervention du jeu de manomètre.
2. Démarrer la pompe à vide.
3. Mettre les vannes 1 et 2 en position intermédiaire et
vérifier que le circuit ne soit pas sous pression.
4. Ouvrir les by-pass du jeu de manifolds, vérifier que
la pression diminue sur les aiguilles des manomètre HP et BP.
5. Ouvrir les vannes 3 et 4.
6. Au bout d'un moment, refermer les by-pass du jeu de manifolds
et vérifier la tenue du vide
7. Casser le vide à l'azote sec si possible
8. Le tirage sera terminé quand les aiguilles des
manomètre HP et BP indiqueront -1 bar.
9. A ce moment-là, refermer les by-pass HP et BP du jeu
de manifolds et arrêter la Pompe à vide. Vous réaliserez la
charge du système immédiatement.
4.2.3.9. Fiche de TP n°8 : Tirage au vide (avec
vacuomètre)
Durée : 2h30
Rédigé par Hospice Sènakpon
AZINHOU 77
Rédigé par Hospice Sènakpon
AZINHOU 78
Conception et réalisation d'un banc didactique
informatisé pour l'étude du cycle de réfrigération
à compression de vapeur
Objectifs : Ce TP vise à
apprendre à l'apprenant à débarrasser le circuit
frigorifique de l'air et l'humidité
Prérequis : Bonne maîtrise
du manifold
Matériels et outils :
· Une pompe à vide
· Une clef à cliquet
· Un vacuomètre si possible
· Un jeu de manifolds
Précautions :
? Le circuit ne doit pas être sous pression et les
fuites ont été recherchées au préalable. Il ne faut
jamais laisser un circuit au vide, on doit réaliser au moins une
pré-charge une fois l'opération terminée.
? Conditions initiales
· La tuyauterie est terminée, les fuites ont
été recherchées,
· Le nouveau déshydrateur d'être
monté
· Les vannes 3 et 4 sont fermées pour
préserver le déshydrateur. Protocole :
Mode opératoire du tirage au vide : (avec
vacuomètre)
Rédigé par Hospice Sènakpon
AZINHOU 79
Conception et réalisation d'un banc didactique
informatisé pour l'étude du cycle de réfrigération
à compression de vapeur
1. Utiliser la courbe de relation Pression-Température
pour l'eau afin de savoir jusqu'à quelle pression tirer au vide.
2. Indiquer votre résultat sur le vacuomètre
à l'aide de l'aiguille repère.
3. Brancher la pompe à vide après avoir
vérifié son niveau d'huile et démarrez-la.
4. Mettre les vannes 1 et 2 en position intermédiaire et
vérifier que le circuit ne soit pas sous pression.
5. Ouvrir les by-pass du jeu de manifolds ainsi que la vanne du
vacuomètre, la pression doit commencer à diminuer sur les
aiguilles des manomètre HP et BP.
6. Ouvrir les vannes 3 et 4.
7. Au bout d'un moment, refermer les by-pass du jeu de manifolds
et vérifier la tenue du vide.
8. Casser le vide à l'azote sec si possible en pensant
à refermer le robinet du vacuomètre pendant l'opération
(voir TP n°9).
9. Le tirage sera terminé quand l'aiguille du
vacuomètre sera sous celle de repère.
Rédigé par Hospice Sènakpon
AZINHOU 80
Conception et réalisation d'un banc didactique
informatisé pour l'étude du cycle de réfrigération
à compression de vapeur
10. A ce moment-là, refermer les by-pass HP et BP du jeu
de manifolds ainsi que la vanne du vacuomètre et arrêter la pompe
à vide.
11. Vous réaliserez la charge du système
immédiatement
4.2.3.10. Fiche de TP n°10 : Casse du vide
Durée : 1h30
Objectifs : Ce TP vise à
apprendre à l'apprenant à casser le vide
Prérequis : Bonne maîtrise du manifold
Matériels et outils :
· Une pompe à vide
· Une clef à cliquet
· Un vacuomètre si possible
· Un jeu de manifolds
Précautions
? Le circuit ne doit pas être sous pression et les
fuites ont été recherchées au préalable. Il ne faut
jamais laisser un circuit au vide, on doit réaliser au moins un
pré charge une fois l'opération terminée.
? Conditions initiales
· La tuyauterie est terminée, les fuites ont
été recherchées,
· Le nouveau déshydrateur d'être
monté
· Les vannes 3 et 4 sont fermées pour
préserver le déshydrateur. Protocole :
Mode opératoire du tirage au vide : (avec
vacuomètre)
Conception et réalisation d'un banc didactique
informatisé pour l'étude du cycle de réfrigération
à compression de vapeur
Figure 4. 7: Tirage au vide avec vacuomètre
1. Raccorder le flexible sur le raccord du manodétendeur
6.
2. Desserrez le manodétendeur, ouvrir 5 et régler
le manodétendeur pour avoir 10 bar de détente.
3. Rouvrir les by-pass des manifolds pour introduire l'azote.
4. Refermer la vanne 5 et débrancher la bouteille
d'azote.
5. L'azote s'échappe de l'installation.
6. Une fois la pression tombée à 0,5 bar
environ sur les aiguilles des manomètre HP et BP, rebranchez la pompe
à vide et redémarrer le pour continuer le tirage au vide.
4.2.3.9. Fiche de TP n°10 : La charge en liquide
Durée :
Objectifs : Apprendre à
l'apprenant à charger du réfrigérant
nécessaire au fonctionnement de
l'installation frigorifique.
Prérequis : Bonne maîtrise
du manifold
Matériels et outils :
? Une bouteille de réfrigérant.
? Une clef à cliquet.
Rédigé par Hospice Sènakpon
AZINHOU 81
Conception et réalisation d'un banc didactique
informatisé pour l'étude du cycle de réfrigération
à compression de vapeur
? Un thermomètre équipé d'une sonde de
contact. ? Un jeu de manifolds.
Précaution :
Une installation tirée au vide et étanche, les
appareils de sécurités et de régulations sont
préréglés. Le jeu de manifolds est resté
monté sur l'installation, by-pass fermés.
Protocole :
1. Raccorder la bouteille de charge tête en haut sur la
voie d'intervention du jeu de manifolds.
2. Ouvrir la vanne 5 et purger le flexible d'intervention sur le
jeu de manomètre.
3. Vérifier la tenue du vide et la position des vannes 4
et 3 qui doivent être ouvertes.
4. Installation à l'arrêt, introduire du fluide
frigorigène dans le circuit BP et HP en ouvrant brièvement les
by-pass HP et BP du jeu de manifolds.
5. Refermer les by-pass BP et HP du jeu de manomètre.
6. Démarrer l'installation.
7. Introduire le réfrigérant en faisant des
détentes avec le by-pass BP.
8. Dès que les premières bulles apparaissent au
voyant de liquide, fermer le by-pass BP du jeu de manomètre.
9. Refermer légèrement la vanne 1 vers
l'arrière si l'aiguille BP du manomètre tremble. (idem pour celle
HP avec la vanne 2)
10. Si la BP n'est pas stable, réintroduire du fluide par
le by-pass BP du jeu de manifolds comme expliqué
précédemment jusqu'à stabilisation. Sinon, attendre le
régime permanent.
11. En régime permanent, ajuster la charge par le by-pass
BP du jeu de manomètre pour avoir un sous refroidissement compris entre
4 et 7°C.
12. Une fois le sous-refroidissement bon, fermer la vanne 5, le
by-pass BP du jeu de
manomètre.et démonter la
bouteille de charge.
13. Continuer les opérations de réglages des
sécurités et des régulations
4.3. DISCUSSIONS
4.3.1. Améliorations techniques
Rédigé par Hospice Sènakpon
AZINHOU 82
Rédigé par Hospice Sènakpon
AZINHOU 83
Conception et réalisation d'un banc didactique
informatisé pour l'étude du cycle de réfrigération
à compression de vapeur
Tableau 4. 3: Liste des composants déjà acquis et
ceux qui reste à acheter
|
Désignations
|
Unité
|
Quantité
|
Déjà acquis
|
Reste à
acheter
|
|
1
|
Compresseur 404A 1/3
|
U
|
1
|
Oui
|
Non
|
|
2
|
Evaporateur
|
Rouleau
|
1
|
Oui
|
Non
|
|
3
|
Condenseur
|
U
|
1
|
Oui
|
Non
|
|
4
|
Tuyauterie d'aspiration 5/16
|
Rouleau
|
1
|
Oui
|
Non
|
|
5
|
Tuyauterie de refoulement
|
Rouleau
|
1
|
Oui
|
Non
|
|
6
|
Liaison électrique
|
-
|
1
|
Oui
|
Oui
|
|
7
|
Détendeur thermostatique
|
U
|
1
|
Non
|
Oui
|
|
8
|
Electrovanne 1/4'
|
U
|
4
|
Non
|
Oui
|
|
9
|
Voyant liquide
|
U
|
1
|
Non
|
Oui
|
|
10
|
Filtre déshydrateur
|
U
|
1
|
Non
|
Oui
|
|
11
|
Vanne manuelle
|
U
|
4
|
Oui
|
Oui
|
|
12
|
Pressostat HP/BP
|
U
|
1
|
Non
|
Oui
|
|
13
|
Réservoir de liquide
|
U
|
1
|
Oui
|
Non
|
|
14
|
Thermocouples
|
U
|
7
|
Non
|
Oui
|
Rédigé par Hospice Sènakpon
AZINHOU 84
Conception et réalisation d'un banc didactique
informatisé pour l'étude du cycle de réfrigération
à compression de vapeur
|
15
|
Capteur de pression Danfoss AKS
3000-060G1007
|
U
|
4
|
Non
|
Oui
|
|
16
|
Bouton-poussoir Marche/Arrêt
|
U
|
1
|
Non
|
Oui
|
|
17
|
Support table
|
U
|
1
|
Oui
|
Oui
|
|
18
|
Anémomètre
|
U
|
1
|
Non
|
Oui
|
|
19
|
Multimètre
|
U
|
1
|
Non
|
Oui
|
|
20
|
Ecran LCD 16*2
|
U
|
2
|
Non
|
Oui
|
|
21
|
Carte SD
|
U
|
1
|
Non
|
Oui
|
|
22
|
Module RTC
|
U
|
1
|
Non
|
Oui
|
|
23
|
Carte Arduino UNO
|
U
|
1
|
Oui
|
Non
|
|
24
|
Interface graphique
|
U
|
1
|
Non
|
Oui
|
|
25
|
Main d'OEuvre
|
U
|
1
|
Oui
|
Oui
|
4.3.2. Investissement à faire pour finaliser le
banc
Pour un investissement de 524 500F sur 1
953 125F, nous avons pu obtenir le modèle basique
présenté ci-dessus. Ainsi, il faudra un investissement
complémentaire de 1 428 625 F pour finaliser la
réalisation du banc didactique informatisé.
Rédigé par Hospice Sènakpon
AZINHOU 85
Conception et réalisation d'un banc didactique
informatisé pour l'étude du cycle de réfrigération
à compression de vapeur
4.3.3. Impacts environnementaux
Le HFC ou hydrofluorocarbure, R 404A a longtemps
été le fluide frigorigène utilisé dans une
majorité des installations existant en raison de ses
propriétés physico-chimiques.
En effet, c'est un réfrigérant non toxique, non
inflammable, particulièrement stable, pouvant
être utilisé indéfiniment dans le cycle
thermodynamique d'une installation, sans aucune pollution directe. C'est
seulement en cas de fuite que le R 404A libéré reste des dizaines
d'années dans l'atmosphère, engendrant le réchauffement de
l'atmosphère par effet de serre.
Le GWP (Global Warming Potential) ou le PRG (Potentiel de
Réchauffement Global) a été créé afin de
comparer l'action des fluides frigorigènes sur l'effet de serre. La
molécule de référence est le CO2 (GWP =1) pour des
durées bien déterminées, généralement 100
ans. Plus cet indice est élevé plus le fluide est néfaste.
Le règlement européen n°517/2014, aussi appelé
réglementation F-Gaz concerne justement la réduction progressive
des HFC à fort GWP. Le R 404A a un GWP de 3922 c'est-à-dire que 1
kg de R 404A libéré dans l'atmosphère correspond à
3922 kg de CO2 rejeté sur 100 ans. Il est donc directement
impacté par la réglementation.
De plus, le potentiel d'appauvrissement de la couche d'ozone
est nul.
4.3.4. Impacts socio - éducatif
Le banc didactique de ce projet aura pour impact de permettre aux
apprenants de :
? Se familiariser avec le cycle frigorifique à compression
de vapeur en Traiter suffisamment
des phénomènes inhérents du cycle
frigorifique à compression de vapeur
? Améliorer leur niveau en pratique
? Se préparer pour stages académique
4.4. CONCLUSION
Vu le niveau actuel des résultats, il serait très
important de trouver les moyens nécessaires pour finaliser le travail de
sorte à atteindre les objectifs de départ.
Rédigé par Hospice Sènakpon
AZINHOU 86
Conception et réalisation d'un banc didactique
informatisé pour l'étude du cycle de réfrigération
à compression de vapeur
CONCLUSION GENERALE ET PERSPECTIVES
Ce mémoire avait pour ambition de concevoir et de
réaliser entièrement un banc didactique
informatisé pour l'étude du cycle de
réfrigération à compression de vapeur destiné
à la formation en
froid et climatisation.
A partir d'un état des lieux précis, nous avons pu
avoir une idée sur le mode de conception des bancs
didactiques existants, de même que les technologies
appliquées. Ceci nous a inspiré à développer un
modèle autre que ceux existant. Le système
d'acquisition et de traitement de données conçu permettra
aux apprenants de faire une étude approfondie sur les
performances du dispositif.
Les apprenants auront donc la possibilité
d'exécuter dix (10) TP, consacrés à l'étude du
cycle de
réfrigération à compression de vapeur. Il
s'agira de:
Identification des composants frigorifiques sur le banc
didactique
Controle électrique avant mise en service
Controle frigorifique après mise en service
Etude de l'efficacité de la machine frigorifique à
compression de vapeur
Le tracé du diagramme p-h
Mesure de la surchauffe et du sous refroidissement
Tirage au vide (sans vacuometre)
Tirage au vide (sans vacuometre)
Casse du vide
La charge en liquide
Perspective
Le modèle conçu n'étant pas
entièrement réalisé, il sera bien de poursuivre les
travaux de réalisation.
A cet effet, il s'agira de :
? S'approvisionner des capteurs nécessaires à
l'acquissions en temps réel des températures et
pression,
? S'approvisionner des composants électroniques
nécessaires à la l'enregistrement des données,
? S'approvisionner des composants frigorifiques qui n'ont pas pu
être achetée,
? Inclure la fonctionnalité de simulation de pannes
électriques et frigorifiques
Rédigé par Hospice Sènakpon
AZINHOU 87
Conception et réalisation d'un banc didactique
informatisé pour l'étude du cycle de réfrigération
à compression de vapeur
Référence
[1] « 0_Memo_Bancs frigorifiques.pdf ».
[2] « Study_and_Analysis_of_Capillary_Tube_and.pdf
».
[3] « s1359-4311(01)00071-0.pdf ».
[4] « Sgeef sarl · Rue 617A, Cotonou », Sgeef
sarl · Rue 617A, Cotonou.
https://www.google.com/maps/place/Sgeef+sarl/@6.3608906,2.3904777,14.75z/data=!4m5!3
m4!1s0x0:0x760316c0d25c4667!8m2!3d6.3605987!4d2.3999095?hl=fr (consulté
le 7 novembre 2022).
[5] « PFE Master2 Abdeldjellil- Ahmed.pdf ».
[6] « diagramme-r404a.pdf ».
[7] « kotza Manuel depanneur 5.pdf ».
[8] « PRODIDAC, Matériel didactique, laboratoires
didactiques, banc d'essai sur EUROPAGES. - Europages ».
https://www.europages.fr/PRODIDAC/00000003830465-148597001.html
(consulté le 19 septembre 2022).
[9] « GSDE-CAT-GENERAL-GUNT.pdf ».
[10] « PRODIDAC, Matériel didactique, laboratoires
didact.pdf ».
[11] « Cat3a_french.pdf ».
[12] « Condenseur.jpg ».
[13] « Manuel de formation. Technique frigorifique/
Climatisation - PDF Free Download ».
https://docplayer.fr/20303510-Manuel-de-formation-technique-frigorifique-climatisation.html
(consulté le 18 septembre 2022).
[14] M. ALISMAIL, A. MOHAMED BOUZIANE, et R. TOUAIBI, «
Analyse exergétique d'un cycle de réfrigération â
compression de vapeur en utilisant des réfrigérants â
faible potentiel de réchauffement global », 2021.
[15] « Pressostat HBP DANFOSS KP17B - Codice 0601268
».
https://fastcooling-solution.com/pressostat-danfoss-hbp-kp17b-60-126866-0-2-32b-ra-rm.html
(consulté le 27 septembre 2022).
[16] « Filtre déshydrateur Danfoss ou Castel a
visser DCL033 ou 4303_3 3_8_.html ».
[17] « Technologie des installations frigorifiques
(Desmons, Jean Jacquard, Patrick Rapin, Pierre) (
z-lib.org).pdf ».
[18] Reland Sun Thermocouple MAX31855 Carte de
dérivation pour amplificateur.
[19] « Ecran LCD 16x02 avec IIC/I2C | YoupiLab Components
».
https://youpilab.com/components/product/ecran-lcd-16x02-avec-iici2c
(consulté le 27 septembre 2022).
[20] F. J.-L. Comlan, « SYSTÈMES DES CHAINES DE
MESURE », p. 90.
[21] « Sonde de température de thermocouple de type
K son », CDiscount.
https://www.cdiscount.com/bricolage/electricite/sonde-de-temperature-de-thermocouple-de-type-k-son/f-1661416-auc8858853322532.html?cm_mmc=inf_facebook_like&cid=inf
(consulté le 19 septembre 2022).
[22] « DS3231 RTC Module | YoupiLab Components ».
https://youpilab.com/components/product/ds3231-rtc-module
(consulté le 19 septembre 2022).
Rédigé par Hospice Sènakpon
AZINHOU 88
Conception et réalisation d'un banc didactique
informatisé pour l'étude du cycle de réfrigération
à compression de vapeur
[23] « Lecteur de carte micro SD | YoupiLab Components
».
https://youpilab.com/components/product/lecteur-de-carte-micro-sd
(consulté le 19 septembre 2022).
[24] « SCT-013-030A.jpg ».
[25] « SolidWorks - Recherche Google ».
https://www.google.com/search?q=SolidWorks&sxsrf=ALiCzsbiikemToxoKMflOxICQ3zXF
yNIuA:1663544560601&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ved=2ahUKEwjG5ei0wp_6AhV0T
EEAHXkjClcQ_AUoAXoECAIQAw&biw=1011&bih=625&dpr=1#imgrc=aOUNz7KYfsioe
M&imgdii=EjNcDRw6BBZXEM (consulté le 19 septembre 2022).
[26] « Présentation rapide de Python--Aide | ArcGIS
Desktop ».
https://desktop.arcgis.com/fr/arcmap/10.6/analyze/python/a-quick-tour-of-python.htm
(consulté le 27 septembre 2022).
[27] « Qt Designer et Python: créez vos applications
GUI plus rapidement - Real Python ».
https://realpython.com/qt-designer-python/
(consulté le 21 septembre 2022).
[28] « Manuel du concepteur Qt ».
https://doc.qt.io/qt-6/qtdesigner-manual.html
(consulté le 5 novembre 2022).
[29] « Cours complet Arduino »,
Developpez.com.
https://arduino.developpez.com/tutoriels/cours-complet-arduino/
(consulté le 21 septembre 2022).
[30] « Python-Matplotlib-Tutorial.png ».
[31] « TS2-068Z3414.jpg ».
ANNEXES
Conception et réalisation d'un banc didactique
informatisé pour l'étude du cycle de réfrigération
à compression de vapeur
Rédigé par Hospice Sènakpon
AZINHOU 89
Conception et réalisation d'un banc didactique
informatisé pour l'étude du cycle de réfrigération
à compression de vapeur
ANNEXE 1 : FICHE TECHNIQUE GROUPE DE CONDENSATION
|
CARACTERISTIQUES TECHNIQUES
|
|
|
|
|
Puissance Compresseur
|
1/3hp
|
|
Tension d'alimention
|
220 - 240V
|
|
Fréquence
|
50/60Hz
|
|
Intensité nominale Fluide frigorigène
|
|
|
R404A
|
Rédigé par Hospice Sènakpon
AZINHOU 90
Condenseur
|
A air
|
|
Aspiration
|
5/16
|
|
Refoulement
|
1/4
|
|
Ligne
|
1/4
|
ANNEXE 2 : COUT DE CONCEPTION ET DE REALISATION
|
Désignations
|
Unité
|
Prix Unitaire(F
CFA)
|
Quantité
|
Montant
|
|
1
|
Compresseur 404A 1/3
|
U
|
105000
|
1
|
105000
|
|
2
|
Evaporateur(cuivre
|
Rouleau
|
25000
|
1
|
25000
|
|
3
|
Condenseur
|
U
|
32500
|
1
|
32500
|
|
4
|
Tuyauterie d'aspiration 5/16
|
Rouleau
|
25000
|
1
|
25000
|
|
5
|
Tuyauterie de refoulement
|
Rouleau
|
27000
|
1
|
27000
|
Rédigé par Hospice Sènakpon
AZINHOU 91
Conception et réalisation d'un banc didactique
informatisé pour l'étude du cycle de réfrigération
à compression de vapeur
|
6
|
Liaison électrique
|
-
|
25000
|
1
|
25000
|
|
7
|
Détendeur thermostatique
|
U
|
52000
|
1
|
52000
|
|
8
|
Electrovanne 1/4'
|
U
|
57525
|
1
|
57525
|
|
9
|
Voyant liquide
|
U
|
35000
|
1
|
35000
|
|
10
|
Filtre déshydrateur
|
U
|
40000
|
1
|
40000
|
|
11
|
Vanne manuelle
|
U
|
15000
|
4
|
60000
|
|
12
|
Pressostat HP/BP
|
U
|
95000
|
1
|
95000
|
|
13
|
Réservoir de liquide
|
U
|
80000
|
1
|
80000
|
|
14
|
Thermocouples
|
U
|
21000
|
7
|
147000
|
|
15
|
Capteur de pression Danfoss AKS
3000-060G1007
|
U
|
144300
|
4
|
577200
|
|
16
|
Bouton-poussoir Marche/Arrêt
|
U
|
23400
|
1
|
23400
|
|
17
|
Support table
|
U
|
175000
|
1
|
175000
|
|
18
|
Anémomètre
|
U
|
42500
|
1
|
42500
|
|
19
|
Multimètre
|
U
|
16500
|
1
|
16500
|
|
20
|
Ecran LCD 16*2
|
U
|
3000
|
2
|
6000
|
|
21
|
Carte SD
|
U
|
6500
|
1
|
6500
|
Rédigé par Hospice Sènakpon
AZINHOU 92
Conception et réalisation d'un banc didactique
informatisé pour l'étude du cycle de réfrigération
à compression de vapeur
|
22
|
Module RTC
|
U
|
5000
|
1
|
5000
|
|
23
|
Carte Arduino UNO
|
U
|
15000
|
1
|
15000
|
|
24
|
Interface graphique
|
U
|
180000
|
1
|
80000
|
|
25
|
Main d'OEuvre
|
U
|
100000
|
1
|
100000
|
|
-
|
TOTAL TTC
|
-
|
-
|
-
|
1 953 125
|
ANNEXE 3 : PLAN DE FINANCEMENT
|
BESOINS
|
Montants (F CFA)
|
|
COUT DE CONCEPTION
|
|
250 000
|
|
COUT DE REALISATION
|
1
|
953 153
|
|
TOTAL
|
1
|
953 125
|
|
RESSOURCES
|
Montants (F CFA)
|
|
APPORT PERSONNEL
|
|
204 500
|
|
FINANCEMENT ACQUIS
|
|
320 000
|
|
FINANCEMENT ENVISAGE APRES
PARTICPATION AU PFCR/UNSTIM
|
1
|
429 125
|
|
TOTAL
|
1
|
953 125
|
Rédigé par Hospice Sènakpon
AZINHOU 93
Conception et réalisation d'un banc didactique
informatisé pour l'étude du cycle de réfrigération
à compression de vapeur
|
TABLE DES MATIERES
DEDICACE
|
i
|
REMERCIEMENTS ii
LISTE DE FIGURES ET TABLEAUX iii
LISTE DES SIGLES ET LEUR DEFINITION v
RESUME vi
SOMMAIRE viii
INTRODUCTION GENERALE 1
Chapitre 1 : PRESENTATION DES CADRES DE FORMATION ET DU STAGE ET
DES
TRAVAUX 4
1.1. Introduction 4
1.2. Présentation du cadre de formation 4
1.3. Présentation du cadre de stage 6
1.3.1. Philosophie 6
1.3.2. Valeurs 6
1.3.3. Organigramme 6
1.3.4. Situation géographique 7
1.4. Travaux effectués 7
1.5. Conclusion 8
Chapitre 2 : GENERALITES ET ETAT DE L'ART 10
2.1. INTRODUCTION 10
2.2. GENERALITES 10
2.2.1. Evaporateur 10
2.2.2. Compresseur 11
2.2.3. Condenseur 11
2.2.4. Détendeur 12
2.2.5. Composants annexes d'une installation frigorifique 13
2.2.6. Les fluides frigorigènes 13
2.2.7. Quelques paramètres thermodynamiques et
définitions clées 14
Rédigé par Hospice Sènakpon
AZINHOU 94
Conception et réalisation d'un banc didactique
informatisé pour l'étude du cycle de réfrigération
à compression de vapeur
2.2.7.8. Banc d'essai 19
2.3. ETAT DES LIEUX SUR LES BANCS DIDACTIQUES EN REFRIGERATION
19
2.3.1. Quelques modèles de bancs didactiques existants
20
2.3.2. Revue littéraire 24
2.3.3. Synthèse sur les bancs didactiques existants et
personnalisation 25
2.4. Personnalisation 27
2.4.1. Travaux pratique à faire avec le banc didactique
28
2.4.3. Spécifications techniques : 28
2.4.3. Modèle 3D 28
2.3.4. Schéma de principe fluidique 29
2.5. Conclusion 31
CHAPITRE 3: MATERIELS ET METHODOLOGIES 33
3.1. INTRODUCTION 33
3.2. Matériels et outils Error! Bookmark not
defined.
3.2.1. Compresseur de type hermétique 33
3.2.2. Condenseur à air 33
3.2.3. Evaporateur, refroidisseur d'eau 34
3.2.4. Détendeur thermostatique à
égalisation externe 35
3.2.5. Détendeur capillaires 36
3.2.6. Electrovannes 36
3.2.7. Pressostat 36
3.2.8. Filtre déshydrateur 37
3.2.9. Voyant liquide 37
3.2.10. Le réservoir de liquide 38
3.2.11. Thermostat 38
3.2.12. Composants annexes 38
3.2.13. La table du banc 39
3.2.14. Les capteurs et modules 40
3.2.15. Les outils logiciels 43
3.3. Méthodologie de dimensionnement des composants du
banc didactique 45
3.3.1. Contextualisation et Hypothèses 45
Rédigé par Hospice Sènakpon
AZINHOU 95
Conception et réalisation d'un banc didactique
informatisé pour l'étude du cycle de réfrigération
à compression de vapeur
3.3.2. Evaluation des charges thermiques 46
3.3.3. Choix du fluide frigorigène : 47
3.3.4. Choix et dimensionnement des éléments
principaux retenus 48
3.4. ETAPES DE REALISATION DU BANC DIDACTIQUE 51
3.4.1. Modélisation 3D de la maquette du support du banc
didactique 51
3.4.2. Mise en plan à une échelle de 1/100 51
3.4.3. Démontage de la carrosserie du régulateur
servant de matériaux de base pour la
conception de notre support 52
3.4.4. Découpage des différentes pièces
(tôles pour base et façade, pieds pour support, etc)
52
3.4.5. Montage de l'ossature 53
3.5. Méthodologie d'établissement des fiches de TP
54
3.6. Méthodologie de déploiement de l'interface
graphique 55
3.6.1. Les bibliothèques de python utilisées 55
3.7. CONCLUSION 58
CHAPITRE 4 : RESUSTATS ET DISCUSSIONS 60
4.1. INTRODUCTION 60
4.2. RESULTATS 60
4.2.1. Réalisation 60
4.2.2. Interface graphique 61
4.2.3. Fiches de TP rédigées 65
4.3. DISCUSSIONS 82
4.4. CONCLUSION 85
CONCLUSION GENERALE ET PERSPECTIVES 86
ANNEXE 1 : fiche technique groupe de condensation 90
ANNEXE 2 : COUT DE CONCEPTION ET DE REALISATION 90
ANNEXE 3 : Plan de financement 92
