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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
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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]
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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]
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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
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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.
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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.
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Tableau 2. 1: Spécificité des modèles
existants
