SÉMINAIRE BACCALAURÉAT GÉNIE ÉLECTROTECHNIQUE

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Manosque les Iscles SÉMINAIRE BACCALAURÉAT GÉNIE ÉLECTROTECHNIQUE

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Production de froid Il faut s'inspirer du corps humain : lorsque nous transpirons, la sueur produit une sensation de froid, car elle prend de la chaleur sur notre peau en s'évaporant. Pour une chambre froide, le principe est identique : un liquide (le fluide frigorigène) en s’évaporant prend de la chaleur à l'intérieur de la chambre et ainsi la refroidit. Manosque les Iscles SÉMINAIRE BACCALAURÉAT GÉNIE ÉLECTROTECHNIQUE

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La machine frigorifique Elle est constituée d'un circuit fermé dans lequel circule un fluide frigorigène à l'état liquide ou gazeux,et comprend 4 éléments principaux: 2 échangeurs de chaleur 2 éléments permettant le changement de pression Manosque les Iscles SÉMINAIRE BACCALAURÉAT GÉNIE ÉLECTROTECHNIQUE

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Manosque les Iscles SÉMINAIRE BACCALAURÉAT GÉNIE ÉLECTROTECHNIQUE

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Définition des quatre principaux organes du circuit frigorifique Manosque les Iscles SÉMINAIRE BACCALAURÉAT GÉNIE ÉLECTROTECHNIQUE

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Les échangeurs de chaleur : 1 / Evaporateur C’est un échangeur de chaleur fonctionnant à basse pression. Il évapore le fluide frigorigène en absorbant la chaleur de la chambre. L’évaporateur est placé dans l’enceinte à refroidir. 2 / Condenseur C’est un échangeur de chaleur fonctionnant à haute pression. Il condense le fluide frigorigène, en transmettant la chaleur vers l’extérieur . Manosque les Iscles SÉMINAIRE BACCALAURÉAT GÉNIE ÉLECTROTECHNIQUE

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Evaporateur Manosque les Iscles SÉMINAIRE BACCALAURÉAT GÉNIE ÉLECTROTECHNIQUE

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Condenseur Manosque les Iscles SÉMINAIRE BACCALAURÉAT GÉNIE ÉLECTROTECHNIQUE

9 Le changement de pression :
3 / Détendeur C’est un dispositif de détente de la haute pression en basse pression, au travers duquel le fluide frigorigène s’écoule vers l’évaporateur. 4 / Compresseur Il aspire les vapeurs de fluide frigorigène à basse pression et les comprime à haute pression. Manosque les Iscles SÉMINAIRE BACCALAURÉAT GÉNIE ÉLECTROTECHNIQUE

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compresseur et bouteille de liquide Manosque les Iscles SÉMINAIRE BACCALAURÉAT GÉNIE ÉLECTROTECHNIQUE

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Chambre froide Extérieur Compresseur Θchambre > θ Evaporateur Θ condenseur> θ extérieur Q2 Q1 W Evaporateur Condenseur BP HP Détendeur Bouteille Filtre Manosque les Iscles SÉMINAIRE BACCALAURÉAT GÉNIE ÉLECTROTECHNIQUE

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En résumé La majeure partie des échanges de chaleur se fait en chaleur latente, donc avec changement d'état physique du fluide, d'où le nom de changement de phase. Un système de réfrigération fonctionne donc entre deux niveaux de pression : la partie haute pression HP (maxi 26 bar) qui s'étend du compresseur jusqu'à l'entrée dans le détendeur la partie basse pression BP, qui s'étend de la sortie du détendeur jusqu'au compresseur Manosque les Iscles SÉMINAIRE BACCALAURÉAT GÉNIE ÉLECTROTECHNIQUE

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Pour suivre l'évolution du fluide frigorigène et dimensionner une installation : les frigoristes utilisent le diagramme de Mollier Manosque les Iscles SÉMINAIRE BACCALAURÉAT GÉNIE ÉLECTROTECHNIQUE

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Canevas du diagramme %en vapeur Θ=cst Isotherme Isotitre Isochore Pression bar V=cst Isobare P=cst Liquide Courbe de saturation H Enthalpie kJ/kg Manosque les Iscles SÉMINAIRE BACCALAURÉAT GÉNIE ÉLECTROTECHNIQUE

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Le cycle frigorifique Manosque les Iscles SÉMINAIRE BACCALAURÉAT GÉNIE ÉLECTROTECHNIQUE

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Relevé de valeurs Basse pression: 2 bar Haute pression: 16 bar Température entrée compresseur: 10 °C Température sortie compresseur: 62°C Surchauffe: 5°C Sous refroidissement: 4°C Manosque les Iscles SÉMINAIRE BACCALAURÉAT GÉNIE ÉLECTROTECHNIQUE

17 Tracé de la phase de compression
Le compresseur aspire les vapeurs saturées à 2 bars et à la température de 10°C. Ce point se situe à l'isobare 2 bars et isotherme 10°C. ( H1 ) La compression est une transformation isentropique : le point de sortie est situé sur l'isobare 16 bars et l'isotherme à 62°C. ( H2 ) Pendant la compression, le fluide absorbe une quantité d'énergie équivalente au travail fourni par le compresseur : W = H2 - H1 = = 30 kJ/kg Manosque les Iscles SÉMINAIRE BACCALAURÉAT GÉNIE ÉLECTROTECHNIQUE

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Tracé condensation La condensation est une transformation isobare. A la sortie du condenseur, le fluide est juste saturé (100% liquide) et reste à la même température pendant cette transformation. Sous refroidissement Son rôle est d'évacuer la chaleur prise à l'évaporation et la chaleur due au travail de compression. La quantité de chaleur évacuée est : H2 - H3 = = 200 kJ/kg Manosque les Iscles SÉMINAIRE BACCALAURÉAT GÉNIE ÉLECTROTECHNIQUE

19 Tracé détente et évaporation
La détente se produit sans échange de chaleur. C'est une transformation isenthalpique. La pression passe de 16 bars à 2 bars. Une partie du fluide s'est vaporisée lors de cette transformation. ( H3 ) ( H4 ) surchauffe L'évaporation a pour rôle essentiel d'absorber la chaleur. Pour pouvoir réaliser l'évaporation, le fluide va capter l'énergie de l'air ambiant. L'énergie absorbée est dans l'exemple : W = H1 - H4= = 200 kJ/kg Manosque les Iscles SÉMINAIRE BACCALAURÉAT GÉNIE ÉLECTROTECHNIQUE

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1 2 3 7 6 4 5 Manosque les Iscles SÉMINAIRE BACCALAURÉAT GÉNIE ÉLECTROTECHNIQUE

21 Historique sur les fluides frigorigènes
inflammable Très toxique Couche d’ozone Gaz à effet de serre hydrofluorocarbone Production de glace Chambre froide Chlorofluorocarbone Ether Ammoniaque CFC HFC 1987 Début 18 ème William Cullen 1876 1930 1997 Protocole de Kyoto Protocole de Montréal Manosque les Iscles SÉMINAIRE BACCALAURÉAT GÉNIE ÉLECTROTECHNIQUE

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Quelques formules La puissance de l’évaporateur Ф0 est donnée par la relation : Ф0 = qm x ( h1 - h6) La puissance théorique du compresseur P est donnée par la relation: P = qm x ( h2 - h1) La puissance du condenseur est donnée par la relation : Фk = qm x ( h2 - h5) qm étant le débit massique du fluide exprimé en kg.s-1 Le coefficient de performance théorique (cop) de l’installation est le rapport du froid produit au travail de compression soit Manosque les Iscles SÉMINAIRE BACCALAURÉAT GÉNIE ÉLECTROTECHNIQUE

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DOSSIER TECHNIQUE Fiche signalétique & technique Manosque les Iscles SÉMINAIRE BACCALAURÉAT GÉNIE ÉLECTROTECHNIQUE

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FICHE SIGNALETIQUE Nom : FP10 - Groupe froid positif Concepteur / constructeur : ERM Automatismes Industriels Manosque les Iscles SÉMINAIRE BACCALAURÉAT GÉNIE ÉLECTROTECHNIQUE

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FICHE TECHNIQUE Encombrement : P x L x H : 1550 x 900 x 1550 mm. Masse : 200 Kg. Structure : Châssis en structure tubulaire aluminium. Sources d’énergie : Alimentation électrique : réseau 400V alternatif triphasé (3 phases + neutre + PE), 50 Hz avec un régime de neutre TT. Puissance absorbée maximale : 1500W. Niveau sonore : < 60 dB(A) Sécurité : Mise en oeuvre de pressostats HP et BP Manosque les Iscles SÉMINAIRE BACCALAURÉAT GÉNIE ÉLECTROTECHNIQUE

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DOSSIER TECHNIQUE Schéma général de principe Manosque les Iscles SÉMINAIRE BACCALAURÉAT GÉNIE ÉLECTROTECHNIQUE

27 IDENTIFICATION DES DIFFERENTS ELEMENTS
Interrupteur sectionneur général (Q1) Chambre froide Pupitre de commande Pupitre de mesure Unité hermétique de production frigorifique Coffret électrique Manosque les Iscles SÉMINAIRE BACCALAURÉAT GÉNIE ÉLECTROTECHNIQUE

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Régulateur de température (U1) Pressostat(B1) et manomètre haute pression Pressostat (B2) et manomètre basse pression Indicateurs de température : Entrée détendeur (H4), Bulbe détendeur (H5), Aspiration compresseur (H6), Refoulement compresseur (H7) Pupitre de commande Manosque les Iscles SÉMINAIRE BACCALAURÉAT GÉNIE ÉLECTROTECHNIQUE

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HP BP H6 H7 Manosque les Iscles SÉMINAIRE BACCALAURÉAT GÉNIE ÉLECTROTECHNIQUE

30 La supervision c’est possible
Ouvrir une fenêtre explorer et taper l’adresse . Manosque les Iscles SÉMINAIRE BACCALAURÉAT GÉNIE ÉLECTROTECHNIQUE

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Exploitation pédagogique possible Régulation Bilan énergétique Configuration IP de la passerelle et utilisation de la supervision Manosque les Iscles SÉMINAIRE BACCALAURÉAT GÉNIE ÉLECTROTECHNIQUE

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IP : Classe : C Masque : IP : Classe : B Masque : HUB Situation de départ Situation de départ HUB IP : Classe : C Masque : Classe A de à octet Classe B de à octets Classe C de à octets IP : Classe : B Masque : Manosque les Iscles SÉMINAIRE BACCALAURÉAT GÉNIE ÉLECTROTECHNIQUE

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Test avec un navigateur pour visualiser le site embarqué de la passerelle Manosque les Iscles SÉMINAIRE BACCALAURÉAT GÉNIE ÉLECTROTECHNIQUE

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35 Situation intermédiaire
HUB IP : Classe : B Masque : Classe A de à octet Classe B de à octets Classe C de à octets IP : Classe :B Masque : Manosque les Iscles SÉMINAIRE BACCALAURÉAT GÉNIE ÉLECTROTECHNIQUE

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Situation finale HUB IP : Classe : C Masque : Classe A de à octet Classe B de à octets Classe C de à octets IP : Classe : C Masque : Manosque les Iscles SÉMINAIRE BACCALAURÉAT GÉNIE ÉLECTROTECHNIQUE

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42 Utilisation de la supervision embarquée
Créer un journal de bord avec les grandeurs présentes sur la machine Vérifier la concordance entre les températures sur la machine et celle sur le synoptique Manosque les Iscles SÉMINAIRE BACCALAURÉAT GÉNIE ÉLECTROTECHNIQUE

43 SÉMINAIRE BACCALAURÉAT GÉNIE ÉLECTROTECHNIQUE
Tracer l'évolution de la température de l'enceinte en fonction du temps Manosque les Iscles SÉMINAIRE BACCALAURÉAT GÉNIE ÉLECTROTECHNIQUE

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