ENIG Remerciement Je tiens à remercier vivement mon tuteur de stage Mr Béchir CHAOUACHI pour m’avoir fait partager toute son expérience et ses compétences ; pour son soutien, ses conseils précieux et sa disponibilité en lui témoignant tous mes respects et ma gratitude. Nos remerciements sont adressés aussi aux personnes avec lesquelles j’ai eu le plaisir de collaborer et à leurs témoigner toute ma reconnaissance pour l’expérience enrichissante et pleine d’intérêt qu’elle m’ont fait vivre durant ce mois au sein de cette unité et pour le temps qu’ils m’ont consacré tout au long de cette période ; en répondant à toutes mes questions. J’exprime ma grande reconnaissance à tous les enseignants et administrateurs de l’Ecole Nationale d’Ingénieur de Gabes qu’ont veillé à nous offrir une bonne formation. Hsini Zouhaier 1
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Etude Expérimentale d’une Machine Frigorifique à Absorption-Diffusion
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ENIG
Remerciement
Je tiens à remercier vivement mon tuteur de stage Mr Béchir CHAOUACHI pour
m’avoir fait partager toute son expérience et ses compétences ; pour son soutien, ses conseils
précieux et sa disponibilité en lui témoignant tous mes respects et ma gratitude.
Nos remerciements sont adressés aussi aux personnes avec lesquelles j’ai eu le plaisir
de collaborer et à leurs témoigner toute ma reconnaissance pour l’expérience enrichissante et
pleine d’intérêt qu’elle m’ont fait vivre durant ce mois au sein de cette unité et pour le temps
qu’ils m’ont consacré tout au long de cette période ; en répondant à toutes mes questions.
J’exprime ma grande reconnaissance à tous les enseignants et administrateurs de
l’Ecole Nationale d’Ingénieur de Gabes qu’ont veillé à nous offrir une bonne formation.
Chapitre I : ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE...............................................................................9
I. Généralité sur le froid :..................................................................................................10
I.1. Domaines de froid :........................................................................................10
I.2. Applications industrielles de froid :...............................................................10
I.3. Production de froid :..............................................................................10
II. Quelques systèmes de production du froid par vaporisation d’un fluide frigorigène :. .11
III. Généralités sur les fluides de travail :...........................................................................12
III.1. Critères de choix des fluides de travail utilisé dans les cycles à absorption-diffusion :..............................................................................................................12
III.2. Couples frigorigène/absorbant utilisés dans les cycles à absorption-diffusion :.............................................................................................................13
III.3. Caractéristiques d'un couple frigorigène/absorbant:....................................14
IV. Propriétés des fluides de travail :.................................................................................14
IV.1. Propriétés de l'absorption :..........................................................................14
IV.2. Propriétés des fluides frigorigènes :.............................................................15
IV.3. Propriétés du gaz inerte :.............................................................................15
V. Avantages et les inconvénients des cycles à absorption-diffusion :..............................16
II. Amélioration du coefficient de performance :..............................................................23
III. Paramètres thermodynamiques :..................................................................................24
IV. Propriétés du mélange dans les différentes parties de l’installation :...........................25
V. Densités de l’Hélium dans les différents sites de l’installation :...................................27
Chapitre III : ETUDE PRATIQUE..........................................................................................29
I. Conception de la machine :............................................................................................30
I.1. Description de la machine frigorifique :.........................................................30
I.2. Principe de fonctionnement de la machine frigorifique à absorption :..........31
I.3. Quelques différentes composantes de l'installation:.......................................32
a. Condenseur:......................................................................................................32
b. Evaporateur :....................................................................................................32
c. Bouilleur :.........................................................................................................33
d. Absorbeur :.......................................................................................................33
e. Echangeur gaz-gaz :..........................................................................................33
f. Echangeur liq-liq :.............................................................................................33
g. Pompe à bulles :...............................................................................................33
II. Démarrage de l’installation :.............................................................................34
II.1. calcul de la composition du mélange :..........................................................35
II.2. Vérification de l’étanchéité de la machine :..................................................38
II.3. Création du vide de la machine :...................................................................38
II.4. Préparation du mélange :..............................................................................38
II.5. Introduction du mélange dans l’installation :................................................39
II.6. Circulation du mélange dans l’installation et de la solution pauvre dans l’absorbeur :.........................................................................................................40
II.7. Ajout de l’Hélium :.......................................................................................40
II.8. Alimentation du système de chauffage :.......................................................40
Table des figuresFigure 1: Schéma simple d’une machine frigorifique à absorption-diffusion...........................12
Figure 2: Diagramme de Merkel relatif au couple NH3-H2O...................................................17
Figure 3: Diagramme d'Oldham relatif au couple NH3-H20.....................................................18
Figure 4: Schéma d'un cycle de réfrigération par absorption-diffusion...................................20
Figure 5: COP en fonction de la température d’évaporation..................................................23
Figure 6: Schéma de la simulation de l’installation en block....................................................24
Figure 7: Diagramme d’Oldham pour le cycle NH3-H2O-He...................................................24
Figure 8: Courbe de ρ=f(P) pour de températures données....................................................27
Figure 9: Cycle frigorifique à absorption-diffusion...................................................................30
Figure 10: Principe de fonctionnement d’une pompe à bulles................................................34
Figure 11: Courbe de variation de la densité du mélange et de la fraction massique de l’Ammoniac en fonction de la température.........................................................................................36
Liste de tableauxTableau 1: Résultats de la simulation de l’installation.............................................................25
Tableau 2 : Variation de la densité de l’Hélium en fonction de la Température et de la Pression................................................................................................................................................27
Hsini Zouhaier 4
ENIG
Nomenclature
Symboles unité
COP : Coefficient de performance (-)
G : Flux massique (kg/ms)
h : Enthalpie spécifique (J/ kg)
m: Débit (kg/s)
P: Pression (bar)
Q : Puissance thermique (W/m2)
T : Température (K)
V : Volume (L)
X : Fraction molaire de l’ammoniac dans la phase liquide (-)
w : Fraction massique de l’ammoniac dans la phase liquide (-)
: Densité (kg/m3)
Indice
a : Absorbeur
évap: Evaporateur
gén : Générateur
c : condenseur
r : rectifieur
b : bouilleur
égg : echangeur gaz-gaz
éll : echangeur liq-liq
mél : mélange
T : total
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H2O : Eau
NH3 : Ammoniac
He : Hélium
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INTRODUCTION GENERALE
Le conditionnement d’air et les réfrigérateurs domestiques fonctionnent
principalement suivant les cycles à compression, qui nécessitent pour le fonctionnement du
compresseur, une dépense d’énergie électrique considérable.
Pour éviter cette dépense on peut utiliser les cycles à absorption-diffusion car ils
utilisent plusieurs sources d’énergie comme les chaleurs issues des cheminés, des échangeurs,
des bouilleurs ou du soleil.
Le domaine d’application de ce type de réfrigération est vaste, citons par exemple :
le froid ménager: la conservation des aliments et le rafraîchissement des boissons,
le froid commercial : la conservation des denrées pendant la période de vente,
le froid agro-alimentaire : laiteries, ateliers et conservation de semences de pomme de
terre,
le froid médical: conservation de vaccins, des produits pharmaceutiques.
La majorité des machines frigorifiques à absorption fonctionnent à l’énergie
thermique. Les couples les plus utilisés dans ces machines sont le NH3/H2O et le LiBr/H2O.
Cependant, l’utilisation de ces mélanges souffre de quelques contraintes comme par exemple
le danger de cristallisation sur la circulation des fluides pour le cas de LiBr-eau et la haute
pression pour le NH3-eau qui engendre des fuites d’ammoniac toxique.
Le développement de la technologie de ces machines peut être effectué par des études
expérimentales d’une part et par la modélisation mathématique d’autre part.
Nous proposons une contribution à l’étude expérimentale d’une machine frigorifique à
absorption-diffusion fonctionnant avec le mélange eau-ammoniac-Hélium en utilisant
l’énergie électrique comme source de chaleur.
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Cette étude est structurée de la manière suivante :
Dans le premier chapitre, on a fait une étude bibliographique sur les systèmes de production
du froid d’une manière générale ainsi que les propriétés des fluides utilisés.
Le deuxième chapitre est consacré à l’étude théorique d’une machine frigorifique à
absorption-diffusion.
Le chapitre trois est consacré à l’étude expérimentale d’une machine frigorifique à
absorption-diffusion.
On achève ce document par une conclusion sur notre étude.
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Chapitre I : ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE
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I. Généralité sur le froid :
I.1. Domaines de froid : On distingue dans le domaine de froid deux domaines distincts :
la réfrigération : qui consiste à produire et maintenir une température inferieure a la
température ambiante
la cryophysique : qui est la science des propriétés de la matière a très basse
température (quelques K).
La distinction entre réfrigération et cryophysique diffère selon l'usage.
Dans l'industrie la réfrigération s'arrête souvent à la liquéfaction de l'air
(-190 °C environ).
I.2. Applications industrielles du froid : Domaine médical : cryochirurgie, conservation de certains produits, organes...
Industries alimentaires : conservation des aliments, pasteurisation des liquides...
Industries chimiques et pétrochimiques : liquéfaction des gaz pour le transport,
déparaffinage, débenzolage...
Génie civil : refroidissement des bétons, congélation des sols aquifères...
Conditionnement des locaux : rafraichissement de l'air, conditionnement des
patinoires, canons à neige...
Laboratoires d'essai et de recherche : étude des matériaux et comportement de la
matière à très basses températures...
Production de neige carbonique : maintien du froid à basse température (-80 °C).
I.3. Production de froid :Toute transformation endothermique peut constituer un procédé capable de produire du
froid soit :
fusion d'un solide
sublimation d'un solide
vaporisation d'un liquide
détente d'un gaz
Effet Peltier, Thomson
dissolution des solides, liquides, gaz
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Les machines les plus courantes fonctionnent en vaporisant le fluide frigorigène dans la
chambre froide. C'est précisément au cours de cette opération que la chaleur est absorbée.
II. Quelques systèmes de production du froid par vaporisation d’un fluide frigorigène :
La production du froid consiste en une absorption de la chaleur, c’est-à-dire prélever
de la chaleur d’un milieu à refroidir appelé source froide, et la transférer vers un milieu
extérieur qui est réchauffé, appelé source chaude. La production de froid artificiel a
commencé par quatre types de machines apparues dans l’ordre suivant :
la machine à compression-évaporation de vapeur liquéfiable
la machine à détente d’air préalablement comprimé
la machine à absorption
la machine à absorption-diffusion
la machine à adsorption
la machine à évaporation d’eau sous pression réduite qui n’existent plus.
Les machines frigorifiques à absorption-diffusion garantissent une importante
réduction de la consommation électrique et une production efficace de froid. En effet, il est
moins coûteux de faire circuler les fluides plutôt que les gaz entre deux niveaux de pression.
Nous exploitons cet avantage afin de réaliser des économies d'électricité. En outre, les fluides
s'évaporent à différents niveaux de pression à différentes températures. Le principe de base de
la production du froid du confort consiste à prélever de la chaleur d’un milieu à refroidir (air
ou eau), appelé source froide et à la transférer vers un milieu extérieur (eau ou air extérieur).
Ce transfert d’énergie est réalisé par l'intermédiaire d'un fluide frigorigène soumis en continu
à un cycle thermodynamique de succession de changements d'états vapeur/liquide.
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La figure suivante représente d’une façon générale le fonctionnement de ce type de
machine, et dans suite du travail on va expliquer bien comment elle fonctionne
Figure 1: Schéma simple d’une machine frigorifique à absorption-diffusion
III. Généralités sur les fluides de travail
III.1. Critères de choix des fluides de travail utilisés dans les cycles à
absorption-diffusion
La performance d’un système à absorption est sensiblement dépendante des propriétés
physico chimiques et thermodynamiques des fluides de travail utilisés. Par conséquent la
combinaison Réfrigérant/Absorbant doit satisfaire certaines caractéristiques tel que:
Une large différence entre la température d’ébullition du réfrigérant pur et celle de
l’absorbant ;
La concentration du réfrigérant dans le mélange doit être assez large que possible ;
La chaleur de vaporisation du réfrigérant doit être élevée ;
Les propriétés de transport (viscosité, conductivité thermique, coefficient de diffusion)
doivent être favorables ;
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Le mélange doit être chimiquement stable, non toxique et non explosif. Il doit aussi
être non corrosif et moins couteux.
Absence de la phase solide : le couple fluide frigorigène-absorbant ne doit pas
former une phase solide dans la gamme de composition et de température de
fonctionnement. En effet, la formation des solides peut arrêter l’écoulement et
poser des problèmes à l’équipement.
Rapport de volatilité : le fluide frigorigène doit être plus volatil que l’absorbant de
sorte qu’il puisse être facilement séparé par chauffage.
Affinité : l’absorbant doit avoir une affinité forte vis à vis du fluide frigorigène dans
les conditions de l’absorption. Cette affinité permet de diminuer le débit d’absorbant
pour la même charge frigorifique et donc de minimiser les pertes de chaleur
sensible. Ceci permet l’utilisation d’un échangeur de chaleur plus petit capable de
diminuer la consommation d’énergie au niveau du générateur.
Pression : des pressions de fonctionnement modérées doivent être employées afin de
réduire la consommation d’énergie électrique exigée pour pomper les fluides du
coté de la basse pression vers la haute pression.
Stabilité : la stabilité chimique élevée est exigée pour éviter la formation de gaz
indésirable, de solides ou de substances corrosives.
Plusieurs fluides de travail ont été suggérés dans la littérature, une investigation établie
par Marcriss sur les fluides a montré environ 40 réfrigérants et 200 absorbants potentiels,
bien que les couples classique NH3/eau et eau/LiBr restent les fluides les plus utilisés dont les
propriétés sont identifiées, malgré qu’ils présentent certains désavantages.
III.2. Couples frigorigène/absorbants utilisés dans les cycles à absorption-diffusion
Durant toute l’histoire de l’utilisation des cycles à absorption plusieurs couples ont été
mis à l’épreuve. Une étude faite par Marcriss [5] montre qu’il y a plus de 40 composés
réfrigérants et 200 absorbants disponibles. Cependant, les fluides les plus utilisés sont : (NH3/
H2O) et (H2O/ LiBr). Ces deux couples ont fourni pendant plusieurs années les meilleures
performances comparées aux autres. En effet, depuis l'invention du système à absorption, le
couple (NH3/H2O) a été largement utilisé dans les procédés de l'absorption, les fluides NH3 et
H2O sont très stables dans un large intervalle de température et de pression.
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Les couples de fluides frigorigène/ absorbant utilisés dans les machines à absorption
actuelles sont de deux types : eau/bromure de lithium (H2O/LiBr) en solution aqueuse et
ammoniac/eau (NH3/H2O) dilué. Dans les machines utilisant le couple H2O/LiBr, l'eau peut
être utilisée comme fluide frigorigène. En France, le fluide frigorigène le plus utilisé est
l'ammoniac ce qui permet d'obtenir des températures très basses à l’évaporateur tout en
respectant notre environnement. En effet, l’ammoniac présente une grande chaleur latente et
peut être utilisé pour extraire de la chaleur à des températures très basses allant jusqu’à -77 °C
à la pression atmosphérique. Cependant, ce couple est volatil. Il y a donc une nécessité
d’avoir une rectification des vapeurs du réfrigérant. En plus, il présente des pressions de
travail assez élevées et nécessitent alors des installations complexes est coûteuses. Ce fluide
est toxique et corrosif vis-à-vis du cuivre et ses alliages.
III.3. Caractéristiques d'un couple frigorigène/absorbant:
Les deux substances fluide frigorigène-absorbant qui forment le couple binaire, ou la
solution dans les cycles frigorifiques à absorption, doivent avoir les caractéristiques
suivantes :
Absence de phase solide ;
L'absorbant doit avoir une grande affinité pour le fluide frigorigène ;
Le fluide frigorigène doit être plus volatile que l'agent absorbant ;
La pression de travail doit être modéré ;
Une bonne stabilité chimique ;
L'absence de corrosion ;
Une sécurité, non toxique, non inflammable ;
Une faible viscosité, et, une conductivité thermique élevée ;
Une grande chaleur latente du fluide frigorigène est désirable.
Les couples ammoniac-eau et eau-bromure de lithium sont les couples qui remplissent
le plus de critères.
IV. Propriétés des fluides de travail :
IV.1. Propriétés de l'agent d'absorption :
L'agent d'absorption doit répondre aux caractéristiques suivantes :
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La tension de vapeur à la température nécessaire dans le bouilleur doit être négligeable
ou très faible par comparaison à la tension de vapeur du fluide frigorigène ;
L'agent d'absorption doit rester liquide dans tout le cycle et ne pas donner lieu à des
possibilités de cristallisation ; la stabilité chimique doit être bonne et il ne doit pas être
corrosif ;
La chaleur massique doit être faible pour éviter des pertes. La conductivité thermique
doit être élevée, la viscosité et la tension superficielle faible pour favoriser la
transmission de chaleur et l'absorption.
IV.2. Propriétés des fluides frigorigènes :
Selon le besoin, on choisit un couple ou un autre. Dans le cas des couples ammoniac-
eau et eau-bromure de lithium c’est le niveau de température qui impose le choix. L’eau joue
le rôle de l’absorbant dans le cas du premier couple et le fluide frigorigène dans le cas du
deuxième.
L’eau est parfaitement sûre pour l’homme, disponible, ayant des bonnes propriétés
thermiques et une pression de fonctionnement faible ((20_80) mbar). Sa gamme de
température de production de froid est réduite ((0_10) °C). L’eau est bien adaptée pour la
climatisation. Toutefois, l’eau reste un fluide « idéal » d'un point de vue environnement.
L’ammoniac présente une chaleur latente d’évaporation, une conductivité thermique et
une pression de fonctionnements élevés ((0.5_-5) bar). Cette dernière est supérieure à la
pression atmosphérique, ce qui peut être retenu comme avantage. La gamme de
température de production du froid est importante ((-50_10) °C). Cependant, il est très
dangereux, formant avec l’air un mélange explosif et pouvant former une certaine réaction
chimique avec les matériaux de construction de la machine telle que le cuivre. Ainsi, ce
fluide nécessite, pour son emploi, l'utilisation des matériaux résistants comme l’acier
inoxydable.
IV.3. Propriétés du gaz inerte
Dans un cycle d’absorption-diffusion, le gaz frigorigène est entraîné par un gaz inerte
et la pression totale reste la même partout, seule varie la pression partielle du fluide
frigorigène. La présence de ce gaz inerte implique, lors de l’absorption et l’évaporation, une
résistance en phase gazeuse: la diffusion dans le gaz inerte constitue la résistance principale
au transfert de matière. Donc il est nécessaire de chercher le gaz inerte le plus efficace.
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Maiya [1] a présenté une simulation du cycle à absorption-diffusion NH3-H2O-He, et
a montré que l’utilisation de l’hélium est meilleure que celle de l’hydrogène bien qu’elle
exige une taille plus élevée de propulsion en raison de sa plus grande viscosité.
Cette étude a prouvé qu’une pression de fonctionnement plus élevée provoque une
diminution du COP.
L’hélium s’est avéré préférable à l’hydrogène comme un gaz inerte pour le cycle. Le
COP d’un système fonctionnant avec l’hélium est plus élevé (jusqu'à 40 %) que le même
système fonctionnant avec l’hydrogène.
L’Hélium est efficace et fait son rôle dans l’installation, pour quelques critères :
Totalement immiscible dans l’ammoniac (coté évaporateur) que dans l’ammoniaque (coté
absorbeur) ;
Sa densité est très petite par rapport à celle de l’ammoniaque et à celle de l’ammoniac
pour que l’hélium peut monter de nouveau vers l’amont de l’évaporateur ;
Sa température de condensation à la pression totale dans l’installation doit être très
inférieure aux températures de l’évaporateur et de l’absorbeur pour que l’hélium reste
toujours en état gazeux ;
V. Avantages et les inconvénients des cycles à absorption-diffusion :
V.1. Avantages : Ils consomment essentiellement de tous les types d'énergie calorifique ;
Ils sont plus économiques que les cycles à compression si on utilise l’énergie
électrique comme source de chaleur ;
Leurs utilisations sont intéressantes si on dispose d'une source de chaleur
(Chaleur gratuite perdue) ;
Intérêt d'avoir de l'eau comme fluide frigorigène (pas de toxicité) ;
Machines silencieuses et sans vibrations.
V.2. Inconvénients : COP faible face aux machines à compression ;
Puissances thermiques importantes à évacuer ;
Problème de construction ;
Etanchéité importante ;
Hsini Zouhaier 16
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Ce type de machine est encore récent, d'où le peu d'offres présentes sur le marché ;
VI. Diagrammes thermodynamiques utilisés
VI.1. Diagramme de Merkel :
Le diagramme de Merkel permet une étude complète de la machine à absorption, car il
fournit les bilans thermiques des différents appareils du circuit par lecture directe des
différences d'enthalpie. L'axe des abscisses est gradué en concentrations de la phase
liquide et l'axe des ordonnées en enthalpies .il comporte, à la partie inférieure, des réseaux
d'isothermes et d'isobares, de même que des courbes d'égale concentration de la phase
vapeur en équilibre avec la phase liquide ; à la partie supérieure, des courbes de référence
permettent, en partant d'un point d'équilibre déterminé dans la partie inférieure, de définir
les caractéristiques de la phase vapeur.
Figure 2: diagramme de Merkel relatif au couple NH3-H2O
Hsini Zouhaier 17
ENIG
VI.2. Diagramme d'Oldham :
C'est le diagramme le plus utilisé et le plus pratique pour une étude d'une machine à
absorption, L'axe des abscisses est gradué en (1/T) et l'axe des ordonnées en (LogP). Dans ce
système de coordonnées, les courbe traduisant l'équilibre du système binaire dans la phase
vapeur aussi bien que dans la phase liquide sont, à très peu de chose prés, des droites. La
droite de teneur (100 %) correspond à l'équilibre liquide-vapeur de l'ammoniac pur, la droite
de teneur (0 %) à l'équilibre liquide-vapeur de l'eau pure.
Figure 3: Diagramme d'Oldham relatif au couple NH3-H20
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Chapitre II : MODELISATION
Hsini Zouhaier 19
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I. Bilans de matière et d’énergie :
En utilisant la figure suivante (figure 2.1) on va déterminer les bilans matières et les
bilans énergétiques de tous les composantes de l’installation
Figure 4: Schéma d'un cycle de réfrigération par absorption-diffusion
I.1. Générateur :
Bilan global de matière :
m3 +m2 = m1 +m4
Bilan partiel sur l’ammoniac :
m3 X3 + m2 Y2 = m1 X1
Bilan énergétique :
m2 h2 + m3 h3 – m1 h1 - m4 h4 = Qgén
I.2. Rectifieur :
Bilan global de matière :
m5 + m4 =m3
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ENIG
Bilan partiel sur l’ammoniac :
m3 Y3 =m5
Bilan énergétique :
m3 h3 -m5 h5 - m4 h4 = Qr
I.3. Condenseur :
Bilan global de matière :
m5 =m 6
Bilan partiel sur l’ammoniac :
m5 = m6
Bilan énergétique :
m5 h5 - m6 h6 = Qc
I.4. Évaporateur :
Bilan de matière global :
m7 +m6 =m8
Bilan partiel sur l’ammoniac :
m6Y6+ m7 Y7 = m8
Bilan partiel sur l’hélium :
m6 Y6he + m7 Y7he =m8he
Bilan énergétique:
m8 h8 - m6 h6 – m7 h7 = Qévap
I.5. Échangeur gaz-gaz :
Bilan de matière global :
m9 + m7 = m10 + m 8
Hsini Zouhaier 21
ENIG
Bilan partiel sur l’ammoniac :
m9Y9 +m7 Y7 = m10Y10 + m 8Y8
Bilan partiel sur l’hélium :
m9 Y9he + m7 Y7he = m10Y10he + m8Y8he
Bilan énergétique:
m9 h9 + m7 h7 - m8 h8 - m10 h10 = Qegg
I.6. Absorbeur :
Bilan de matière global :
m9 + m11 = m10 + m12
Bilan partiel sur l’ammoniac :
m9 Y9 + m11 X11 = m10Y10 + m12 X12
Bilan partiel sur l’hélium :
m9Y9he = m10Y10he
Bilan énergétique :
m9 h9 + m11 h11 - m12 h12 - m10 h10 = Qa
I.7. Echangeur liquide-liquide :
Bilan de matière global :
m1 + m12 = m2 + m11
Bilan partiel sur l’ammoniac :
m1X1 + m12X12 = m2X2 + m11X11
Bilan énergétique :
m1 h1 + m12 h12 – m2 h2 - m11 h11 = Qell
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II. Amélioration du coefficient de performance La performance du cycle frigorifique à absorption-diffusion est évaluée par le
coefficient de performance COP, et il est définit comme suit :
COP=QevapQgen
On peut améliorer le coefficient de performance en ajoutant les éléments suivants :
Une colonne de rectification, appelée aussi séparateur, dont le rôle est d'arrêter la vapeur
d'eau qui pourrait être entrainée dans l'ammoniac.
Un échangeur permettant de transférer une partie de la chaleur de la solution pauvre vers
la solution riche, ce qui permet de diminuer l'apport de chaleur Qb. De plus, la présence
solubilité le l'ammoniac dans l'eau (l'ammoniac étant plus volatil que l'eau se vaporise le
premier lorsque la température croit).
On peut également placer un échangeur entre le condensat (Tatm) et la vapeur issue de
l'évaporateur (T0). Ce refroidissement précédant l'évaporateur génère un sous-
refroidissement dans l’évaporateur (soit une augmentation de la puissance frigorifique),
mais également une quantité de chaleur supplémentaire à évacuer dans l'absorbeur.
Figure 5: Variation du COP en fonction de la température d’évaporation
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ENIG
III. Paramètres thermodynamiques :
L’étude d’un cycle à absorption-diffusion par simulation sur Aspen Plus donne les résultats
suivants :
4
1
3
2
56
12
11
QABS
9
10
7
8
QEVAP
13
E1 E2
E3
E4
GEN
RECCOND
SHX
ABS
MIX
EVAP
EA
EE
GHX
Figure 6: schéma de la simulation de l’installation en block
Figure 7: Diagramme d’Oldham pour le cycle NH3-H2O-He
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ENIG
Tableau 1: Résultats de la simulation de l’installation
Données Valeurs
Pression totale (bar) 18
Température de générateur (°C) 87-110
Température de condenseur (°C) 45
Température de rectifieur (°C) 75
Température à la sortie de l’évaporateur (°C) -3
Température à la sortie de l’absorbeur (°C) 45
Composition massique de la solution riche55%
Débit de réfrigérant (kmol/h)0.3
IV. Propriétés du mélange dans les différentes parties de l’installation :
D’après le diagramme d’Oldham on a :
PNH3 = 18bars
Générateur Tgen= 87--100 °C
XNH3= 0.55-- 0.5
PNH3=18 bars
Rectifieur Tr = 75 °C
XNH3 = 0.67
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PNH3=18 bars
Condenseur Tc =45 °C
XNH3 ~1
PNH3= 4 bars
Evaporateur PHe= 14 bars
Tévap = -3 °C
XNH3 ~1
PNH3= 7.4 bars
Echangeur PHe= 10.6 bars
gaz-gaz Tégg =20 °C
XNH3 ~1
PNH3= 6.68 bars
Absorbeur PHe= 11.32 bars
Tabs = 45 °C
XNH3= 1--0.55
PNH3= 18 bars
Echangeur Téll = 45--87
liq-liq XNH3=0.55
Hsini Zouhaier 26
ENIG
V. Les densités de l’Hélium dans les différents sites de l’installation :
Le tableau suivant [7] nous permet de déterminer les différentes densités de l’Hélium pour des
températures et des pressions données à l’aide d’une courbe qu’on va la tracer à l’aide de ce