Comment concevoir un Véritable refroidisseur INDUSTRIEL

Bonjour a tous et à toutes,

On est deux étudiants nouveaux sur ce site, Philipe étudiant en mécanique et Emanuel étudiant en automatisme industriel, dans le cadre de notre Projet de Fin d’Etude (PFE), la société (Bureau d'Etude) nous demande la réalisation d’un refroidisseur d’eau industriel pour l’un de ces clients qui sera utiliser pour une installation de rayon X.
Sincèrement on est bloqués, et les idées sont très chevauchées dans nos têtes , on a bien compris les cycles de changement des phases et les principes de fonctionnement des refroidisseurs, mais ça reste toujours loin pour un tel projet .

Les données techniques sont :

-La température ambiante de fonctionnement sera en moyenne de 32°C.
-L’eau devra sortir entre 10°C et 25°C (Ils nous demandent une régulation par thermostat électronique ??).
-Compresseur hermétique de Pfrigorifique =3KW à 10°C (eau) et 32°C (ambiante) avec R134a comme réfrigérant.
-Evaporateur en cuivre immergé.
-Cuve en Inox.
-Manomètre pour la pression d’eau (doit être réglable entre 2 et 4 bars).
-By-passe pour le réglage de débit d’eau (4litres/minute au minimum).


On a trop cherchés sur Google et sur ce forum , mais plus qu’on cherche plus qu’on aura d’idées qui compliquent les choses devant nous ,
On cherche au moins quels sont les composants pour ce refroidisseur, puisque à part les éléments de base (Compresseur, Condenseur, Détendeur et Evaporateur) on doute à la nécessité de tous les composants (Voyant de liquide, Filtres déshydrateurs, vanne à boisseau sphérique, réservoir de liquide, séparateur d’huile, filtre à huile, voyant d’huile, silencieux de refoulement, éliminateur de refoulement, filtre d’aspiration, bouteille anti-coup de fluide, etc ???) qu’on a vu sur la page ci-dessus :

http://www.cooling-masters.com/forum/index.php?showtopic=495

Et surtout, nous vous prions de nous expliquer si possible, est t il nécessaire d’utilser (séparateur d’huile, filtre à huile, voyant d’huile, bouteille anti-coup de fluide) même si on utilise un compresseur hermétique ??

Et concernant la partie régulation :

Est-ce que les pressostats ne sont utilisés que pour les refroidissements négatives (au dessus de 0°C) le cas échéant, est ce que les pressostats HP et BP sont toujours nécessaire même si on utilisera une régulation par thermostat électronique, si oui est ce que le pressostat BP sera utilisé pour la sécurité lui aussi ??

Merci de nous répondre, de nous assister, ou de nous diriger où peut-on trouvés des informations claires et net pour des débutants en FRIGO comme nous .

si je me trompe pas j'ai isolé 2 questions principales :
qu'est ce qui est vraiment essentiel ?
et comment réguler la température ?

pour la première pour un système de cette taille je pense que compresseur, condenseur, détendeur et évaporateur déshydrateurs, réservoir de liquide (si vous utilisé un détendeur thermostatique ect) et bouteille anti-coup de fluide ne sont pas superflus

pour la deuxième question
vous prouver utiliser un thermostats à hysteresis et un détendeur thermostatique
sinon un pressostats est surtout un organe de sécurité plus que de régulation il sert à couper le circuit en cas de surpression

par contre pk vous limité vous au R134a ?

Bienvenu,

J'ai fait un cursus similaire au votre donc je sais que c'est pas simple car on voit pas souvent ce domaine dans ce genre de filières

Pour le matériel que je verrais necessaire, je reprendrais ce qu'as dit oksaux en ajoutant un pressostat en HP: Certes ce n'est pas indispensable, mais c'est un organe de sécurité qui peux être apprécié dans le domaine industriel. Pour le détendeur, je conseillerais aussi un détendeur thermostatique. Pour le gaz, si vous pouvez vous rediriger vers du r402 ou r507, ca sera pas plus mal.

Pour la vanne à boisseau sphérique, c'est surtout utile pour des températures plus basses mais bon...le secteur industriel est toujours exigeant...

Merci pour votre réponse oksaux,

-La première chose pouvez vous nous expliquez la particularité ou disant l’utilité d’un thermostat à hystérésis svp?, et surtout comment nous pouvons le commander ? (Parce que on fait, le demandeur exigence que ça soit une régulation par thermostat électronique).

-Concernant les pressostats on a pensé à ça car, quelque par sur internet on a vu qu’il y des constructeurs qui utilisent un pressostat BP pour la régulation (c.à.d ce lui qui agira sur le fonctionnement du compresseur) et un pressostat HP utilisé pour la sécurité, ALORS QUE sur d’autres documents internet on a vu que les pressostats ne sont vraiment obligatoires que dans les cas des refroidissements négatifs (congélation ou autre dispositifs où on a besoin de moins 0°C).

Pour le R134a, on n’a pas trouvé des compresseurs hermétiques (exigence de demandeur) qui fournissent 3KW à 10°C (eau) et 32°C (ambiante) avec d'autre fluide que le R134a, sachant qu’on a compris que pour notre marge de température souhaité (de 10°C à 25°C) il faut obligatoirement utilser un compresseur de type HP et non pas BP ou moyenne pression (valables pour le cas de congélation apparemment).

On a bien tenu en compte votre réponse oksaux, et on vous remercie énormément , mais quand même on reformule nos questions pour plus de renseignements et on attend toutes autres suggestions et remarques concernant les propositions de oksaux et/ou d'autres propositions des gens frigoristes et compétants.

Quel sont les composants essentiels pour un tel refroidisseur d’eau industriel ??
Et comment les commander (s’il s’agit bien des organes à commander bien sur !).
Et, est ce que la régulation de température par un thermostat électronique peut remplacer la régulation par les pressostats BP (Placés entre l’évaporateur et le compresseur)?

Merci d’avance , à tout le monde de nous aider par la moindre information concernant ce projet de fin d’études.

il n'y a pas de compresseur spécifique a un Gaz, c'est seulement l'huile contenue a l'interieur qui limite l'utilisation d'un Gaz, une vidange du compresseur est possible si on utilise un gaz non compatible avec l'huile présente a l'interieur ..

vous faites de l'automatisme p-e de l'automatisme ?

vous connaisser sans doute la notion d'hystérésis (sinon =>google) donc un thermostat a hysteresis est un thermostat avec le quelle on peu progamer 2 temperature : une temperatur de demarage du rompresseur dans votre cas 25 °c et une temperature d'extinction du compresseur (temp minimal) dans votre cas 10 °C



la j'ai déjà clairement répondus :

compresseur, condenseur, détendeur et évaporateur déshydrateurs, réservoir de liquide (si vous utilisé un détendeur thermostatique ect) et bouteille anti-coup de fluide



chez des fournisseurs
refco par exemple



d'un point de vu physique température d'évaporation et pression d'évaporation sont lié
donc on peux considérer que c'est l'un ou l'autre pour la température d'évaporation
or dans votre cas on veux asservir le circuit frigo sur la température de l'eau ce que ne donne pas la pression d'evaporation
donc dehors les pressostat BP et mise en plasse d'un thermostat.

rajouter quand même un pressostat de sécurité sur la HP

Déjà si votre eau doit se balader entre 10 et 25°C il faut une température d'évaporation d'au plus 0°C, parce que faire passer 3kw avec un deltaT de 10°C faut un échangeur assez intéressant.

Il faudrait que vous nous parliez un peu plus des contraintes (taille de la cuve d'eau, hauteur, contenance etc.) pour déterminer au moins l'évaporateur (le serpentin en cuivre).

Ensuite pour taper dans du 3kw à 0°C il faut un compresseur de 2cv, c'est pas dur à trouver (compresseurs de pompes à chaleur o u de clim assez grosses). Vous parlez de compresseur hermétique, vu la faible puissance on se doute qu'un semi-hermétique accessible ce serait un peu exagéré, mais de quel type? (Rotatif, Scroll, Piston).

Y-a-t-il des contraintes de place pour le groupe frigorifique? Vu la puissance du rotatif ou piston serait adapté (un scroll c'est trop cher vu la faible puissance, même si le rendement serait bien suppérieur). Vous avez des contraintes de tarif surement?

Un L'Unité Hermétique CAJ4519Z (par exemple, il existe plein d'autres modèle qui conviennent) serait bien adapté, il a une puissance frigo de 3kw à -5°C donc ca laisse une petite marge sympa si l'echangeur est efficace. Il est de plus facile à trouver et pas très cher. Il fonctionne au R404a. Vous lui associez un condenseur de 4.5kw @ 15K et rulezz, ca non plus c'est pas dur à trouver et il existe très certainement des groupes de condensation tout faits basé sur ce compresseur.

Après si vous voulez tapper dans du rotatif c'est pas un problème non plus, c'est facilement accessible.

Ensuite un pressostat HP ca coûte pas cher et c'est une sécurité pour le système donc autant en mettre un. Un BP par contre ca sert à rien ici, le thermostat à hystérésis annule son utilité.

Merci beaucoup Kipcool,

C’est ça le problème Kipcool, qu’on est tous deux loin du froid Industriel, c’est vrai l’automatisme est indispensable pour la régulation d’un équipement industriel ainsi que la conception et la réalisation du socle, gabarit et plaques ça ce fait par des mécaniciens, mais quand même il nous manque un véritable frigoriste !!! Pour amener à bien ce projet de fin d’étude.

Quand à moi (Emanuel « Automaticien ») je ne peux pas automatiser ou régulé des phénomènes que je ne les maîtrise pas bien.

Heureusement, moi (Philipe « Mécanicien), j’ai quelques connaissances de base en énergétique , mais ça reste toujours limité face à la pratique des choses (Les composants, leur utilisation et leur rôle) et surtout que notre refroidisseur est officiel et industriel, c.à.d sans erreur !!

Beh, de toute façon on est très motivés et passionné afin de réussir notre PFE, on espère vraiment qu’après 2mois et avec l’assistance de l’équipe des professionnelles de ce forum nous pouvons mettre les photos de notre futur refroidisseur ici !!! Tel que celle-ci :

http://www.technibel.com/chiller-site/phrv.html

Merci Kipcool et A+

Merci pour votre éclaircissement kissagogo27

On a bien assimilé votre message et votre proposition très utile et purement pratique (Ce qui nous manque de plus), Nous voulons recourir à votre expérience pratique qui est importante apparemment !!

Merci et la prochaine kissagogo27.

Bonjour oksaux,

Franchement vous êtes une agréable pédagogique, merci pour tous ce que vous avez fais pour ce refroidisseur, spécialement pour votre explication concernant les thermostats à hystérésis (qui nous évitera d’utiliser un liquide antigel, n’est ce pas ?) et aussi pour le site que vous nous avez donné, c’est super et très claire pour des débutant dans le domaine du froid Indus.

Donc, jusqu’ici, on adoptera les idées d’oksaux et Kipcool, pour donner la configuration primaire en attendant vos suggestions et propositions à fin d’améliorer la conception de ce refroidisseur :

Circuit frigorifique :

1. Un compresseur hermétique de 3KW à 10°C (eau) et 32°C (ambiante).
2. Un condenseur à air avec ventilateur (Il nous reste son dimensionnement).
3. Un évaporateur en cuivre Immergé dans une cuve inox de volume 40l.
4. Un filtre déshydrateur (Si on trouvera un Evaporateur Déshydrateur comme nous dit oksaux nous allons remplacer l’ensemble de deux par le seul « bi-fonctionnaire » d’après ce qu’on a compris !?!?)
5. Un détendeur thermostatique (Il nous reste à déterminer ce qui va mieux pour notre cas à égalisation de pression interne ou à égalisation de pression externe).
6. Un réservoir de liquide (Il nous reste son dimensionnement).
7. Une bouteille anti-coup de fluide (Il nous reste son dimensionnement).
8. Un pressostat HP pour la sécurité.
9. Un by-pass 2 voies avec manomètres, ça nous servira pour garder devant les yeux les pressions de deux circuits HP et BP avec la possibilité de réglage manuelle apparemment. (Ici, nous attendons vos avis, est ce que c’est superflus ou ce n’est pas mal de les mettre ? ).
10. Clapets anti-retour (Merci de nous conseiller où vraiment seront indispensables le long du circuit frigorifique ).

Circuit hydraulique :

1. Une cuve en inox de volume 40 l.
2. Une vanne de vidange manuelle.
3. Une Pompe de circulation d’eau (Il nous reste son dimensionnement).
4. Un by-pass avec débitmètre, pour la régulation de débit.
5. Une régulation de température d’eau par thermostat à hystérésis (comme nous conseil oksaux et clemmaster).
6. Un dispositif pour la variation de la pression entre 2 et 4 bars « exigence de demandeur », (jusqu’à maintenant on sait pas comment et par quoi ce fait cette variation en même temps que la variation de débit ???).
7. Un agitateur (Nous attendons vos conseil sur sa nécessité vu les dimensions de notre cuve « 40l »).
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Apparemment cette partie est incomplète, de toute façon !!, nous souhaitons accomplir le circuit frigorifique ainsi que son dimensionnement, puis on retournera au reste des circuits (hydraulique et ligne de régulation).

Nous attendons avec patience toutes vos remarques et suggestions, dans le cas où vous remarquez qu’il y a manque ou superflus d’un composant ou organe prière de nous faire le parvenir. Merci à tout le MONDE de ce génial. forum.

Bonjour Clemmaster,

Vous êtes plus qu’un professionnel , et vous parlez trop fort scientifiquement , sincèrement c’est magnifique ce forum, on a commencés à sentir qu’on réussira vraiment ce PFE grâce a vos aides très précieuse .

On vous merci Clemmaster pour vos réponse et demande d’informations, mais franchement il est 01h30 et on ne peut plus supportés, surtout avec vos questions purement scientifiques.

Nous espérons qu’après notre réponse demain, vous trouverez un peu de temps pour nous répondre .

Merci, Merci et Merci Clemmaster, oksaux, kipcool et kissagogo27.

Re-bonjour Clemmaster ;

Toutes vos questions sont méthodiques et très logiques, BRAVO ;

-Concernant l’application, c’est un refroidisseur demander par un client chez le Bureau d’Etudes où on passe actuellement notre PFE, d’après notre encadreur, ce refroidisseur servira pour un banc de rayon X dans le laboratoire du client, en fait l’eau refroidie dans l’évaporateur devra circulée à l’aide d’une pompe à travers les composants chauffants (Dispositifs de rayon X) et reviens de nouveau dans l’évaporateur (Cuve en Inox de 40l).

-Pour le type de compresseur, dans le cahier des charges, il n’est inscrit que « Compresseur hermétique de Pfrigorifique=3KW à 10°C (eau) et 32°C (ambiante) », mais de notre part, on a cherché un sur internet et on a compris le fonctionnement des compresseurs à piston, pour ceci, qu’on préfère que notre compresseur sera à piston, en fait il n’est pas compliqué de mettre en route (Raccordements, branchement et commande), sinon, pour les scroll on a aucune idée, peut être qu’il est plus compliqué, ou il exige d’autre composants pour l’installation, son huile est t il interne et ne demande aucune précaution de notre part ? Bon, de toute façon, vous êtes un professionnel et on adoptera ce que vous allez nous proposer et ce que nous convient mieux vis-à-vis nous compétences très minimes.

-Pour les dimensions du compresseur, vous avez raisons et vous êtes tout à fait méthodologique, on choisira un ayant 3KW à -5°C (est ce que ce bien 2cv au langage des frigoriste ?).

-En ce qui concerne le condenseur, on ne sait pas comment le dimensionné, de toute façon d’après ce que vous nous proposez et d’après ce qu’on a remarqué chez quelques constructeurs de refroidisseurs que leurs puissances varie entre 1,3 et 1,7 fois la puissance de compresseur, Juste une question (il se peut que c’est banal pour vous), mais pour nous !!, C’est le rulezz ? (Ne vous rigolez pas eh ?? lol ).

-Pour les contraintes, la principale nouvelle contrainte (déclarée aujourd’hui par notre encadreur que la conception mécanique du refroidisseur doit tenir en compte de fait qu’il sera posé à l’extérieur de laboratoire du client donc, à l’abri de soleil, pluie, etc). De TOUTE façon ça ne pose pas de problème, en terme de conception mécanique on trouvera facilement les solutions pour protéger tout l’ensemble. (Philippe est fait pour ça ; lool). A part ça, pour les contraintes du coût, on n’est pas trop contraints, mais quand même notre encadreur ne sera pas satisfait ou au moins il ne sera pas contant si le refroidisseur sera plus cher que ceux existants sur le marché !!

-En fin on vous merci Clemmaster si vous pouvez nous assister pour le dimensionnement de l’évaporateur, le réservoir de liquide, la bouteille anti-coup de fluide, et si possible votre avis pour les composants au niveau de nos circuits primaire (Frigorifique et Hydraulique) cités dans le message plus haut.

Sincères Salutation à Tout le monde.

Votre problématique me fais assez penser a une tireuse à bière.
Si vous connaissez quelqu'un qui en a une, jetez y un coup d'oeil, car c'est assez proche de ce que vous voulez réaliser (bac en inox, circuit sous pression à refroidir...)

Bon la je n'ai pas trouvé de photos mais je re-chercherais plus tard.

Donc ca s'apparente à ce qu'on appelle nous, sur le forum, (dans notre "domaine") un waterchiller, ni plus ni moins. Le serpentin se détermine en fonction du flux thermique apporté par l'eau. Je ne connais pas de suite les calculs pour déterminer le meilleur rapport longueur/diamètre du tube qui satisfait aux conditions, peut-être que Rosco a déjà une idée là-dessus? 3kw @ 15 CTD faudrait déjà une bonne longueur de tube j'imagine, une bonne vingtaine de mètre un truc du genre?



Votre cahier des charges il est très basique, il faut demander bien plus de précisions. D'après ce que j'ai compris l'eau devra osciller entre 10 et 25°C, la température ambiante sera au maximum de 32°C (valeur utile pour déterminer la puissance frigorifique et le coefficient de performance du système (ce qu'on appelle rendement par abus de langage)). Le fonctionnement à votre niveau vous vous en foutez, ce que vous voulez c'est un compresseur capable de fournir 3kw à 0°C et résister au contraintes extérieurs, ainsi que s'adapter au système (en terme de type de connection par exemple). Un rotatif ou un piston remplissent les mêmes contraintes, que ce soit au niveau des contraintes extérieurs, qu'au niveau de type de connections (à braser, les diamètres sont équivalents pour s'adapter au circuit), c'est juste une question de coût et de nuisances sonores. Le compresseur ce n'est qu'une pompe qui travaille avec du gaz . Au niveau des branchement tout est donné dans la notice du compresseur, mais tous deux fonctionnent sur le même réseau électrique (115 ou 220v monophasé à 50 ou 60hz en fonction des régions, mais également du triphasé si besoin, quoique pour ces puissances vous verrez surement plus de monophasés). Au niveau des composants c'est exactement la même chose, les 2 ont des embouts en cuivre à braser, à partir de là tu peux très bien remplacer un piston par un rotatif équivalent (c'est une question d'encombrement et de prix) du moment qu'il soit adapté au gaz. Comme l'a dit kissa, ce qui rend un compresseur compatible avec un gaz, c'est l'huile qu'il contient. Si ton compresseur est prévu pour fonctionner avec l'un des gaz suivant : R407c/R404a/R507c/R410a/R134a, il sera capable de fonctionner avec tous les autres gaz de la liste (ca dépend du type de gaz, CFC, HCFC, HFC, HC etc.) Il faut regarder en fait quel type d'huile le compresseur contient, par exemple POE, alors vous pourrez remplir avec n'importe quel gaz qui est compatible avec de la POE (les gaz cités). Le scroll oubliez, c'est trop cher

Et je ne suis pas un professionnel, je suis encore étudiant



Non, on ne choisit pas un compresseur par sa simple puissance absorbée, par exemple le modèle que je vous ai cité n'est "qu'un" 1-1/2cv et suffit quand même. Il faut prendre du MBP vu la température d'évaporation (0°C voir -5°C) capable de tenir 3kw à -5°C à une certaine température de condensation (45°C pour le R404a) et ensuite vous adaptez le reste du système (condenseur notament).



En regle général, pour une température d'évaporation de -5°C ~ 0°C, le COP (coefficient de performance) du compresseur est aux alentour de 2~2.5. Ce qui veut dire que pour une puissance frigorifique de 3kw, dans le cas d'un COP à 2, le travail à fournir par le compresseur est 3/2 = 1.5kw. Si on néglige les pertes de chaleur par conduction dans la cloche du compresseur, on aura donc à évacuer 3+1.5=4.5kw dans le condenseur. Ca correspond ici au flux thermique à travers le condenseur.

Ensuite un condenseur est identifié par sa puissance, c'est à dire le flux thermique qu'il est capable d'extraire du réfrigérant et donc de transmettre au milieu extérieur. Cette puissance est donnée pour un certain deltaT (CTD), de 15K en général. Ce qui signifie que si le mélange gaz+liquide qui circule est à 15K au dessus de la température ambiante, alors 4.5kw en sera extrait (c'est ce qu'on souhaite nous). Donc il faut fixer la température de condensation à Tamb + 15k = 47°C dans votre cas. 4.5kw correspond au pire des cas (sans perte de chaleur au travers de la cloche du compresseur), donc on peut dire qu'un condenseur donné pour 4.5kw sera largement suffisant et conduira à une température de condensation de moins de 45°C ce qui correspond aux données du compresseur. C'est une démarche assez simple, mais au final les industriels s'embettent pas à calculer le truc, ils ont la puissance frigo, le COP du compresseur et avec une petite marge ils déterminent le condenseur comme ca.

Voila

Non pas trop d'idées là...

Faudrait avoir les coeff de convection ca doit être vraiment galere à calculer vu qu'il y a changement de phase donc vitesse non constante et tout

Bah oui, donc je m'abstiens
Avec le coeff ça prend 2 secondes à trouver la longueur, mais j'ai pas d'ordre de grandeur sous la main là...

un peu à la louche et un coeff de securité de 5 et ça donne 100m de serpentin

100m de? Précise les calculs ca pourrait être intéressant.

Enfin c'est énorme mais bon