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Les principes de base de la réfrigération

Un refroidisseur est simplement un appareil qui sert à évacuer la chaleur de quelque chose. À des fins industrielles, les refroidisseurs peuvent être considérés comme un composant d'un système mécanique complexe utilisé pour éliminer la chaleur d'un processus ou d'une substance.

Pour vraiment comprendre ce qu'est un refroidisseur, une connaissance fondamentale des principes de base de la réfrigération est nécessaire. Avant d'entrer dans les principes fondamentaux de la réfrigération, il convient d'examiner quelques définitions de base.

Quelques définitions

La chaleur

La chaleur est une forme d'énergie transférée en vertu d'une différence de température. La chaleur existe partout à un degré plus ou moins élevé. En tant que forme d'énergie, elle ne peut être ni générée ni anéantie, bien que d'autres formes d'énergie puissent être converties en chaleur, et vice versa. Il est important de se rappeler que l'énergie thermique ne circule que dans une seule direction : d'un objet, d'une substance ou d'une zone plus chaude à un objet ou une zone plus froide.

Le froid

Le froid est un terme relatif qui désigne le manque de chaleur dans un objet, une substance ou une zone. Une autre définition le décrit comme l'absence de chaleur, aucun processus n'a encore été conçu pour atteindre le « zéro absolu », l'état dans lequel toute la chaleur a été éliminée de tout objet, substance ou zone. Théoriquement, ce point zéro serait de 459,69 degrés sous zéro sur l'échelle du thermomètre Fahrenheit, ou 273,16 degrés sous zéro sur l'échelle du thermomètre Celsius.

Le processus de refroidissement

La réfrigération, ou processus de refroidissement, est l'élimination de la chaleur indésirable d'un objet, d'une substance ou d'un espace sélectionné et son transfert vers un autre objet, une autre substance ou un autre espace. L'élimination de la chaleur abaisse la température et peut se faire à l'aide de glace, de neige, d'eau glacée ou de réfrigération mécanique.
La réfrigération mécanique est l'utilisation de composants mécaniques disposés dans un « système de réfrigération » dans le but de transférer la chaleur.

Les réfrigérants

Ce sont des composés chimiques qui sont alternativement comprimés et condensés en un liquide et qui peuvent ensuite se transformer en vapeur ou en gaz au fur et à mesure qu'ils sont pompés dans le système de réfrigération mécanique pour y circuler.

Le principe de base

Le cycle de réfrigération est basé sur le principe physique connu depuis longtemps selon lequel un liquide qui se dilate dans un gaz extrait la chaleur de la substance ou de la zone environnante.

Vous pouvez tester ce principe en mouillant simplement votre doigt et en le tenant vers le haut. Il commence immédiatement à se sentir plus frais que les autres, surtout s'il est exposé à un mouvement d'air. C'est parce que le liquide dans lequel vous l'avez plongé s'évapore, et comme il s'évapore, il extrait la chaleur de la peau du doigt et de l'air autour de lui.

Les réfrigérants s'évaporent à des températures beaucoup plus basses que l'eau, ce qui leur permet d'extraire la chaleur à un rythme plus rapide que l'eau sur votre doigt.

Fonctionnement des systèmes de réfrigération

Les systèmes de réfrigération contiennent des gaz à haute pression, dont certains peuvent se décomposer en gaz toxiques lorsqu'ils sont chauffés. Les tensions utilisées sont mortelles. Si vous n'êtes pas sûr de vous, appelez un professionnel.

Composants fondamentaux du système de réfrigération:
Le système de réfrigération doit comporter 4 parties :
un condenseur, un évaporateur, un compresseur ,un dispositif d'expansion

Le circuit frigorifique

 

 

La fonction du cycle frigorifique est d'éliminer la chaleur indésirable d'un endroit et de l'évacuer dans un autre. Pour ce faire, le fluide frigorigène est pompé à travers un système de réfrigération fermé. Si le système n'était pas fermé, il utiliserait le réfrigérant en le dissipant dans le milieu environnant. Parce qu'il est fermé, le même réfrigérant est utilisé à maintes reprises au cours du cycle, ce qui enlève un peu de chaleur et le décharge. Le cycle fermé sert également à d'autres fins : il empêche le réfrigérant de se contaminer et contrôle son débit, car il s'agit d'un liquide dans certaines parties du cycle et d'un gaz ou d'une vapeur dans d'autres phases.

Comment fonctionne le système ?

En commençant par le compresseur, le gaz réfrigérant est comprimé à une pression plus élevée. Après avoir traversé le compresseur, il passe au condenseur. Le gaz à haute pression transfère sa chaleur à l'air ambiant et se condense. Il passe ensuite à travers le dispositif d'expansion, qui est une restriction séparant le côté haut du côté bas.

Après avoir traversé le dispositif d'expansion, la pression est réduite parce que le compresseur évacue le gaz de l'extrémité de l'évaporateur.

La température d'ébullition du réfrigérant est ainsi abaissée. La température plus basse absorbe la chaleur de l'air qui passe au-dessus de l'évaporateur et fait bouillir le liquide en un gaz. Le gaz passe ensuite dans le compresseur et le cycle se répète.

Crédit images : ABC clim

Faire du froid sans compresseur : comment est-ce possible ?

Le cycle d'absorption a été inventé en 1846 par Ferdinand Carré dans le but de produire de la glace avec apport de chaleur. Il est basé sur le principe que l'absorption de l'ammoniac dans l'eau entraîne une diminution de la pression de vapeur. Les cycles d'absorption produisent du refroidissement et/ou du chauffage avec un apport thermique et un apport électrique minimal, en utilisant des échangeurs de chaleur et de masse, des pompes et des vannes.

Le processus d'absorption

Un cycle d'absorption peut être considéré comme un cycle mécanique de compression de vapeur, le compresseur étant remplacé par un générateur, un absorbeur et une pompe à liquide. Le cycle d'absorption présente l'avantage d'exiger une fraction de l'apport électrique, en plus d'utiliser les substances naturelles ammoniac et eau, au lieu des halocarbures qui appauvrissent la couche d'ozone. Le cycle d'absorption a été largement utilisé à partir des années 1920 comme réfrigérateurs/glaceuses à gaz.

Comment cela fonctionne ?

Le fonctionnement de base d'un cycle d'absorption d'ammoniac-eau est le suivant. La chaleur est appliquée au générateur, qui contient une solution d'eau ammoniacale riche en ammoniac. La chaleur provoque la désorption de la solution par la vapeur d'ammoniac à haute pression. La chaleur peut provenir soit de la combustion d'un combustible comme le gaz naturel à combustion propre, soit de la chaleur résiduelle provenant de l'échappement du moteur, d'autres procédés industriels, de la chaleur solaire ou de toute autre source de chaleur. La vapeur d'ammoniac à haute pression s'écoule vers un condenseur, généralement refroidi par l'air extérieur. La vapeur d'ammoniac se condense en un liquide à haute pression, libérant de la chaleur qui peut être utilisée pour chauffer les produits, comme le chauffage des locaux.

Le refroidissement thermoélectrique

Dans le système de réfrigération thermoélectrique, l'effet Peltier est le phénomène de créer un flux de chaleur entre les jonctions de deux types de matériaux différents. Un radiateur à effet Peltier, un refroidisseur ou une thermopompe thermoélectrique est une thermopompe active à l'état solide qui convertit la chaleur d'un côté de l'appareil à l'autre, avec consommation d'électricité, d’énergie, en fonction de la direction du courant. Un tel instrument est aussi appelé dispositif Peltier, la chaleur Peltier.

Comment l'effet Peltier est-il utilisé ?

Le refroidissement thermoélectrique utilise l'effet Peltier pour créer un flux de chaleur entre les jonctions de deux types de matériaux différents. Ils peuvent être utilisés soit pour le chauffage, soit pour la climatisation, le refroidissement, bien qu'en pratique l'application principale soit le « refroidissement ». Il peut également être utilisé comme une source de chaleur ou de froid. Cette technologie est beaucoup moins couramment appliquée à la réfrigération que la réfrigération à compression de vapeur.

Quels sont les avantages et inconvénients ?
Les principaux avantages d'un refroidisseur Peltier sont l’absence de pièces mobiles ou de liquide circulant, sa durée de vie quasi illimitée et sa capacité à éviter les fuites, sa petite taille et sa forme flexible. Son principal inconvénient est son coût élevé et son faible rendement énergétique. De nombreux chercheurs et entreprises tentent de mettre au point des refroidisseurs Peltier qui sont à la fois bon marché et efficaces.

A propos de l’effet Peltier : Un refroidisseur Peltier peut également être utilisé comme générateur thermoélectrique. Lorsqu'il est utilisé comme refroidisseur, une tension est appliquée à travers l'appareil et, par conséquent, une différence de température s'accumule entre les deux côtés. Lorsqu'il est utilisé comme générateur, un côté de l'appareil est chauffé à une température supérieure à celle de l'autre côté et, par conséquent, une différence de tension s'accumule entre les deux côtés.

Son principe de fonctionnement

Un module thermoélectrique typique est composé de deux substances céramiques qui servent de base et d'isolant électrique pour les dés de Telluride au Bismuth de type P et de type N qui sont connectés électriquement en série et thermiquement en parallèle entre les céramiques. La céramique sert également d'isolant entre les éléments électriques internes des modules et un dissipateur thermique qui doit être en contact avec le côté chaud ainsi qu'un objet contre la surface du côté froid.

Des matériaux électriquement conducteurs, généralement des pastilles de cuivre fixées à la céramique, maintiennent les connexions électriques à l'intérieur du module. Le terme Couple est utilisé dans la plupart des modules comme nombre pair de dés de type P et de type N et un de chacun partageant une interconnexion électrique. Bien que les matériaux de type P et de type N soient des alliages de bismuth et de tellure, tous deux ont des densités d'électrons libres différentes à la même température.

La carence en électrons se trouve dans les dés de type P, tandis que le type N a un excès d'électrons. Au fur et à mesure que le courant monte et descend dans le module, il tente d’établir un nouvel équilibre à l'intérieur des matériaux. Le courant traite le matériau de type P comme une jonction chaude à refroidir et le matériau de type N comme une jonction froide à chauffer.

Le froid vinicole intervient à tous les stades de l'élaboration du vin, à la fois pour le maintien des températures mais également l'hygrométrie, la ventilation : des éléments essentiels pour l'élaboration d'un vin et sa qualité.

Meubles fermés et vitrines réfrigérées sont utilisés essentiellement dans le secteur de la restauration et de l’alimentaire. Ces meubles sont implantés dans le commerce de proximité (boutique, boulangerie boucherie, épicerie, supérette) et les grandes surfaces (hypermarché, supermarché,…)

Le groupe d'eau glacée est un système d'envergure utilisé pour la climatisation des espaces, le rafraîchissement des process industriels ou la conservation de produits.

Le froid industriel qu'est ce que c'est ? Cette activité qui regroupe toutes les technologies permettant de faire du froid à grande échelle pour l'industrie et par extension le domaine tertiaire et commercial, notamment alimentaire (grandes surfaces) ou agroalimentaire.

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FROID SUD ENERGIE

Froid Sud Energie, société basée à Montpellier, intervient sur toute la région 34 (Hérault) pour les particuliers ou les professionnels : vente, installation, dépannage entretien, ou maintenance.

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