D’autres domaines d’application nécessitant l’utilisation de systèmes de réfrigération sont l’aérospatiale, la supraconductivité ou la cryogénie. Ci-dessous, de manière schématique, Inditer explique dans cet article le fonctionnement du cycle de réfrigération industrielle.
La réfrigération industrielle | Inditer
La réfrigération industrielle est l’un des piliers majeurs de notre société. Grâce à la production de froid, c’est-à-dire au processus consistant à abaisser ou à maintenir la température d’un produit ou d’un espace, il est possible de transporter et de conserver des produits périssables, ainsi que de réaliser une multitude de processus industriels fondamentaux pour notre quotidien.
Chez Inditer, nous travaillons chaque jour sur les composants principaux du cycle de réfrigération, grâce à leur fabrication dans une large gamme de produits afin de toujours s’adapter aux besoins du client. Parmi ces produits figurent l’Évaporateur, le Condenseur et le Gas cooler, nous plaçant à la pointe de la technologie afin d’améliorer le rendement et, par conséquent, l’efficacité des installations industrielles de réfrigération.
Où peut-on trouver ces systèmes de réfrigération industrielle ?
La réfrigération industrielle est présente dans différents domaines d’application :
- Industrie alimentaire : Tâches de conservation des aliments, maturation des produits (fruits), transformation des plats cuisinés, industries de la viande, produits laitiers… Il convient de souligner qu’on estime actuellement que 70 % des aliments sont réfrigérés ou congelés, ce qui illustre l’importance du froid industriel dans notre vie quotidienne.
- Transport et distribution alimentaire : Il est fondamental de ne pas rompre la chaîne du froid pour préserver les caractéristiques des produits réfrigérés.
- Médecine et santé : C’est d’une importance vitale dans de nombreux processus sanitaires. À titre d’exemple, la conservation des vaccins entre 2 °C et 8 °C est nécessaire pour leur bon usage.
- Industrie chimique : Dans ce secteur, des gaz sous pression à des températures spécifiques sont souvent nécessaires pour la fabrication de produits organiques, inorganiques, de pigments, de plastiques, de fibres et de produits chimiques. Dans l’industrie pétrolière, le froid est également utilisé dans les systèmes de contrôle de la pression de vapeur ou pour modifier les rapports de solubilité.
- Production d’énergie : Parfois, la production d’énergie électrique se fait par le biais d’équipements à combustion interne nécessitant des systèmes de réfrigération spécifiques.
- D’autres domaines d’application nécessitant l’utilisation de systèmes de réfrigération sont l’aérospatiale, la supraconductivité ou la cryogénie.
Ci-dessous, de manière schématique, Inditer explique dans cet article le fonctionnement du cycle de réfrigération industrielle.
Qu’est-ce que le cycle de réfrigération industrielle ?
Le cycle de réfrigération consiste, grâce à un ensemble d’éléments, à absorber la chaleur du milieu que l’on souhaite refroidir et à transférer ensuite cette chaleur vers l’environnement par la circulation d’un fluide frigorigène, générée par un travail. Ce fluide frigorigène possède des caractéristiques spécifiques selon celui qui est sélectionné, ce qui lui confère des qualités plus ou moins avantageuses lors de la transmission d’énergie dans certaines conditions de pression et de température. Il est important d’être conscient de ses limites ainsi que de son influence sur l’environnement, en respectant toujours le Décret Royal 552/2019, « Règlement de sécurité pour les installations frigorifiques et ses instructions techniques complémentaires ».
Les composants du cycle de réfrigération de base, expliqués dans la section suivante, font référence aux équipements par compression (> 99 % actuellement, en raison du rendement et de la plage d’application) ; le 1 % restant est constitué d’équipements par absorption, généralement eau – bromure de lithium, ou air.
Composants du cycle de réfrigération industrielle
Les éléments de base du cycle de réfrigération sont les suivants :
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Le compresseur
Sa fonction est de comprimer les gaz provenant de l’évaporateur, augmentant ainsi leur pression et donc leur température. À la sortie du compresseur, nous serons à une pression élevée et à une température supérieure à celle de la source chaude, nous serons donc en mesure d’entrer dans le condenseur. Le travail effectué par le compresseur pénalisera la consommation d’énergie, son dimensionnement et son contrôle étant des paramètres fondamentaux pour le rendement total de l’installation.
Il existe différents types de compresseurs, les plus courants en réfrigération étant les compresseurs à déplacement positif, en particulier les compresseurs à piston pour les puissances faibles à moyennes et les compresseurs à vis pour les puissances moyennes à élevées.
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Le condenseur
C’est l’élément chargé de dissiper la puissance calorifique absorbée dans l’évaporateur et la puissance de compression du compresseur. Il existe différents types de condenseurs, notamment :
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- Tours de refroidissement (systèmes ouverts et fermés)
- Condenseur évaporatif
- Aérocondenseur sec
- Gas Cooler, dans le cas du CO2 comme réfrigérant, en régime transcritique
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Le détendeur
Sa fonction est de générer une chute de pression entre le condenseur et l’évaporateur. Seul du liquide peut arriver au détendeur, il est donc courant de trouver un réservoir de liquide à la sortie du condenseur pour s’assurer qu’il n’y a pas de présence de gaz à l’entrée dudit détendeur.
Actuellement, les détendeurs les plus courants en réfrigération commerciale et industrielle sont les modèles thermostatiques et électroniques ; grâce à eux, nous sommes capables de contrôler le débit de réfrigérant qui arrivera à l’évaporateur, et donc, de contrôler les conditions de notre système. Ce contrôle, dans le cas d’une expansion sèche, repose sur des sondes de température et de pression qui régulent la surchauffe à la sortie de l’évaporateur, évitant ainsi l’entrée dangereuse de liquide dans l’aspiration du compresseur.
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L’évaporateur
C’est l’élément chargé d’absorber l’énergie thermique du milieu à refroidir, en profitant du changement d’état (de liquide à gaz), la chaleur latente. Il s’agit généralement d’échangeurs à tubes et ailettes avec ventilation forcée. Il existe de nombreuses structures en fonction de leur application, les plus courantes étant :
- Évaporateur cubique
- Évaporateur double flux ou plafonnier
- Évaporateur à profil bas
- Évaporateur mural
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Éléments auxiliaires
Il convient de souligner qu’au-delà de ces éléments de base qui apparaissent toujours dans tout système de réfrigération par compression, nous pouvons trouver de nombreux éléments auxiliaires, dont certains sont :
Vannes d’arrêt, de coupure et anti-retour, filtres déshydrateurs, voyant, réservoirs de liquide, séparateurs d’huile, siphons, éjecteurs, etc.
Fonctionnement du cycle de réfrigération industrielle
De manière très synthétisée, le fonctionnement du cycle de réfrigération industrielle est le suivant :
Le fluide frigorigène est aspiré par le compresseur jusqu’à la pression de condensation ; dans ce processus, sa pression augmente et, avec elle, sa température au-dessus des conditions ambiantes. Pour que ce processus soit réalisable, une consommation électrique est nécessaire pour permettre cette compression mécanique.
Une fois que le réfrigérant se trouve à la haute pression, il passe dans le condenseur. Une différence de température est nécessaire entre la source chaude et la température d’évaporation. En fonction de cette différence, ainsi que des matériaux de l’échangeur, nous aurons un équipement d’une taille ou d’une autre. Dans le condenseur, le fluide passe de l’état gazeux à l’état liquide, dissipant cette chaleur vers l’extérieur.
Ce liquide à haute pression qui sort du condenseur entre dans le détendeur, qui est chargé, outre le contrôle du débit dans le système, de réduire la pression du réfrigérant par un étranglement jusqu’à la pression d’évaporation, également appelée basse pression.
Dans l’évaporateur, la chaleur du milieu à refroidir est absorbée en profitant de la chaleur latente existante lors du changement de phase, dans ce cas de liquide à gaz. Il est nécessaire, tout comme dans le condenseur, d’avoir un saut thermique entre la source froide et la température d’évaporation pour qu’il y ait transfert de chaleur.
Une fois que le réfrigérant sort, à l’état gazeux, de l’évaporateur, nous entrons à nouveau dans le compresseur, recommençant ainsi le cycle.
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