Georges VRINAT

Pour concevoir ou optimiser une machine friogirifique, il est nécessaire de bien comprendre le fonctionnement des composants essentiels des circuits frigorifiques à savoir : les compresseurs et les échangeurs. Les différents exercices proposés dans cet article ont pour but justement de maîtriser les calculs liés à ces dispositifs, comme par exemple l'étude d'un groupe refroidisseur d'eau glacée. De plus, l'évolution de la législation peut entraîner l'obsoléscence de certains produits utilisés (comme les fluides frigorigènes par exemple). Certains cas présentés détaillent ainsi les méthodes pour changer ou implémenter un fluide dans un groupe refroidisseur d'eau. Enfin, sont détaillés les principes de calculs des bilans frigorifiques afin d'évaluer les performance d'un système complet.

Les installations frigorifiques ont pour but de mettre ou de maintenir un système à une température inférieure à celle de l'environnement. Ces installations peuvent être de deux types : directe ou indirecte. La conception d'une machine frigorifique industrielle est basée à la fois sur l'objectif du système (refroidissement, congélation...), son bilan thermique, les conditions de chaleur du milieu et des considérations économiques. Dans cet article sont détaillés les refroidissements directs et indirects, en présentant les principes de base, les technologies en jeu ainsi que le dimensionnement des installations. Enfin, les étapes de montage et de mise en service sont également présentées, depuis les études préalables jusqu'à à la réception de la machine.

Les échangeurs thermiques constituent les interfaces entre le fluide frigorigène et les milieux extérieurs ; leur rôle est donc essentiel au sein des machines frigorifiques. Ils se démarquent également par leur diversité de formes, de tailles et d’applications. Les échangeurs thermiques ont connu, ces dernières décennies, des avancées technologiques remarquables initiées notamment par l'apparition de nouveaux frigorigènes aux spécificités particulières, l'amélioration technique des échanges de chaleur, et la mise au point de nouveaux profils de tubes et d’ailettes complexes. Actuellement, des logiciels vont même jusqu’à conduire les calculs fastidieux pour faciliter et optimiser le choix des échangeurs.

Les machines frigorifiques à compression mécanique de vapeur appartiennent à la famille des machines frigorifiques industrielles. Le froid commercial couvre les équipements des commerces, des grandes surfaces et les groupes embarqués ; le froid industriel comprend les entrepôts, la surgélation, la climatisation centralisée avec des puissances frigorifiques très supérieures à celle du froid commercial. La distinction est importante, et cet article traite uniquement du froid industriel, présente les caractéristiques de puissance, de température et les constituants (compresseur, évaporateur, échangeur) d’une installation. Est évoquée ensuite toute la problématique d’une approche de développement durable de ces machines frigorifiques.

leurs débuts, les compresseurs frigorifiques étaient de lourds moteurs à vapeur monocylindriques horizontaux. Au cours des décennies, les constructeurs les ont perfectionnés, allégés et adaptés aux fluides frigorigènes disponibles. Sont apparus alors les compresseurs hélicoïdes et à spirales. Ces machines, dont le rendement ne cesse de croître, demeurent actuellement le moyen le plus sûr et le plus simple pour produire du froid dans les meilleures conditions techniques et économiques. Cet article détaille les principaux types de compresseurs utilisés actuellement dans les circuits frigorifiques, leurs spécificités, ainsi que leurs principales applications.