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Les bases
du froid et du conditionnement d'air |
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Les unités de mesure : La masse (kg): C’est la quantité de matière qui constitue un corps quel que soit l’endroit où l’on se trouve, la masse reste toujours la même. Le poids (Newton = N): C’est l’effort à fournir pour soulever un corps de masse m par exemple. Cet effort varie selon l’endroit où l’on se trouve (exemple : sur la Lune). La pesanteur (N/kg ou m/s²): C’est l’attraction terrestre sur les corps. Cette attraction est dirigée vers le centre de la terre quel que soit l’endroit où l’on se trouve à la surface de la terre. Elle est caractérisée par un coefficient g. Elle varie selon l’endroit pour une même altitude.
Elle varie selon l’altitude. p (N) = m(kg) . g(N/kg) La masse volumique (kg/m3): Dans des conditions précises de pression et de température, c’est la masse de l’unité de volume (m3) d’un corps solide, liquide ou gazeux. Symbole utilisé = r (ro) Le volume massique est l’inverse de la masse volumique. L’unité du volume massique est le m3/kg. La densité (pas d’unité): Dans les mêmes conditions de pression et de température, c’est le rapport de la masse volumique d’un corps sur la masse volumique d’un corps de référence. Densité = d = r /r ‘ - Pour les solides et les liquides,
le corps de référence est l’eau, - Pour les gaz, le corps de référence
est l’air, La force (Newton = N): C’est toute cause capable de modifier l’état de repos ou de mouvement d’un corps, de le déformer, ou de le maintenir en équilibre. Le newton est la force qui communique à une masse de 1kg une accélération de 1 m/s². Le travail (J = Joule): Une force produit un travail lorsqu’elle se déplace. Le joule correspond à un travail d’une force de 1 newton qui se déplace de 1m dans la direction de la force. L’énergie (W) : L’énergie est la capacité d’un corps à fournir un travail ou son équivalent. Il existe différents types d’énergie : - l’énergie mécanique Le symbole caractérisant l’énergie est W (à ne pas confondre avec le Watt, unité de puissance). Les différentes unités d’énergie sont présentées dans le tableau "unités d’énergies". La puissance (Watt = W): C’est l’énergie qu’absorbe une machine ou le travail qu’elle fournit par unité de temps. On a P = W/T Avec P en Watt W en Joule Les autres unités utilisées sont : - la kilocalorie/heure = 1,166 W Le rendement (sans d’unité): Rendement = h (éta) = énergie utile/énergie absorbée < 1 La pression (Pascal = Pa): La pression est l’action d’une force appliquée sur une surface, elle s’exprime par la relation suivante : p = F/S avec : F = force ou poids (en
N) p = pression (en Pa) L’unité de pression est donc le N/m² ou le Pascal (Pa). La définition de l’unité de pression qu’est le Pascal, est donc : Le Pascal représente l’action d’une force de 1 Newton, exercée sur une surface de 1 mètre carré. La notion de pression étant importante et particulière dans notre profession, nous y reviendrons dans un sous chapitre suivant (chapitre I - 9). TABLEAU DES UNITES
UNITES D’ENERGIE
La chaleur La chaleur est une forme d'énergie qui se caractérise par l'agitation moléculaire de la matière chauffée. Elle peut être produite en vue d'effectuer un travail.
La réfrigération On peut définir la réfrigération
de la façon suivante :"La réfrigération est
un procédé de transfert de la chaleur d'un endroit
où elle est indésirable vers un endroit où
elle ne gêne pas". Ces termes sont : - Réfrigération - Fahrenheit - Transmission de la chaleur - Conduction - Kilocalorie - Chaleur latente de vaporisation
ou de condensation - Changement d'état - bar ou kg/cm² effectif
, pression relative - Fluide frigorigène Le zéro absolu Le Zéro ABSOLU est donc un point théorique auquel il n'y a plus de chaleur dans la glace. Au dessus de ce point, la glace, l'eau liquide ou la vapeur d'eau contiennent de la chaleur. Ce Zéro ABSOLU constitue une limite inférieure de la température (qui n'existe pas dans l'univers), au dessous de laquelle on ne peut théoriquement descendre. Sa valeur déterminée par les savants a été trouvée légèrement au dessous de -273°C. Notion de température : La température caractérise
le niveau de chaleur d’un corps. La température ne permet
pas de mesurer la quantité de chaleur d’un corps. La température est la mesure de l'intensité de la chaleur. Dans le domaine de la réfrigération, elle est parfois mesurée en degrés Fahrenheit. L'échelle Celsius est cependant la seule légale. Le tableau suivant donne quelques correspondances.
Correspondance entre les degrés Fahrenheit et Celsius : °C = 5/9 (°F - 32°) donc : °F = (9/5 x °C) + 32 1°C d’élévation de température correspond à 1,8°F d’élévation de température. Deux unités de température font partie du système international : - a - Le degré Celsius ( °C ) Sur une échelle, le zéro est la température de la glace fondante et le point 100 la température de la vapeur d’eau bouillante sous la pression atmosphérique. - b - Le degré Kelvin ( K ) Sur cette échelle, le zéro
absolu correspond à -273°C. C’est la température la
plus basse que l’on puisse atteindre.
La transmission de la chaleur La chaleur se transmet toujours du corps le plus chaud vers le corps le plus froid, jusqu’à équilibre des températures. On dit aussi qu'elle "s'écoule" tout comme l'eau dans un écoulement entre deux points. En vue de l'application de la transmission de la chaleur à la production de froid, on distingue trois modes de transmission de la chaleur. - La conduction : Pour apporter de la chaleur à
l’eau, on met cette eau en contact avec une source plus chaude que
l’eau (plaque chauffante, réchaud à gaz, vapeur ...).
L’eau à 60°C cède sa chaleur à l’air de la pièce qui passe de 15°C à 20°c. L’eau refroidie à 40°C repart vers la chaudière pour être réchauffée à 60°C. L’air réchauffé à 20°C est remplacé par de l’air à 15°C, et le cycle recommence.... Pour retirer de la chaleur à
l’eau, on met cette eau en contact avec une source froide (air froid,
pain de glace ...). La pâte à 50°C cède sa chaleur à l’eau qui passe de 10 à 15°C. La pâte refroidie à 30°C est remplacée par de la pâte chaude à 50°C. L’eau repart vers l’installation frigorifique pour être refroidie à 10°C, et le cycle recommence... L'unité de quantité de chaleur adopté en France est la kilocalorie. Elle est définie comme la quantité de chaleur nécessaire pour élever de 1°C la température de 1 kilogramme d'eau. L'unité Anglaise de quantité
de chaleur est la British Thermal Unit : B.T.U. Donc 1 BTU = 0,453 x (100/180) = 0,252 kcal La quantité de chaleur nécessaire pour élever de 1°C la température de l'unité de masse d'une substance autre que l'eau, varie en fonction de la substance. Voici données à titre d'exemple quelques valeurs en kilocalories, correspondant à l'élévation de la température de 1°C des masses unitaires de diverses substances. Ces différentes quantités ont reçu l'appellation de chaleur spécifique. La chaleur spécifique d'une substance est par définition la quantité de chaleur qu'il faut fournir à 1 kg de ce corps pour élever sa température de 1°C, sans modifier son état physique.
L'unité de puissance frigorifique encore trop souvent utilisée par la profession, est une mesure anglo-saxonne, la "TON of réfrigération". Il s'agit d'une désignation arbitraire dont l'origine remonte au temps où le froid était encore produit à partir de glace naturelle. Une "TON" de glace représente 2000 livres soit 907 Kg et la "TON" de réfrigération correspond à la moyenne horaire de la quantité de chaleur libérée, par la fusion de 2000 livres de glace en 24 heures. Comme la chaleur de fusion de la glace est égale à 80 kcal/kg, la "TON" de réfrigération correspond dans le système métrique à : (907 x 80)/24 = 3024 kcal/h Le cheval frigorifique est souvent assimilé à la TON de réfrigération. C'est la puissance nécessaire pour fabriquer une TON de réfrigération donc 3024 Kcal/h, dans des conditions standard de fonctionnement. Mais attention certains compresseurs triphasés américain tournaient à 1800 t/m aux Etats-Unis sur le courant 60 Hz, et à 1500 t/mn en Europe sur le courant 50 Hz. La puissance frigorifique nominale américaine sera donc réduite de 20% Exemple : ou 3024 kcal/h x 0,8333 = 2519,99 kcal/h disons 2500 kcal ou Frigories.
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