Congélation : Procédé consistant à utiliser une source de basse température générée par la réfrigération pour refroidir un produit à partir de sa température normale, puis à le congeler.
Réfrigération : Procédé d'obtention d'une source de basse température par modification de l'état physique du fluide frigorigène, grâce à l'effet de refroidissement.
Types d'équipements frigorifiques : production de sources froides (réfrigération), congélation de matériaux, refroidissement.
Méthode de réfrigération : type à piston, type à vis, groupe de compression frigorifique centrifuge, groupe frigorifique à absorption, groupe frigorifique à jet de vapeur et azote liquide.
Méthode de congélation : dispositif de refroidissement par transfert de chaleur par contact avec un tube métallique, une paroi ou un matériau, refroidi par air, par immersion ou par fluide frigorigène.
application:
1. Transport de denrées alimentaires congelées, réfrigérées et congelées.
2. Refroidissement, réfrigération, entreposage climatisé et transport frigorifique des produits agricoles et alimentaires.
3. Transformation des aliments, comme la lyophilisation, la concentration par congélation et le refroidissement des matériaux.
4. Climatisation dans les usines de transformation alimentaire.
Principe du cycle frigorifique
Principaux composants : compresseur frigorifique, condenseur, détendeur, évaporateur.
Principe du cycle frigorifique : Le fluide frigorigène absorbe la chaleur et atteint son point d’ébullition à l’état liquide (basse température et basse pression), puis s’évapore en vapeur (basse température et basse pression). Sous l’action du compresseur, ce fluide se condense en un gaz à haute température et haute pression, puis se condense en un liquide à haute pression. Après passage dans le détendeur, ce liquide redevient un liquide à basse pression et basse température, absorbe de nouveau la chaleur et s’évapore, formant ainsi le cycle frigorifique du réfrigérateur.
Concepts et principes de base
Puissance frigorifique : Dans des conditions de fonctionnement données (température d’évaporation, de condensation et de sous-refroidissement du fluide frigorigène), la puissance frigorifique correspond à la quantité de chaleur extraite du corps congelé par unité de temps. Elle est également appelée capacité de refroidissement du fluide frigorigène. À conditions égales, la puissance frigorifique d’un même fluide frigorigène dépend de la taille, de la vitesse et du rendement du compresseur.
Réfrigération directe : Dans le cycle frigorifique, si le fluide frigorigène absorbe de la chaleur, l’évaporateur échange directement cette chaleur avec l’objet à refroidir ou avec l’environnement qui l’entoure. Ce système est généralement utilisé dans les équipements frigorifiques individuels nécessitant un refroidissement industriel, tels que les congélateurs à crème glacée, les petites chambres froides et les réfrigérateurs domestiques.
Fluide frigorigène : substance circulant en continu dans l’appareil frigorifique pour produire du froid. Dans un appareil frigorifique à compression de vapeur, le transfert de chaleur s’effectue par changement d’état du fluide frigorigène. Ce dernier est indispensable à la réfrigération artificielle.
fluides frigorigènes couramment utilisés
Fluides frigorigènes couramment utilisés : air, eau, saumure et solution aqueuse organique.
Critères de sélection : point de congélation bas, capacité thermique massique élevée, absence de corrosion des métaux, stabilité chimique, prix bas et disponibilité facile.
Bien que l'air, utilisé comme fluide frigorigène, présente de nombreux avantages, il n'est employé qu'en contact direct avec les aliments lors des procédés de réfrigération ou de congélation, en raison de sa faible capacité thermique massique et de son faible effet de transfert de chaleur par convection lorsqu'il est utilisé à l'état gazeux.
L'eau possède une capacité thermique massique élevée, mais un point de congélation élevé ; elle ne peut donc être utilisée comme fluide frigorigène que pour obtenir une puissance frigorifique supérieure à 0 °C. Pour obtenir une puissance frigorifique inférieure à 0 °C, on utilise de la saumure ou une solution organique.
Les solutions aqueuses de chlorure de sodium, de chlorure de calcium et de chlorure de magnésium sont communément appelées saumures congelées. La saumure congelée la plus utilisée dans l'industrie alimentaire est la solution aqueuse de chlorure de sodium. Parmi les fluides frigorigènes organiques, les deux plus représentatifs sont les solutions aqueuses d'éthylène glycol et de propylène glycol.
L'appareil principal de l'équipement de réfrigération à compression par piston
Fonction : Il sert à comprimer le fluide frigorigène pour effectuer un travail, obtenir de l'énergie, puis à le condenser et à le détendre pour former une source de froid capable d'absorber la chaleur.
Méthode de représentation du modèle : nombre de cylindres, type de réfrigérant utilisé, type d’agencement des cylindres et diamètre du cylindre.
Composition : Bloc-cylindres, cylindre, piston, bielle, vilebrequin, carter, soupapes d'admission et d'échappement, faux couvercle, etc.
Fonctionnement : Lorsque le piston remonte, la soupape d'aspiration s'ouvre et la vapeur de réfrigérant pénètre dans le cylindre par la partie supérieure du piston. Lorsque le piston remonte, la soupape d'aspiration se ferme et le réfrigérant contenu dans le cylindre est comprimé. Lorsque la pression atteint un certain niveau, la soupape d'échappement du faux couvercle s'ouvre, libérant ainsi la vapeur de réfrigérant du cylindre et l'injectant dans la conduite haute pression.
Caractéristiques : Structure simple, fabrication facile, grande adaptabilité, fonctionnement stable et entretien aisé.
condenseur
Fonction : échangeur de chaleur, qui condense la vapeur surchauffée du réfrigérant en liquide par refroidissement.
Type : calandre horizontale, calandre verticale, refroidissement par pulvérisation d'eau, refroidissement par évaporation, refroidissement par air
Fonctionnement : La vapeur de fluide frigorigène surchauffée pénètre dans le condenseur par la partie supérieure de l’enveloppe et entre en contact avec la surface froide du tube, puis se condense en un film liquide. Sous l’effet de la gravité, le condensat glisse le long de la paroi du tube et s’en détache.
L'évaporateur à pulvérisation d'eau se compose d'un réservoir de liquide, d'un tuyau de refroidissement et d'un réservoir de distribution d'eau.
Fonctionnement : L’eau de refroidissement pénètre dans le réservoir de distribution par le haut et circule jusqu’à la surface extérieure du tube enroulé. Une partie de l’eau s’évapore, tandis que le reste retombe dans le bassin. L’eau arrive par le bas du tube secondaire dissimulé, remonte le long du tube, se refroidit et se condense, puis s’écoule dans le réservoir de liquide.
détendeur
Fonction : réduire la pression du fluide frigorigène et contrôler son débit. Lorsque le fluide frigorigène liquide haute pression traverse le détendeur, la pression de condensation chute brutalement jusqu'à la pression d'évaporation. Simultanément, le fluide frigorigène liquide entre en ébullition, absorbe de la chaleur et sa température diminue.
Détendeur thermostatique : Il utilise le degré de surchauffe de la vapeur à la sortie de l'évaporateur pour réguler le débit de réfrigérant. En fonctionnement normal, la pression de soufflage de l'élément d'alimentation est égale à la somme de la pression du gaz sous la membrane et de la pression du ressort, et se situe à l'équilibre. Un apport insuffisant de réfrigérant provoque un retour de vapeur à la sortie de l'évaporateur, ce qui augmente le degré de surchauffe et la température du capteur. La membrane s'abaisse et l'ouverture de la vanne de sortie augmente jusqu'à ce que le débit de liquide soit égal au débit d'évaporation, puis la température du capteur remonte. Le détendeur thermostatique ajuste ainsi automatiquement son ouverture et le débit de liquide en fonction de la charge, garantissant une utilisation optimale de la surface de chauffe de l'évaporateur.
Évaporateur
Fonction : Le fluide frigorigène absorbe la chaleur du fluide de refroidissement.
Classification : Selon la nature du fluide de refroidissement, on distingue trois catégories.
1. Évaporateur pour le refroidissement de fluides frigorigènes liquides : par exemple, refroidisseur d’eau, refroidisseur de saumure, etc. Le fluide frigorigène absorbe la chaleur à l’extérieur du tube, et il circule à l’intérieur grâce à une pompe. Selon sa structure, il existe différents types : à tubes horizontaux, à tubes verticaux, à tubes spiralés et à serpentin.
2. Évaporateur pour le refroidissement de l'air : le fluide frigorigène s'évapore dans le tube, l'air s'écoule vers l'extérieur et ce flux d'air relève de la convection naturelle.
3. Évaporateur de contact pour le refroidissement de matériaux congelés : Le réfrigérant s'évapore d'un côté de la cloison de transfert de chaleur, et l'autre côté de la cloison est en contact direct avec le matériau refroidi ou congelé.
Caractéristiques : bon transfert de chaleur, structure simple, faible encombrement et moindre corrosivité pour les équipements grâce au système de circulation de réfrigérant étanche.
Inconvénient : En cas de dysfonctionnement de la pompe à saumure, un gel peut se produire, entraînant la rupture du faisceau tubulaire.
tuyau de refroidissement
Tuyau de refroidissement vertical
Avantages : Une fois le fluide frigorigène vaporisé, il est facile à évacuer et l'effet de transfert de chaleur est bon, mais lorsque le tuyau d'échappement est haut, la température d'évaporation du fluide frigorigène inférieur est élevée en raison de la pression statique de la colonne de liquide.
Tuyau mural à spirale simple rangée :
Avantages : La quantité de réfrigérant introduite est faible, environ 50 % du volume du tuyau d'échappement, mais le réfrigérant ne sera pas rapidement évacué du tuyau après vaporisation, ce qui réduit l'effet de transfert de chaleur.
Tube déformé :
Avantages : grande surface de dissipation de chaleur.
Dispositifs auxiliaires pour équipements frigorifiques à compression de piston
séparateur d'huile
Fonction : Il sert à séparer l'huile lubrifiante entraînée dans le liquide et le gaz comprimés afin d'empêcher l'huile lubrifiante de pénétrer dans le condenseur et de détériorer les conditions de transfert de chaleur.
Principe de fonctionnement : En jouant sur les proportions entre les gouttelettes d’huile et la vapeur de fluide frigorigène, le débit est réduit par augmentation du diamètre de la conduite, et le sens d’écoulement du fluide frigorigène est modifié ; ou bien, par la force centrifuge, les gouttelettes d’huile se condensent à la température de la vapeur. Pour l’huile lubrifiante à l’état de vapeur, la température de la vapeur est abaissée par lavage ou refroidissement, ce qui provoque sa condensation en gouttelettes d’huile et sa séparation. Le séparateur d’huile à filtre est réfrigéré au fréon.
Le rôle du collecteur d'huile est de recueillir le mélange de fluide frigorigène et d'huile provenant du séparateur d'huile, du condenseur et d'autres appareils du système frigorifique, puis de séparer l'huile du fluide frigorigène sous basse pression et de l'évacuer séparément. Ceci permet de garantir la sécurité de l'évacuation de l'huile et de limiter les pertes de fluide frigorigène.
Le rôle du réservoir de liquide est de stocker et de réguler la quantité de fluide frigorigène liquide alimentant chaque partie du système frigorifique, afin de garantir le bon fonctionnement et la sécurité de l'alimentation en fluide des équipements. L'accumulateur de liquide se compose d'un réservoir haute pression, d'un réservoir basse pression, d'un réservoir de récupération des condensats et d'un réservoir de stockage pour le circuit de circulation.
Fonction du séparateur gaz-liquide : séparer le fluide frigorigène de l’évaporateur pour empêcher le fluide frigorigène liquide de pénétrer dans le compresseur et de heurter le cylindre ; séparer la vapeur inefficace présente dans l’ammoniac liquide basse pression après détente afin d’améliorer l’effet de transfert de chaleur de l’évaporateur.
Rôle du séparateur d'air : séparer et évacuer les gaz incondensables du système afin d'assurer le fonctionnement normal du système de réfrigération.
Rôle du refroidisseur intermédiaire : installé dans un système de réfrigération à compression à deux étages (ou à plusieurs étages), il sert à refroidir le gaz surchauffé issu de la compression basse pression pour assurer le refroidissement intermédiaire et le bon fonctionnement du compresseur haute pression ; l’huile de lubrification et le fluide frigorigène entraînés permettent à ce dernier d’atteindre un sous-refroidissement plus important.
chambres froides
Classification:
Entrepôts frigorifiques à grande échelle (plus de 5000 t) ; entrepôts frigorifiques de taille moyenne (1500 ~ 5000 t) ; petits entrepôts frigorifiques (moins de 1500 t).
Conformément aux exigences d'utilisation :
Entreposage frigorifique à haute température : principalement destiné à réfrigérer les fruits, les légumes, les œufs frais et autres aliments, la température de stockage générale est de 4 ~ -2 ℃ ;
Entreposage frigorifique à basse température : principalement pour la congélation de la viande, des produits aquatiques, etc., la température de stockage générale est de -18 à -30 ℃ ;
Entrepôt climatisé : stockage de riz, nouilles, plantes médicinales, vin, etc. dans des conditions de température normales, la température générale de l'entrepôt étant de 10 à 15 °C.
Équipement de surgélation rapide : Il convient à la surgélation de matières premières conditionnées ou non, telles que des blocs, des tranches et des granulés, pour la fabrication de divers produits surgelés, comme le bétail, les produits aquatiques, les légumes et les raviolis. Température de congélation : -30 à 40 °C.
Congélateur rapide de type caisson : Ce caisson est constitué de plusieurs plaques plates mobiles séparées par des compartiments et recouvertes d’un matériau isolant thermique. Des serpentins d’évaporation sont installés entre ces compartiments. De la saumure peut être versée entre les tubes, et le fluide frigorigène circule à travers ces serpentins. Les produits à surgeler sont placés entre les plaques, et le déplacement de ces dernières permet de comprimer les produits pour la congélation.
Machine de surgélation rapide de type tunnel : Elle se compose d’un corps de tunnel, d’un évaporateur, d’un ventilateur et d’un support ou d’un filet de transmission en acier inoxydable. Le matériau passe d’abord sur un premier tapis à mailles, à vitesse plus élevée, où la couche est plus fine, permettant ainsi une congélation superficielle. Le second tapis à mailles, à vitesse plus lente et où la couche est plus épaisse, congèle l’ensemble du matériau pour obtenir un produit surgelé monocristallin.
Congélateur à immersion : Le produit à surgeler est mis en contact direct avec un gaz ou un liquide frigorigène à très basse température pour obtenir une surgélation rapide. Il passe successivement par une zone de pré-refroidissement, une zone de congélation et une zone d'homogénéisation de la température. L'azote liquide est stocké à l'extérieur du tunnel et introduit dans la zone de congélation sous pression pour la congélation par pulvérisation ou par immersion. L'azote ainsi formé, après absorption de chaleur par l'azote liquide, est encore à très basse température (-10 à -5 °C) et est propulsé dans le tunnel par un ventilateur. La section précédente est pré-congelée. Dans la zone de congélation, les aliments sont congelés rapidement par contact avec l'azote liquide à -200 °C.
Équipements de réfrigération et de climatisation
Réfrigération en atmosphère contrôlée : combinant la réfrigération et le stockage en atmosphère contrôlée, en contrôlant la température de stockage et la composition gazeuse, la teneur en oxygène et en dioxyde de carbone dans l’entrepôt est principalement utilisée pour le stockage des fruits et légumes, permettant ainsi d’obtenir un bon résultat de conservation.
Les pertes de produits entreposés sont faibles. Selon les statistiques, le taux de perte des produits stockés en chambre froide est de 21,3 %, tandis que celui des produits entreposés en chambre froide climatisée est de 4,8 %.
Date de publication : 26 janvier 2022
