Dans les environnements industriels exigeant des températures inférieures au point de congélation, la compression conventionnelle à un seul étage s'avère souvent inadéquate. Cet article explore les concepts clés de l'ingénierie thermique, de la technologie de base de la compression à deux étages aux paramètres de propriétés thermiques affectant le transfert de chaleur, ainsi que les mesures de protection électrique essentielles qui garantissent le fonctionnement sûr des équipements.

Lorsque des températures d'évaporation extrêmement basses sont requises, les systèmes à un seul compresseur rencontrent des défis importants en raison de rapports de compression excessifs, ce qui entraîne une réduction drastique de l'efficacité. La technologie de compression à deux étages résout ce problème en utilisant deux compresseurs fonctionnant en série. Le premier compresseur augmente la pression du réfrigérant de la pression d'évaporation à la pression intermédiaire, tandis que le second le comprime davantage jusqu'à la pression de condensation.

Cette approche en plusieurs étapes réduit efficacement le rapport de compression à chaque étape, améliorant considérablement l'efficacité globale de la réfrigération. Une autre configuration intègre les deux étages de compression dans une seule unité de compresseur. La compression à deux étages est devenue essentielle pour les applications de surgélation et autres procédés industriels exigeant des températures ultra-basses.

Une compréhension précise des propriétés thermiques est cruciale en ingénierie thermique, car elles ont un impact direct sur l'efficacité du transfert de chaleur. Les paramètres clés comprennent :

• Coefficient global de transfert de chaleur (valeur K) : Cette mesure critique évalue la performance thermique d'une surface, représentant le transfert de chaleur par unité de surface et de différence de température. Des valeurs K plus faibles indiquent une meilleure isolation. Calculé comme K = 1/(F × W), où F est la surface et W est la résistance thermique.
• Résistance thermique (W) : L'inverse de la valeur K, représentant la résistance d'un matériau au flux de chaleur. Des valeurs plus élevées indiquent une meilleure isolation.
• Coefficient de transfert de chaleur (α) : Mesure l'efficacité de l'échange de chaleur entre les fluides et les surfaces solides, avec différents coefficients pour la convection, la condensation et le transfert de chaleur par ébullition.
• Conductivité thermique (λ) : Quantifie la capacité interne d'un matériau à transférer la chaleur, des valeurs plus élevées indiquant une meilleure conductivité. Généralement mesurée en W/m·K.

La charge thermique représente l'énergie thermique qui doit être retirée (pour le refroidissement) ou ajoutée (pour le chauffage) pour maintenir les températures souhaitées dans un espace ou un objet. Ce paramètre est fondamental pour la conception et la sélection des systèmes de climatisation, de réfrigération et de congélation.

Les méthodes de calcul vont de l'analyse détaillée aux estimations simplifiées. Pour les bureaux, les charges de refroidissement typiques varient de 0,128 à 0,174 kW/m² (110 à 150 kcal/m²h), tandis que les besoins en chauffage avoisinent 0,058 kW/m³ (50 kcal/m³h) du volume de la pièce.

La chaleur quantifie l'énergie cinétique du mouvement moléculaire. Le joule (J) sert d'unité SI, bien que la calorie (cal) reste historiquement significative, définie comme l'énergie nécessaire pour élever 1 gramme d'eau de 1°C (1 cal = 4,18605 J).

Une protection électrique fiable est essentielle pour les systèmes thermiques. Deux composants clés comprennent :

• Filtres de bruit : Dans les systèmes à variateur de fréquence, ces composants suppriment les interférences électromagnétiques des onduleurs, empêchant les perturbations des équipements et améliorant la fiabilité du signal.
• Disjoncteurs (NFB) : Servant d'interrupteurs d'alimentation principaux, ces dispositifs interrompent les circuits en cas de surintensité (dépassant 125 à 200 % de la valeur nominale) ou de court-circuit, évitant ainsi d'endommager l'équipement.