Cours Froid Industriel 2013 Chambre Froide(Partie4)
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8/16/2019 Cours Froid Industriel 2013 Chambre Froide(Partie4)
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Charges
thermiques etdimensionnemen
t
Université Ibn Zohr
Ecole Nationale des SciencesAppliquées
Agadir
Pr. AZZABAKH Aniss
Département de Génie des Procédés, de l’Energie & del’Environnement
!me année C"cle #ngénieur G$P
Année universitaire : 2012 - 2013
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ann e
C"cle #ngénieurGP
I. Introduction. II. Espaces réfrigéré
III. Transmission de chaleur
IV. Charges thermiques
V. Logiciels
Plan :
ème
ann e
C"cle #ngénieurGP
PR. A. AA!A"#$ E%&A '(A)A'IR *C+,R& : -R+I' I%',&TRIEL */0*1*/023
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C"cle #ngénieurGP
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C"cle #ngénieurGP I. Introduction :
2C+,R& : -R+I' I%',&TRIEL */0*1*/023 PR. A. AA!A"#$ E%&A '(A)A'IR
Champsd’utilisati
on du%roid
Produits périssa'les Petites machines domestiques
Réfrigération Congélation Stockage Transport
Installations industrielles !ait" agrumes" #$
Climatisation %e &confort&
Climats industriels
-(asse température Super'conductivité Cr(ogénie )étallurgie *iomédicau+
!(ophilisation aussi en autres utilisations$ Utilisations cliniques
-Applications industrielles Industrie chimique Construction fabriqué$ Usines de glace Rail patinage
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C"cle #ngénieurGP
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C"cle #ngénieurGP II. Espaces réfrigérés :
4C+,R& : -R+I' I%',&TRIEL */0*1*/023 PR. A. AA!A"#$ E%&A '(A)A'IR
E5igences pour les espaces réfrigérés:
Isolation contre la transmission de la chaleur.
!arri6re de 7apeur contre l8humidité 9 scellage des oints.
Portes d8acc6s de dimensions adéquates$ ;AI& hermétiques.
Protection contre les sources de chaleur peintures$ re7
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C"cle #ngénieurGP II. Espaces réfrigérés :
=C+,R& : -R+I' I%',&TRIEL */0*1*/023 PR. A. AA!A"#$ E%&A '(A)A'IR
Isolation contre la transmission de chaleur:
,n >on isolant doit satisfaire certaines e5igences :
Résistance ma5imale au flu5 de chaleur ?
&ta>ilité : ne doit pas se pourrir ?
%e doit pas le ?
%e doit a>sor>er de l(humidité$ 7u qu(il peut perdre ses propriétés ?
'oit le ?
'e facile disposition.
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C"cle #ngénieurGP II. Espaces réfrigérés :
B C+,R& : -R+I' I%',&TRIEL */0*1*/023 PR. A. AA!A"#$ E%&A '(A)A'IR
!arri6re de 7apeur contre l(humidité:
La grande partie des isolants thermiques perdent leurs caractéristiques
isolantes par la présence d(humidité en son intérieur.
L(eau accumulée peut se coller sur l(isolant et faire que ce dernier perdra
une partie de ses propriétés 'éplacement de l(air3.
&i l(eau arri7e se congeler$ elle peut détruire les parois de l(espace
réfrigéré en se délattant.
Il est ha>ituel de sceller la paroi e5térieure$ laissant des oints dans la paroi intérieur pour é7acuer l(humidité$ qui se con7ertit en gi7re dans
l(é7aporateur.
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C"cle #ngénieurGP II. Espaces réfrigérés :
C+,R& : -R+I' I%',&TRIEL */0*1*/023 PR. A. AA!A"#$ E%&A '(A)A'IR
)’*+#D#-. SE C/NDENSE S# )A -EP.0A-+0ES+PE01#C#E))E ES- #N1.0#E+0E 2 CE))E DE )A
0/S.E DE 3EN-
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C"cle #ngénieurGP II. Espaces réfrigérés :
DC+,R& : -R+I' I%',&TRIEL */0*1*/023 PR. A. AA!A"#$ E%&A '(A)A'IR
Portes d(acc6s :
Elles de7raient assurer la continuité de l(isolant. Alors$ parfois$ leurs poids est e5cessi7es et nécessitent des sst6mes solides de fi5ation.
Autres cas$ comme les 7itrines e5positoires$ ne se doi7ent pas ternir
perdre leurs éclats3. Le 7erre est un mau7ais isolant$ de sorte que la solution passe par
plusieurs couches a7ec cham>re d(air$ nitrog6ne$ argon ou autres gaF
no>les.
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C"cle #ngénieurGP II. Espaces réfrigérés :
GC+,R& : -R+I' I%',&TRIEL */0*1*/023 PR. A. AA!A"#$ E%&A '(A)A'IR
Protection face au5 sources de chaleur :
Pour un sens commun pur$ les machines productrices de chaleur
ne doi7ent pas le$ é7iter l(emplacement a7ec l(e5térieur e5posé au
soleil ?
&i ce n(est pas possi>le$ pro7oquer des am>res$ peindre la surface
d(une couleur >lanche ou la re7
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C"cle #ngénieurGP III. Transmission de chaleur:
Pour la transmission de chaleur$ il est nécessaire une différence de
température T$ transmettant la chaleur de corps de grande température ceu5 de moins.
La thermodnamique étudie les processus de transfert d(énergie dans les
sst6mes en équili>re.
La transmission de chaleur compl6te les principes de la thermodnamique$de mani6re qu(elles puissent déterminer des aspects tels que :
Vitesse de transfert de chaleur ?
tats intermédiaires.
Les mécanismes de transmission de chaleur :
Conduction$ dans l(intérieur des corps ?
Con7ection$ entre solides et fluides ?
Radiation$ tra7ers d(un fluide$ ou le 7ide.0/C+,R& : -R+I' I%',&TRIEL */0*1*/023 PR. A. AA!A"#$ E%&A '(A)A'IR
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C"cle #ngénieurGP III. Transmission de chaleur:
Conducti7ité thermique J K 1m.MC N ta>les3 : c(est une fonction de la
température du matériau.
00C+,R& : -R+I' I%',&TRIEL */0*1*/023 PR. A. AA!A"#$ E%&A '(A)A'IR
Conduction 4 5 l’intérieur des corps
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C"cle #ngénieurGP III. Transmission de chaleur:
La résistance de conduction au paroi est donnée par :
0*C+,R& : -R+I' I%',&TRIEL */0*1*/023 PR. A. AA!A"#$ E%&A '(A)A'IR
Cas tpiques de conduction thermique J
,- Pour une paroi de conductivité thermique . /
0- Pour une paroi plane recouverte d1un isolant de conductivité .2 /
3- Pour 0 parois en parall4le de surfaces 5, et 50 de matériau+ différents" avec le
m6me épaisseur 7" et deu+ conductivités thermiques . , et . 0 différentes /
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C"cle #ngénieurGP III. Transmission de chaleur:
&oit RO la résistance thermique équi7alente des deu5 parois :
02C+,R& : -R+I' I%',&TRIEL */0*1*/023 PR. A. AA!A"#$ E%&A '(A)A'IR
La résistance de conduction de la conduite :
8- Pour une conduite c(lindrique de conductivité thermique . /
9- Tube c(lindrique entourée par une vaine de conductivité thermique .2 /
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C"cle #ngénieurGP
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C"cle #ngénieurGP III. Transmission de chaleur:
Le coefficient de transmission de chaleur solidefluide ou coefficient de
con7ection$ h K 1mQ.MC N 7arie en fonction de la géométrie du solide$ son
orientation$ la nature du fluide et le tpe de con7ection.
04C+,R& : -R+I' I%',&TRIEL */0*1*/023 PR. A. AA!A"#$ E%&A '(A)A'IR
Convection 4 entre solides et 6uides
* ;+'E& 'E C+%VECTI+% EI&TE%T :
-orcée : Le fluide est en mou7ement$une pompe$ un 7entilateur$ 7ent$courant d(eau$ $etc.$ h éle7é3
%aturel : Le fluide est en repos$ h >as3
* TSPE& 'E -L,I'E& :
)aF : ont un fai>le h
Liquides : posentun h éle7é
E7aporations et Condensations : h plus grand
èmeème
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C"cle #ngénieurGP
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C"cle #ngénieurGP III. Transmission de chaleur:
La transmission de chaleur pour une paroi ou une conduite entourée par
un fluide :
0=C+,R& : -R+I' I%',&TRIEL */0*1*/023 PR. A. AA!A"#$ E%&A '(A)A'IR
+n peut e5primer la chaleur transmise en fonction de la résistance de con7ection R c 3 entre
le solide et le fluide:
Entre une surface et un fluide$ pour augmenter la transmission de chaleur : Passer de con7ection naturelle con7ection forcée$
augmenter le coefficient h3
&i le fluide est un gaF$ on place des ailettes.
(atterieTpe de con7ection h 1mQ.MC3 %aturelle par air = *=
%aturelle par eau */ 0//
-orcée par air 0/ *//
-orcée par eau =/ 0////
èmeème
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C"cle #ngénieurGP
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C"cle #ngénieurGP III. Transmission de chaleur:
Il est difficile de calculer h$ on est amené donc utiliser des formulations empiriques.
0B C+,R& : -R+I' I%',&TRIEL */0*1*/023 PR. A. AA!A"#$ E%&A '(A)A'IR
Corrélations de ARAE con7ection d(air naturelle3 :
7$ Sur%aces c"lindriques de diam!tre e8térieur D 4 9si D : ;,7 mon prend D < ;,7 m=
Position 7erticale : Position horiFontale :
$ Sur%aces plans 4 9si ) ou * : ;,7 m on prend ) ou * < ;,7 m=
Verticale$ hauteur # : #oriFontale$ largeur L :
Chaleur 7ers le >as :
Chaleur 7ers le haut :
èmeème
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C"cle #ngénieurGP
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C"cle #ngénieurGP III. Transmission de chaleur:
La quantité de chaleur qui quitte un corps :
0 C+,R& : -R+I' I%',&TRIEL */0*1*/023 PR. A. AA!A"#$ E%&A '(A)A'IR
0a"onnement 4 transmis la chaleurincluse dans le vide
: Constante de &tefan!oltFmann U =$B.0/D 1mQ." 4
: Emissi7ité du matériau couleur3 U 0 pour un corpsnoir et / W W 0 pour un corps gris
èmeème
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C"cle #ngénieurGP
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C"cle #ngénieurGP III. Transmission de chaleur:
L(énergie reXue peut sor>ée Y3$ en équili>re elle est égale ?
Réfléchie Z R 3 ?Transmise [3 nulle dans les corps opaques3.
0DC+,R& : -R+I' I%',&TRIEL */0*1*/023 PR. A. AA!A"#$ E%&A '(A)A'IR
Le facteur de forme - marque la position relati7e des corps :Ce facteur englo>e 0 $ * $ la
forme géométrique et la position des corps.
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C"cle #ngénieurGP
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C"cle #ngénieurGP III. Transmission de chaleur:
%ormalement$ il e5iste une com>inaison de la conduction$ de la con7ection et du
raonnement. ;ais$ certaines de ces modes peu7ent e toutes les résistances thermiques e5istantes série et parall6le3.
La chaleur transmise s(écrit sous une forme plus simplifiée :
La transmission de chaleur de7ienne difficile cause de la Résistance de contact $ due la
mau7aise union entre les surfaces solides.
Au cours du temps$ de la saleté s(installe sur les surfaces comme isolant thermique3.
L(o5dation et la corrosion sont é7iter par élimination des matériau5 qui leur pro7oquent.
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C"cle #ngénieurGP
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C"cle #ngénieurGP IV. Charges thermiques :
*/C+,R& : -R+I' I%',&TRIEL */0*1*/023 PR. A. AA!A"#$ E%&A '(A)A'IR
Chargesthermiqu
es
Chargesintérieures 4
Chargese8térieures 4
‐ Par produit réfrigérer1 congeler ‐ Par n(importe quel équipement producteur de chaleur ‐ Par illumination‐ Par personnes‐ Autres charges
‐ A tra7ers les parois1 plafond 1 sol
‐ A tra7ers les surfaces en 7erre
‐ Par infiltration de l(air e5térieur tra7ers les portes‐ Par entrée de l(air e5térieur tra7ers les portes
èmeème
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C"cle #ngénieurGP IV. Charges thermiques :
*0C+,R& : -R+I' I%',&TRIEL */0*1*/023 PR. A. AA!A"#$ E%&A '(A)A'IR
%aturellement$ la charge due au produit dépend : Les conditions sous lesquelles il pén6tre dans l(espace réfrigéré T i 3. La chaleur spécifique en réfrigération T \ /MC3? cT\/ La chaleur latente de congélation$ T U /MC3? Lcong La chaleur spécifique en congélation T W /MC3? cTW/
Charges intérieures par leproduit 4
Tables
Produit T KMCN #. Relati7e K]N 'urée
Viande fra^che / 9 _03 D= G/ = 9 0/ ours
Volaille
fra^che/ D= G/ 0 semaine
Tomate 7erte 02 *0 D= G/ 0 9 2 semaines
Artichaut / 9 03 G/ G= 0 9 * semaines
+ignon / B= 9 / 0 9 D mois
Pomme 03 9 23 G/ 0 9 B mois
èmeème
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C"cle #ngénieurGP IV. Charges thermiques :
**C+,R& : -R+I' I%',&TRIEL */0*1*/023 PR. A. AA!A"#$ E%&A '(A)A'IR
Produit
`Cp` a7ant congélation
KO1Og.MCN
`Cp` apr6s congélation
KO1Og.MCN
Chaleur latente
de congélation KO1OgN
Volaille1+iseau5 2$=B 0$G *4*$D
&aumon 2$*B 0$G2 *02$4D
&ole 2$=B 0$B *=0$0=
bufs 2$0D 0$B *24$4/ Lait 2$G2 0$G *G$0G
-ruits en général /$G0 /$4D 202$G4 9 2BD$2=
Asperges /$GB /$=/ 202$G4
Carotte$ Chou$ Epinards$ #aricots 7erts$Champignons
/$G4 /$4G 2/0$2D
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C"cle #ngénieurGP IV. Charges thermiques :
*2C+,R& : -R+I' I%',&TRIEL */0*1*/023 PR. A. AA!A"#$ E%&A '(A)A'IR
%ous de7ons prendre en compte les Og du produit stocOé et ceu5d(en7eloppe :
;atériau ] poids de l(en7eloppe
)énérique 0/ 9 2/
Végétau5 caissesen >ois3
D 9 0B
bufs fraiscartons a7ec
al7éoles30= 9 */
!eurre congelé>oites3
=
Viandes fra^ches /
Produits congelésen général
/
Palettes 4 9 =
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C"cle #ngénieurGP IV. Charges thermiques :
*4C+,R& : -R+I' I%',&TRIEL */0*1*/023 PR. A. AA!A"#$ E%&A '(A)A'IR
%ormalement$ Ventilateurs et sst6mes de dégi7rage.
Attention au5 sst6mes de dégi7rage résistances thermiques3.
Charges intérieures par leséquipements 4
ARAE
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C"cle #ngénieurGP
C"cle #ngénieurGP IV. Charges thermiques :
*=C+,R& : -R+I' I%',&TRIEL */0*1*/023 PR. A. AA!A"#$ E%&A '(A)A'IR
'épend du tpe de lampes ?+n consid6re que toute la puissance se con7ertie en charge sensi>le : Incandescence : + ,-luorescence con7entionnelle : + ,"09-luorescence électronique : + ,":9
Charges intérieures parillumination 4
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C"cle #ngénieurGP IV. Charges thermiques :
*B C+,R& : -R+I' I%',&TRIEL */0*1*/023 PR. A. AA!A"#$ E%&A '(A)A'IR
Charges intérieures par personnestravailleurs 4
ARAE
T cham>re pers 3
0/ *0/= *4/
/ */
= 2//
0/ 22/0= 2B/
*/ 2G/
Les personnes dégagent de la chaleur sensi>le3
et de l(humidité latente3 :
Acti7ité sensi>le KN Latente KN
Assis sans tra7ailler B= 2=
'e>out$ détendue = ==
Passant = /
;arche
0$B Om1h =/ 00/
2$* Om1h D/ 02/
4$D Om1h 00/ 0D/
B$4 Om1h 0=/ */
&édentaire D/ D/
;anuel D/ 04/
Léger en usine3 00/ 0D=
Lourd en usine3 0/ *==
ème
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é
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C"cle #ngénieurGP IV. Charges thermiques :
* C+,R& : -R+I' I%',&TRIEL */0*1*/023 PR. A. AA!A"#$ E%&A '(A)A'IR
Charges e8térieures par lesenveloppes 4, 1mQ.MC3 est la transmittance thermique :
RT est la résistance thermique totale mQ.MC13 :
R0 Rn : &ont les résistances thermiques des différents éléments qui composent
l(en7eloppe.
Rcone5t
et Rconint
: &ont les résistances thermiques superficielles correspondantes l(air
e5térieur et intérieur respecti7ement.
Charges thermiques e8térieures par enveloppese8posés au soleil 4 'ans ce cas$ il est nécessaire d(effectuer une correction de la température de conception.
+n doit sommer les 7aleurs sui7antes celle de T$ tenant en compte que le soleil ne peut
a7oir d(incidence au mre ;oenne Réfléchissante
Toit 04 00 =$=
Paroi Est ou +uest B$B =$= 2
Paroi &ud 2$2 2 0$B
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C"cle #ngénieurGP IV. Charges thermiques :
*DC+,R& : -R+I' I%',&TRIEL */0*1*/023 PR. A. AA!A"#$ E%&A '(A)A'IR
ARA E
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C"cle #ngénieurGP
C"cle #ngénieurGP IV. Charges thermiques :
*GC+,R& : -R+I' I%',&TRIEL */0*1*/023 PR. A. AA!A"#$ E%&A '(A)A'IR
Charges thermiques e8térieures par in>ltrationsde l’air e8térieur 4
't temps de séour de la porte ou7erte$ donné par :
' f -acteur de flu5 de l(air par la porte comparé l(ou7erture pleine :
Pour flu5 sans o>struer U 0 Pour 0 entrée par minute en portes rapides
U /$D pour sauts thermiques supérieurs 00 MC U 0$0 pour sauts thermiques moins de B MC
P nom>re d(étapes pour la porte dans le temps t
t ou7erture Portes normales de 0= *= st ou7erture Portes rapides de = 0/ s
E Efficacité de fermeture de la protection rideau$ rideau d(airH3entre /$ et /$G= $ et / s(il n(e5iste pas de sst6me
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C"cle #ngénieurGP IV. Charges thermiques :
2/C+,R& : -R+I' I%',&TRIEL */0*1*/023 PR. A. AA!A"#$ E%&A '(A)A'IR
Charges thermiques e8térieures par in>ltrationsde l’air e8térieur 4
A aire de la porte mQ3hint enthalpie de l(air intérieur O1Og3
he5t enthalpie de l(air e5térieur O1Og3 Zint densité de l(air intérieur Og1m
2 3
Ze5t densité de l(air e5térieur Og1m2 3
g gra7ité G$D m1sQ3 # hauteur de la porte m3
A Chaleur en O entrante a7ec la porte totalement ou7erte
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C"cle #ngénieurGP IV. Charges thermiques :
20C+,R& : -R+I' I%',&TRIEL */0*1*/023 PR. A. AA!A"#$ E%&A '(A)A'IR
ARAE
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C"cle #ngénieur
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C"cle #ngénieur
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C"cle #ngénieurGP
C"cle #ngénieurGP IV. Charges thermiques :
2*C+,R& : -R+I' I%',&TRIEL */0*1*/023 PR. A. AA!A"#$ E%&A '(A)A'IR
Charges thermiques e8térieures par entréedirecte de l’air par les portes 4
- ou7erture -raction décimale du temps dans lequel la porte est ou7erte
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C"cle #ngénieurGP
C"cle #ngénieurGPV. Logiciels:
22C+,R& : -R+I' I%',&TRIEL */0*1*/023 PR. A. AA!A"#$ E%&A '(A)A'IR
Coolpac? 4CoolPacO est une collection de mod6les de simulation
pour les sst6mes de réfrigération. Les mod6les ontchacun un >ut précis$ par e5emple$ l8analse du ccle$ ledimensionnement des composants principau5$ l8analse del8énergie et l8optimisation.
Sol?ane4
Logiciel pour tracer des ccles frigorifiques etdéterminer les puissances frigo.
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-climatisation&temid=7
http://www.ipu.dk/English/IPU-Manufacturing/Refrigeration-and-energy
-technology/Downloads/CoolPack.asp
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8/16/2019 Cours Froid Industriel 2013 Chambre Froide(Partie4)
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