1. Masse par cycle = poids d’une barre × nombre de moules.
2. Refroidissement de l’eau : E eau = masse × 4,18 × température initiale / 3 600, en kWh.
3. Congélation à 0 °C : E gel = masse × 333,5 / 3 600, en kWh.
4. Refroidissement de la glace : E glace = masse × 2,1 × (0 − température finale) / 3 600, en kWh. Propriétés moyennes approximatives : eau 4,18 kJ/kg·K ; chaleur latente 333,5 kJ/kg ; glace 2,1 kJ/kg·K.
5. Énergie des moules = masse totale × cₚ matériau × (température moules initiale − température saumure) / 3 600 000, en kWh.
6. Surfaces : parois = 2(L + l)h ; fond et couvercle = Ll. Pour chaque face, K = 1 / (1/h intérieur + épaisseur/λ + 1/h extérieur). H = somme des K × surfaces. Apports parois = max[0, H × (T ambiante − T saumure)].
7. Énergie de cycle = énergie eau + gel + glace + moules + autres charges de cycle + (apports parois + auxiliaires) × durée de congélation.
8. Puissance de projet = énergie de cycle / [durée congélation × fraction de marche disponible] × (1 + réserve/100).
9. Cycles entiers par jour = partie entière de [heures disponibles / (durée de congélation + durée démoulage/remplissage)]. Production programmée = cycles entiers × masse par cycle. Cette cadence suppose que la durée de congélation saisie est réellement atteignable.
10. Évaporateur à saumure : surface extérieure = puissance de projet en W / [U × (T saumure − T évaporation)]. Longueur totale = surface / (π × diamètre extérieur en mètres). Longueur par circuit = longueur totale / nombre de circuits.

La glace demande de l’énergie de changement d’état : un simple calcul de refroidissement d’eau sans chaleur latente sous-estimerait fortement le besoin.

Évaporateur : débit massique de réfrigérant ṁ = Q frigorifique / Δh. Par circuit, ṁ circuit = ṁ / nombre de circuits. Avec une limite de flux massique G maximal : diamètre intérieur minimal = √[4 × ṁ circuit / (π × G maximal)]. Le diamètre extérieur inclut deux épaisseurs de paroi ; le calcul choisit le plus petit diamètre de sa série respectant les deux bornes de G.

Ce critère est une contrainte préliminaire, pas un dimensionnement frigorifique complet. Δh et les bornes de G doivent être déterminés pour le réfrigérant et les conditions réelles ; les valeurs préremplies sont des exemples. Vérifier pertes de charge diphasiques, distribution, retour d’huile et pression.

Agitateur : débit théorique visé = volume réel de saumure / durée de renouvellement choisie, ou débit d’étude directement saisi. Diamètre d’hélice = racine cubique de [débit total en m³/s / (nombre d’agitateurs × Nq × vitesse en tours/seconde)]. La puissance hydrodynamique est ensuite calculée avec Np. Np, Nq et le débit utile à travers les moules doivent être validés avec l’hélice et l’implantation.

Le choix d’un temps de renouvellement n’est pas une garantie d’homogénéisation. Le diamètre de l’arbre, la poussée, les efforts et le moteur définitif demandent une étude mécanique.

Références : Danfoss — puissance, débit et enthalpie ; SPX FLOW — calculs d’agitation.

Le calcul considère une hélice verticale par circuit, répartie sur une grille dans la zone totale réservée. Il compare le nombre de colonnes de 1 au nombre de circuits et retient la disposition permettant le plus grand diamètre d’hélice avec les dégagements saisis. Ce n’est pas un algorithme d’implantation de tous les équipements de la machine.

Diamètre hors tout d’une hélice = minimum entre longueur de zone / colonnes et largeur de zone / lignes, moins deux dégagements latéraux. Diamètre moyen de spire = diamètre hors tout − diamètre extérieur du tube. L’enveloppe de l’ensemble inclut les hélices et les passages entre elles ; les gardes extérieures sont réservées dans la zone.

Longueur hors tout = colonnes × diamètre hors tout + (colonnes − 1) × deux dégagements. Largeur hors tout = lignes × diamètre hors tout + (lignes − 1) × deux dégagements. Hauteur active = (tours par circuit − 1) × pas + diamètre extérieur du tube. Les spires sont arrondies au tour complet supérieur.

Les dimensions hors tout calculées concernent les tubes actifs. Ajouter les collecteurs, les sorties de tube, les supports et les dégagements d’installation. Vérifier sur plan les moules, l’agitateur, les obstacles, le cintrage et les passages de saumure. Avec U inconnu, la hauteur est donnée pour chaque hypothèse ; il n’existe pas une hauteur unique validée.

Tube : D intérieur = D extérieur − 2 × épaisseur. Volume intérieur = π × D intérieur² / 4 × longueur ; il s’agit d’un volume géométrique, pas de la charge de réfrigérant. Longueur d’un tour d’hélice = √[(π × D moyen de spire)² + pas²]. Arrondir le nombre de tours par circuit à l’entier supérieur ; hauteur = (tours − 1) × pas + D extérieur.

Agitateur : N = tr/min / 60, en tours par seconde ; D en mètres. Puissance transmise au liquide par hélice = Np × ρ × N³ × D⁵. Débit de pompage théorique par hélice = Nq × N × D³. Reynolds = ρ × N × D² / μ, avec μ en Pa·s. Vitesse périphérique = π × D × N. Couple hydrodynamique = puissance liquide / (2πN).

Diamètre estimé à partir du débit = racine cubique de [débit total en m³/s / (nombre d’agitateurs × Nq × N)]. Renouvellement théorique = volume de saumure / débit théorique total ; ce n’est pas le temps d’homogénéisation garanti. Puissance mécanique de moteur par agitateur, avec réserve = puissance liquide / rendement de transmission × (1 + réserve/100).

Le nombre de puissance et le nombre de pompage dépendent de l’hélice, du régime de Reynolds et de la géométrie ; ils ne sont pas universels. Vérifier les courbes fournisseur, les passages entre moules, la poussée et l’implantation. Le débit de pompage libre peut être très différent de la circulation utile dans la cuve encombrée.

La chaleur reportée au bain correspond à la puissance hydrodynamique estimée, sans multiplier par la réserve moteur. Ajouter séparément les pertes de transmission ou du moteur qui chauffent effectivement le bain. Si le moteur est immergé, son bilan de chaleur demande une correction.

Références : SPX FLOW — guide du mélange et nombres de puissance ; Xylem — limites d’une sélection par puissance seule.

Le bilan d’énergie ne garantit pas qu’une barre soit complètement congelée au délai choisi. Le temps dépend de l’épaisseur et de la forme de la barre, des moules, du brassage, de la température de saumure et de la conduction à travers la glace qui se forme. Ces échanges doivent être étudiés ou validés par des essais.

La température finale est une température moyenne simplifiée. Vérifier la congélation complète du cœur et l’homogénéité de la production. Prévoir un espace libre dans les moules pour l’expansion de l’eau à la congélation, selon leur conception ; le volume de la cuve à saumure ne détermine pas automatiquement le nombre de moules qui y entrent.

Le bain doit être homogénéisé et rester liquide à la température d’exploitation : choisir la nature et la concentration de saumure à partir de données fournisseur et vérifier corrosion et compatibilité. La machine est supposée couverte pendant la congélation. Les phases de manutention et le démarrage initial demandent leur propre bilan si leur charge est importante.

Choisir le groupe à sa puissance frigorifique aux températures d’évaporation et de condensation réelles, pas à sa puissance électrique ou au seul nombre de chevaux. Le calcul de surface ne valide ni les pertes de charge, ni la distribution du fluide, ni le retour d’huile, ni la pression admissible du tube. Ne pas utiliser de cuivre avec le R717. Pour une glace alimentaire, prévoir les matériaux, l’eau et les pratiques d’hygiène adaptés.

Références : FAO — installations et fabrication de glace en blocs ; FAO — propriétés physiques de la glace ; NIST — propriétés de la glace et de l’eau.