Initiation au froid commercial

INITIATION AU FROID COMMERCIAL
Chapitre I :
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I.1.
Installation Frigorifique
En matière du froid on distingue les systèmes frigorifiques suivants:
-
Le froid ménager.
Le froid commercial
Le froid industriel.
Le conditionnement de l’air
I.1.1. Exemple d'installation de froid commercial couplette
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I.1.2.
Notions de bases en réfrigération:
I.2.
Explication sommaire du rôle des éléments principaux:
I.2.1. Le compresseur:
IL réduit la pression dans l'évaporateur pour permettre au réfrigérant de s'y vaporiser.
IL aspire les vapeurs fournies par l'évaporateur permettant ainsi au processus d'évaporation de
se renouveler. IL comprime les vapeurs pour les amener à la pression de condensation.
I.2.2. Le Détendeur Thermostatique
Il contrôle l'écoulement du réfrigérant et permet sa détente. IL régule le débit de façon
à optimiser le remplissage de l'évaporateur permettant ainsi une production de froid optimale.
IL évite au compresseur d'aspirer du réfrigérant liquide.
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I.2.3. L’évaporateur:
Le réfrigérant s'y vaporise en prenant la chaleur de l'enceinte à refroidir. C'est le siège
d'un changement d'état appelé l'évaporation (passage du liquide au gaz).
I.2.4. Le condenseur:
Il reçoit les vapeurs surchauffées sous haute pression et les refroidit de façon à les faire
changer d'état. On obtient ainsi du liquide sous haute pression. Ce changement d'état s'appelle
la condensation.
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Chapitre II :
COMPRESSEURS
II.1.
Les Compresseurs frigorifiques
Quelque soit leur construction, leur but reste tout de même d'Aspirer; comprimer et
refouler le fluide frigorigène à l'état gazeux.
Pour assurer cette fonction on trouve plusieurs types différents du point de vue conception
et constitution.
Généralement en conception il existe 3 catégories des compresseurs frigorifiques :
1) Compresseur Hermétique
Tous les éléments du moto-compresseur sont dans un caisson hermétique
2) Compresseur Semi-Hermétique
Tous les éléments sont dans un caisson hermétique accessible
3) Compresseur ouvert
Le moteur électrique et le compresseur sont associés par un organe de liaison qui peut
être un manchon d’accouplement ou une ou plusieurs courroies.
L’accès aux différents éléments du compresseur de même que ceux du moteur est
possible.
Dans ce type de compresseur, la vitesse de rotation est ajustable et modifiable en
changeant la poulie du moteur par exemple, cependant ce type nécessite un joint d’étanchéité
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tournant (joint rotatif) à la traversée du carter par l’arbre. IL est utilisé pour toutes les
puissances.
II.2.
Cependant du point de vue constitution on trouve plusieurs types:
a) Compresseur à piston alternatif.
Le compresseur à pistons est un convertisseur d’énergie qui permet de transférer
l’énergie mécanique produite par le moteur électrique (moteur d’entraînement) au fluide
frigorigène suivant les deux étapes suivantes:
- Transfert de l’énergie mécanique du moteur d’entraînement aux pistons (mécanisme de
transformation du mouvement rotatif en mouvement alternatif, système d’entraînement des
pistons, dispositifs comme le carter, la garniture d’étanchéité, le dispositif de lubrification et
du dispositif d’entraînement)
- Transfert de l’énergie des pistons au fluide frigorigène (le fluide frigorigène est aspiré,
comprimé et refoulé ; les pièces en jeu sont bien sûr les pistons mais également les segments,
les cylindres, les soupapes ou clapets et les canaux d’admission et d’échappement)
Compresseur semi hermétique à piston
b) Compresseur à piston rotatif.
Les compresseurs rotatifs aussi appelés compresseurs à palettes dans lesquels la
compression des vapeurs est obtenue par déplacement d’un corps cylindrique creux d’une
masse excentrée agissant sur une palette mobile.
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c) Compresseur à vis.
Les compresseurs à vis parmi lesquels il faut distinguer les compresseurs mono vis
(mono rotor) et les compresseurs double vis (bi rotors) (Trouver un article dans notre rubrique
Extrait de livres et revues professionnelles)
d) Compresseur centrifuge.
Un compresseur centrifuge est une turbomachine qui communique l’énergie au fluide
frigorigène grâce à une ou plusieurs roues tournant dans un carter : l’énergie cinétique
résultant de la force centrifuge est ensuite transformée en pression statique dans un canal à
section croissante appelée volute.
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e) Compresseur Scroll.
Les compresseurs à spirales aussi appelés compresseurs scroll dans lesquels la compression
des vapeurs est obtenue par la rotation d’une spirale mobile dans une spirale fixe.
II.3.
Lubrification des compresseurs
Les compresseurs doivent être lubrifiés à des points précis tels que les paliers, les têtes
de bielle, les pieds de bielle, les cylindres et la garniture d’étanchéité.
L’huile assure la lubrification des pièces en mouvement de même qu’elle contribue au
refroidissement (évacuation de la chaleur due aux frottements) et participe à l’étanchéité du
système. On distingue la lubrification avec ou sans pompe à huile.
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II.3.1. Lubrification sans pompe à huile
II.3.1.1.
Lubrification par barbotage
Les têtes de bielle plongent dans l’huile et la projette à l’intérieur du carter lors des
remontées. Cette technique convient pour des petits compresseurs dont la vitesse de rotation
ne dépasse pas 800 tr/mn. Pour des vitesses supérieures, on constate la formation d’émulsion
d’huile formée par l’agitation créée par les têtes de bielle.
II.3.1.2.
Lubrification des compresseurs hermétiques
Les compresseurs hermétiques disposent d’un dispositif de lubrification sans
barbotage des têtes de bielle, ni pompe à huile.
L’arbre creux muni d’une rainure hélicoïdale plonge dans l’huile et c’est par la
capillarité et sous l’effet de la force centrifuge que l’huile remonte le long de l’arbre et
lubrifie les organes essentiels du compresseur (paliers, bielles…). En bout d’arbre, l’huile est
finalement projetée dans la cloche en fines gouttelettes refroidissant le moteur et retombe
ensuite dans le bas de la cloche, ce dispositif est réversible et ne dépend pas du sens de
rotation.
II.3.2. Lubrification forcée par pompe à huile
Une pompe à huile placée en bout d’arbre assure la lubrification des points essentiels
du compresseur. Un circuit classique de lubrification sous pression comporte:
- un filtre d’aspiration à l’entrée du circuit disposé dans l’huile
- une pompe à huile entraînée par l’arbre vilebrequin
- un filtre de refoulement à mailles fines (chez certains constructeurs)
- un dispositif de réglage de la pression de lubrification
L’huile retourne ensuite dans le carter de diverses manières (fuites internes des paliers
et manetons, fuite permanente de la garniture, raclage des parois internes des cylindres,
chambres d’aspiration, retour de la soupape de décharge). La pompe à huile délivre une
pression supérieure à la pression régnant dans le carter (a peu près la pression d’aspiration).
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Chapitre III:
CONDENSEURS
Les condenseurs sont des échangeurs thermiques entre le fluide frigorigène et un
fluide de refroidissement. Le fluide frigorigène cède la chaleur acquise dans l’évaporateur et
lors de la compression au fluide de refroidissement.
Lors de son passage dans le condenseur, le fluide frigorigène passe de l’état vapeur à
l’état liquide.
On distingue deux familles de condenseurs suivant le médium de refroidissement :
III.1. les condenseurs à air
III.1.1.
les condenseurs à air à convection naturelle;
L’air au contact du faisceau ailetté (ou du faisceau de tubes) s’échauffe et s’élève
laissant la place à de l’air plus frais. Ils ne nécessitent aucune énergie pour la circulation de
l’air mais le coefficient global d’échange thermique est faible (inférieur à 15 W/m².°C et
même inférieur à 10 W/m².°C pour les condenseurs à tubes lisses).
Ils ne sont utilisés que pour des puissances à échanger très faibles (froid ménager :
réfrigérateurs et congélateurs).
III.1.2.
les condenseurs à air à convection forcée
Le coefficient global d’échange des condenseurs à air à convection forcée est compris
entre 20 et 30 W/m².°C.
III.2. Les condenseurs à eau
IL faut distinguer les condenseurs à eau perdue et les condenseurs à eau recyclée.
Pour les condenseurs à eau perdue, l’eau chaude issue du refroidissement des vapeurs de
fluide frigorigène est rejetée soit à l’égout (procédé très coûteux et ayant pratiquement
disparu), soit dans une réserve d’eau considérée infinie (barrage, retenue d’eau, rivière, mer,
fleuve…).
Pour les condenseurs à eau recyclée, à savoir que l’eau chaude issue du
refroidissement est refroidi pour être à nouveau utilisée, il fait appel à des dispositifs appelés
« Tours de refroidissement ».
III.2.1.
Les condenseurs à double tube (condenseurs coaxiaux)
Ils sont constitués de deux tubes concentriques, l’eau circule dans le tube central tandis
que le fluide frigorigène se désurchauffe, se liquéfie et se sous-refroidis dans l’espace
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annulaire, ce qui permet une possibilité d’évacuation de la chaleur du fluide frigorigène vers
l’extérieur.
La circulation eau-FF s’effectue généralement à contre courant (meilleures
performances).
Les puissances échangées sont relativement faibles, le coefficient global d’échange
varie entre 700 et 950 W/m².°C
III.2.2.
Les condenseurs bouteilles (condenseurs à serpentin)
Le fluide frigorigène se condense au contact du tube d’eau (serpentin), il s’agit de la
combinaison d’un condenseur et d’un réservoir de liquide.
Les puissances échangées sont également faibles.
III.2.3.
Les condenseurs multitubulaires
ILS sont constitués d’un grand nombre de tubes mis en parallèle, c’est le faisceau
tubulaire qui est enclos dans un corps circulaire, la calandre.
Les tubes sont dudgeonnés ou brasés sur les plaques tubulaires qui délimitent le
faisceau, les fonds démontables, chicanés, canalisent l’eau de refroidissement qui circule dans
les tubes (vitesse de l’ordre de 1 à 1.25 m/s). Le fluide frigorigène se condense dans la
calandre au contact des tubes où circule l’eau de refroidissement.
Le coefficient global d’échange est compris entre 700 et 1100 W/m².°C.
Les condenseurs multitubulaires sont généralement horizontaux et suivant la
conception, le faisceau tubulaire :
- occupe la totalité la calandre, un réservoir de liquide est alors nécessaire.
- n’occupe pas la partie inférieure de la calandre, permettant ainsi le stockage
du fluide frigorigène condensé.
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III.2.4.
Les condenseurs à plaques brasées (échangeur à plaques)
La technologie de ces condenseurs est identique à celle des évaporateurs à plaques
brasées
III.3. Refroidissement d'eau
Les condenseurs à eau recyclée font appel à des systèmes de refroidissement de l’eau
chaude qui sort des condenseurs pour permettre sa réutilisation : ce sont les tours de
refroidissement.
L’eau chauffée dans le condenseur entre dans la tour par la partie haute par une rampe
de distribution munie de pulvérisateurs, à partir de ses buses de pulvérisation l’eau est divisée
en fines gouttelettes (pour améliorer l’évaporation) puis elle ruisselle par gravité sur une
surface d’échange air-eau (nids d’abeilles). Un courant d’air ascendant est établi par le (ou
les) ventilateurs(s) ; du fait de l’évaporation partielle et de la convection, la température de
l’eau diminue. L’eau refroidie tombe dans un bac ou elle est recueillie pour aller condenser à
nouveau le fluide frigorigène (par l’intermédiaire d’un circulateur ou pompe de recirculation).
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En marge des tours de refroidissement, il faut citer les cas particuliers des
aérorefroidisseurs « dry-cooler » et des condenseurs évaporatifs.
Le principe des Condenseurs évaporatif est identique à la tour de refroidissement
(pulvérisation d’eau et circulation d’air) à la différence que c’est le condenseur lui-même qui
est directement refroidi dans une carrosserie et non un circuit intermédiaire comme dans le
cas de la tour de refroidissement
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Chapitre IV.
EVAPORATEUR
Introduction
L’évaporateur et le condenseur sont tout deux des échangeurs thermiques, les deux
éléments doivent transmettre impérativement leurs énergies afin de permettre un échange
calorifique parfaitement défini.
Placé dans l’enceinte à refroidir, le rôle de l’évaporateur consiste à absorber le flux
thermique de l’air ambiant afin de descendre la température de l’enceinte et permettre la
production de froid.
Lorsque la température d’évaporation est négative (température superficielle de la
section d’échange inférieure ou égale à 0 C : cas rencontrés pour les chambres froides), ces
condensats se transforment en givre. La formation de givre diminue les performances de
l’évaporateur, c'est pour cela que certaine installation doivent procéder à des cycles de
dégivrages afin d'enlever régulièrement ce givre.
Les évaporateurs sont classés en fonction de leurs modes d’échange calorifique. La
longueur, le diamètre des conduites et la force des ventilateurs déterminent la puissance froide
exprimée en watt (W).
On distingue deux familles d’évaporateurs suivant le fluide à refroidir :
IV.1. Les évaporateurs à air.
- Les évaporateurs ménagers.
-Les évaporateurs à air à convection naturelle ou statique.
-Les évaporateurs à air à convection d'air forcée.
IV.1.1. Les évaporateurs ménagers
En général ces évaporateurs occupent l’ensemble de la largeur du compartiment. Ils se
présentent soit sous forme de cuve soit de plaque. Ils forment un ensemble appelé «à circuit
tubulaire intégré » constitué par un serpentin. La détente est généralement en capillaire.
Leurs coefficients globaux d’échanges thermiques sont généralement faibles et ils sont
utilisés pour des puissances frigorifiques relativement petites (froid ménager : réfrigérateurs,
congélateurs).
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IV.1.2. Les évaporateurs statiques
Ce type d’évaporateur utilise un passage d’air naturel pour l’échange calorifique. Sur
ces évaporateurs, l’air circule par convection. ILS sont constitués d’un tube en cuivre et
entouré d’un faisceau aileté en aluminium.
Utilisé principalement dans les vitrines ou meubles réfrigéré ou le déplacement de l’air
doit être très lent. Le procédé est appeler une circulation d’air rationnel.
IV.1.3. Les évaporateurs à air à convection d’air forcée
Dans le cas ou les denrées à refroidir n’impliquent pas de circulation d’air naturel, il
est intéressant de poser un évaporateur ventilé. Les tubes comportent des ailettes de forme
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rectangulaire, ils sont disposés en série formant une nappe et les différentes nappes sont
associées en parallèle.
De type plafonnier ou mural, ils sont également constituer d’un tube cuivre aileté, cet
évaporateur permet un faible encombrement dans l’enceinte à refroidir. Équipé d’un ou
plusieurs ventilateurs, il est communément appeler « évaporateur à circulation d’air forcée ».
IV.2. Les évaporateurs à eau.
-Les évaporateurs double tube (évaporateurs coaxiaux).
-Les évaporateurs du type serpentin.
-Les évaporateurs du type échangeur à plaques.
-Les évaporateurs multitubulaires.
IV.2.1. Les évaporateurs double tube (évaporateurs coaxiaux)
Ils sont communément appelés évaporateurs coaxiaux. Les évaporateurs à double tube
sont constitués de deux tubes coaxiaux, le plus souvent embobinés en hélice.
Dans le tube central circule le fluide frigorigène qui se vaporise en refroidissant le
fluide circulant dans l’espace annulaire compris entre les deux tubes, la circulation
s’effectuant de préférence à contre-courant.
Cet évaporateur convient pour les petites et moyennes puissances. (Voir photo
condenseur double tube)
IV.2.2. les évaporateurs du type serpentin
Utilisés pour la réfrigération de liquide, Ils peuvent être constitués par un simple
serpentin en tube lisse généralement en cuivre épousant la forme de la cuve ou embobinés
suivant la forme du bac ou ils sont placés pour refroidir l’eau.
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Ils sont dans certains cas disposés en nappes parallèles avec des collecteurs d’entrée et
de sortie du fluide frigorigène. Ils sont également appelés des évaporateurs immergés.
IV.2.3. Les évaporateurs du type échangeur à plaques
IV.2.3.1.
On distingue trois types d’échangeurs à plaques:
-Les échangeurs à plaques à joints démontables.
-Les échangeurs à plaques brasées.
-Les échangeurs à plaques spirales brasées.
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IV.2.3.1.1.
Les échangeurs à plaques à joints démontables.
Les échangeurs à plaques à joints démontables sont formés par des plaques munies
d’un joint d’étanchéité serrées entre deux plateaux aux moyens de tirants de serrage. Pendant
le processus d'évaporation, le liquide est pompé entre les minces plaques avec l'agent de
refroidissement sur les surfaces de contact.
IV.2.3.1.2.
Les échangeurs à plaques brasées.
Les échangeurs à plaques brasées ont un fonctionnement identique à l’échangeur à
plaques démontables, ils sont constitués d’une série de plaques métalliques embouties mais
sans joints, et sans tirants. Ils ne sont donc pas démontables et se composent de plaques
intermédiaires assemblées par brasure généralement en acier inoxydable et de deux plaques
extérieures.
IV.2.3.3.
Les échangeurs à plaques spirales brasée.
Les échangeurs à plaques spiralées brasées sont plus tenaces aux différences de
pression, les plaques sont simplement embobinées et brasées.
IV.2.4. Les évaporateurs multitubulaires
Les évaporateurs multitubulaires sont constitués d’un ensemble de tubes très proche et
disposés en parallèle, le tout regroupé dans un corps cylindrique. La disposition des tubes à
l’intérieur du corps cylindrique forment des passes qui permettent au fluide à refroidir un très
bon échange calorifique.
IV.2.4.1.
On distingue 2 types d’évaporateur multitubulaire :
- Les évaporateurs multitubulaires noyés.
-Les évaporateurs multitubulaires à détente sèche.
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1) Les évaporateurs multitubulaires noyés.
Le fluide frigorigène passe à l’extérieur des tubes ou circule le fluide à refroidir qui se
retrouve guidé dans son parcours dans l’évaporateur par des fonds portant des cloisons, ces
fonds sont démontables pour permettre l’inspection et le nettoyage des tubes.
On constate que ces types d’évaporateur sont de véritable piège à huile, utilisé que
pour des installations avec compresseurs centrifuges ou celles utilisant de l’ammoniac.
2) Les évaporateurs multitubulaires à détente sèche.
L’évaporateur est alimenté par un détendeur thermostatique qui permet de régler la
surchauffe. Egalement appelés évaporateurs à surchauffe, le fluide frigorifique circule cette
fois ci a l’intérieur des tubes.
On constate que la vitesse d’écoulement est telle que l’huile entraînée par le fluide
frigorigène retourne vers le carter du compresseur par la conduite d’aspiration.
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Chapitre V.
DETENDEURS
Un organe d’alimentation de fluide frigorigène, dont le débit réglé automatiquement
répond à tout moment aux besoins d’alimentation en gaz frigorifique dans l’évaporateur.
Le gaz frigorifique arrivant sous l’état liquide, est injecté dans l’évaporateur par le
biais du détendeur thermostatique créant ainsi une dépression du fluide dans la batterie de
l’évaporateur.
Les détendeurs, ayant toutefois la même fonction, peuvent être très différents les uns
des autres:
V.1.
Les détendeurs pour évaporateurs à détente sèche se regroupent en trois types:
-Les tubes capillaires ou détendeurs capillaires.
-Les détendeurs thermostatiques.
-Les détendeurs électroniques.
V.1.1. Les détendeurs capillaires:
Le détendeur à capillaire ou également appelé à tube capillaire, principalement présent
sur les réfrigérateurs ménagers, est constitué par un tube de cuivre de diamètre et de longueur
déterminée pour crée une perte de charge dans l’évaporateur (diamètre entre 0.6 et 2 mm).
C’est un restricteur non réglable dont la résistance d’écoulement représente la perte de
charge désirée entre le condenseur et l’évaporateur, ses dimensions sont déterminées
expérimentalement.
Une température ambiante très peu élevée est sujet a un disfonctionnement du
système, la température de condensation diminue et le débit du détendeur également.
Donc le détendeur à capillaire ne convient pas à un groupe compresseur placé à
l’extérieur mais un atout précieux pour un fonctionnement à température ambiante.
V.1.2. Les détendeurs thermostatiques
Le rôle est d’assurer l’alimentation automatique en fluide de l’évaporateur afin
d’obtenir un remplissage maximum de celui-ci en fonction des apports calorifiques extérieurs.
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Ce sont les organes d’alimentation des évaporateurs les plus utilisés.
Ils assurent à la sortie de l’évaporateur une surchauffe des vapeurs de fluide
frigorigène.
On distingue deux types de détendeurs thermostatiques avec ou sans charge MOP:
-les détendeurs thermostatiques à égalisation de pression interne.
-les détendeurs thermostatiques à égalisation de pression externe.
V.1.2.1.
Les détendeurs thermostatiques à égalisation interne:
Un soufflet interne varie et régule le débit de gaz dans l’évaporateur influencé par un
bulbe externe. Le bulbe étant fixé a la sortie de l’évaporateur déterminant la température du
fluide en sortie celui-ci.
Le détendeur thermostatique à égalisation de pression interne comprend :
-Le corps du détendeur dans lequel sont renfermés le filtre à tamis placé à l’entrée
ainsi que d'une membrane (soufflet) qui est solidaire d’un pointeau et d’un ressort de
réglage muni d’une vis de réglage accessible.
-Le bulbe situé à la sortie de l’évaporateur, sa fixation doit être solide et sa position
doit suivre certaines règles (ne pas être positionné en bas de tuyauterie).
-Le tube capillaire qui transmet la mesure du bulbe au corps du détendeur, l’ensemble
tube capillaire et bulbe est appelé train thermostatique.
V.1.2.2.
Les détendeurs thermostatiques à égalisation externe de pression:
Plus la surface d’un évaporateur est grande, plus il y aura de perte de charge
n’affectant pas seulement le passage du fluide mais également le fonctionnement du
détendeur.
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Lorsque les pertes de charge de l’évaporateur sont élevées, le détenteur thermostatique
à égalisation de pression interne ne peut plus bien régler la surchauffe des vapeurs à la sortie
de l’évaporateur, on utilise alors des détendeurs thermostatiques à égalisation de pression
externe.
Dans ce type de détendeur c’est l’égalisation externe qui agit sur la fermeture du
pointeau grâce à un piquage situé âpres le bulbe et relevant la pression disponible à la sortie
de l’évaporateur.
V.1.2.3.
Détendeurs avec MOP
Afin d’éviter une pression d’aspiration excessive pouvant être nuisible au
compresseur, utiliserons un détendeur avec MOP (Maximum Operating Pressure, détendeur
avec limiteur de pression) au lieu d’un détendeur standard.
Ces détendeurs sont particulièrement courants dans les installations de congélation car
les compresseurs disposent d’un moteur électrique optimisé pour des fonctionnements en
basse température. Ils ne peuvent donc supporter des pressions d’aspiration élevées qui
entraîneraient la dégradation du moteur.
La seule différence technique entre un détendeur avec MOP et un détendeur standard
est la charge thermostatique plus faible dans les charges MOP.
La charge MOP est définie de façon à ce que la dernière goutte de liquide s’évapore à
la température du point MOP. Toute augmentation de la température du bulbe n’entraînera
qu’une très faible (voire nulle) variation du degré d’ouverture du détendeur.
La valeur des points MOP est toujours 5 °K au dessus de la température maximale de
fonctionnement
du
détendeur.
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Exemple : si un détendeur plage N fonctionnant de -40 °C +10°C est choisi avec un
point MOP, ce point MOP sera à 10 + 5 = 15°C. Cette valeur est fixe et non réglable.
Il est important de ne pas perdre de vue que les détendeurs avec MOP peuvent
atteindre des surchauffes supérieures sans dysfonctionnements lors des remises en
température des installations.
V.1.3. Les détendeurs électroniques.
Ce dispositif permet le réglage des températures entre l’entré et la sortie de
l’évaporateur en fonction de la charge thermique de celui-ci. Une électrovanne commander
par un régulateur ou calculateur permet la régularisation des écarts de températures du milieu
à refroidir mesurées par les sondes.
Le détendeur électronique permet des économies d’énergie électrique sur la
consommation du compresseur avec un remplissage complet de l’évaporateur et le maintien
d’une surchauffe minimale stable.
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Chapitre VI.
APPAREILS ANNEXES
VI.1. Déshydrateur
Ce déshydrateur comporte une charge fritée dite cartouche solide (3) pressée du côté
entrée (1) par un ressort (2) contre la natte de polyester (4), la toile filtrante (5) et la plaque
perforée ondulée (6).
La charge ou la cartouche des déshydrateurs se compose de matières qui éliminent
efficacement
-
l’humidité,
les acides nuisibles,
les particules étrangères, les boues et les produits de désintégration de l’huile.
Le choix du déshydrateur doit tenir compte de la charge en fluide frigorigène, et non
pas de la puissance frigorifique du compresseur.
Le but du déshydrateur est de maintenir la quantité d'humidité contenue dans le fluide
en-dessous de la valeur maximale qui est :
-
pour le R134a = 15 mg /kg
pour le R22 = 60 mg /kg
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Mise en place :
-
de préférence dans une zone froide (exemple : dans la chambre froide), l'absorption
étant meilleure à basse température,
-
de préférence verticalement (bien que certains constructeurs admettent actuellement
une position horizontale).
-
le montage sur la tuyauterie doit s'effectuer, aussitôt que possible, après avoir enlevé
les deux capuchons de protection d'extrémités, avant que le produit déshydratant
n'absorbe l'humidité de l'air ambiant.
Certains modèles de déshydrateurs peuvent être traversés par le fluide dans les deux sens :
ils sont destinés aux climatiseurs ou pompes à chaleur réversible.
VI.1.1. LE DESHYDRATANT
DEFINITION :
Produit chimique, capable d'absorber l'humidité ou de faire avec elle
une réaction chimique.
PROPORTION :
Dans une installation frigorifique on compte généralement de 5 à 10%
de produit déshydratant par rapport au poids de fluide frigorigène (50 à
100 gr. au kg)
VI.1.2. DESHYDRATANTS EMPLOYES HABITUELLEMENT
L’alumine activée :
Le gel de silice :
Le chlorure de calcium :
Absorbe l'humidité et les acides, employée avec le SO2, le CH3
CL et le fréon 12.
Avec le SO2 n'est employée que sur la conduite d'aspiration.
(silicagel), actuellement le plus utilisé et le plus
recommandable, s'emploie comme l'alumine activée dont il a
sensiblement les mêmes propriétés. Peut être réactivé par
chauffage.
Sèche par réaction chimique. N'absorbe pas les acides, un excès
d'humidité produit une saumure corrosive. Ne doit en aucun cas
être laissé sur les installations plus de quelques jours.
Le carbogel:
Composé ayant les avantages du gel de silice, peut se régénérer
indéfiniment par chauffage. S'emploie comme l'alumine
activée.
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VI.2. Les Pressostats :
Les pressostats sont utilisés dans les installations de réfrigération et de
conditionnement de l’air pour assurer une protection contre une pression d’aspiration trop
faible ou une pression de refoulement trop élevée. Ils peuvent aussi être utilisés pour la
régulation dans certaines pratiques.
Il existe deux types de pressostats:
VI.2.1.
Le pressostat Basse pression (BP).
Le pressostat BP actionne le contacte inverseur lorsque la pression d’aspiration
diminue, il est monte sur le tube d’aspiration du compresseur. Est principalement utilise pour
les chambres froides ; les refroidisseurs de liquide ; … Il assure la sécurité (généralement un
pressostat combinée haute et basse pression) aussi bien que la régulation (régulation
pressostatique ; système Mortreux et Pump down).
VI.2.2. Le pressostat Haute pression (HP)
Le pressostat HP actionne le contacte inverseur lorsque la pression de refoulement
augmente au delà d’une valeur déterminée. Il est monté sur le coté haute pression de
l’installation frigorifique et utilisé pour la sécurité du circuit frigorifique contre les
surpressions, mais peut aussi être utilisé pour réguler le fonctionnement des ventiloscondenseur ou la pompe d’eau en cas d’un condenseur à eau.
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VI.2.2.1.
Dessins et principes
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VI.2.2.2.
Réglage des pressostats :
VI.2.2.2.1.
Pressostats avec réarmement automatique basse pression, BP
- Régler la pression de marche BP sur l’échelle "CUT-IN" (échelle de plage).
- Un tour de la tige basse pression BP ~ 0,7 bar.
- Régler le différentiel BP sur l’échelle "DIFF".
- Un tour de la tige différentielle ~ 0,15 bar.
- La pression d’arrêt BP = la pression de marche BP moins le différentiel.
Nota! La pression d’arrêt BP doit se situer au-dessus du vide absolu (po = -1 bar) Si le
compresseur ne s’arrête pas en cas de pressions d’arrêt basses, s’assurer que le différentiel
réglé n’est pas trop grand!
VI.2.2.2.1.
Pressostats avec réarmement automatique haute pression, HP
- Régler la pression d’arrêt HP sur l’échelle "CUT-OUT".
- Un tour de la tige haute pression HP ~ 2,3 bar.
- Régler le différentiel HP sur l’échelle "Diff ".
- Un tour de la tige différentielle ~ 0,3 bar.
- La pression de marche HP = la pression d’arrêt HP moins le différentiel.
Utiliser un manomètre pour contrôler la pression de marche et d’arrêt du côté BP et la
pression d’arrêt du côté HP.
VI.2.2.2.2.
Pressostats avec réarmement manuel
- Régler la pression d’arrêt sur l’échelle "CUT-OUT" (échelle de plage).
- Pour les pressostats basse pression, le réarmement manuel est possible lorsque la
pression est égale à la pression d’arrêt plus le différentiel.
- Pour les pressostats haute pression, le réarmement manuel est possible lorsque la
pression est égale à la pression d’arrêt moins le différentiel
VI.3. Les Thermostats
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VI.3.1. Thermostats à bulbe
Les thermostats sont des appareils de régulation destinés à ouvrir et à fermer un
contact électrique par l’action d’une variation de température.
Chaque thermostat possède un réglage de température avec un différentiel
d’enclenchement pour certain variable.
Les thermostats mécaniques sont équipé d’un bulbe servant à capter la température
interne de l’enceinte à refroidir, il peut être placée à l’intérieur de l’enceinte ou a l’extérieur
pour les thermostats munis d’un capillaire de liaison long. Le différentiel est généralement
préréglé d’usine.
VI.3.2. Les thermostats ou régulateurs électroniques
Les régulateurs de température électroniques se différencient par un affichage digital
de la température. Le principe de fonctionnement reste le même, a l’exception d’une sonde
CTP ou CTN remplaçant le bulbe thermostatique et une alimentation électrique de l’appareil.
Ils agissent directement sur le démarrage du compresseur ainsi que sur le ventilateur de
l’évaporateur (si ventilé).
Elles sont indissociables des programmations électroniques. Elles permettent une
mesure très précise de la température, et donc une capacité pour l'électronique à réguler de
manière très économique. CTN et CTP sont similaires au regard, c'est dans leur
comportement face au changement de température que l'on trouve des différences.
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La CTN:
Il s'agit d'une résistance (capacité à freiner le courant), qui diminue lorsque la température
augmente. Les initiales CTN signifient Coefficient de Température Négatif. Elle est appelée
ainsi à cause de la formule mathématique qui la caractérise.
La CTP:
Il s'agit d'une résistance, qui augmente en même temps que la température. Les initiales CTP
signifient Coefficient de Température Positif. Comme la CTN elle est appelée ainsi à cause de
sa formule mathématique caractéristique.
VI.3.3. les Thermostats à Bilames :
Ces thermostats sont présents dans quasiment tous les appareils électroménagers. Ils
permettent un contrôle fiable de la température pour un coût accessible. On les utilise pour la
régulation de température, et pour protéger les appareils en cas de surchauffe. Leur principe
de fonctionnement repose sur la déformation du disque bilame sous l'effet de la chaleur
transmise par l'intermédiaire du cabochon. En se déformant ce disque agit sur une tige mobile
qui actionne l'ouverture ou la fermeture du contact électrique. En refroidissant, le disque
reprend sa forme, et le contact retrouve sa position initiale. Selon le fonctionnement
recherché, ce type de thermostat peut ouvrir ou fermer le contact électrique.
Leur utilisation dans le froid commerciale est souvent dans les évaporateurs comme
thermostat de fin de dégivrage et thermostat de contacte.
On trouve également des thermostats à plusieurs étages, étant capables de relevé
plusieurs températures, et d'actionner plusieurs contacts électriques. Coté mécanisme, on
trouve autant de tiges agissant sur autant de contacts distincts.
Ces thermostats sont souvent appelés Klixon, il s'agit en fait d'une marque de
fabrication.
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VI.3.4.
Le thermostat à réarmement manuel:
Ces thermostats servent de sécurité en cas de surchauffe, on les reconnaît facilement
grâce à leur tige rouge, qui réarme le système lorsque l'on appuie dessus. Un léger déclic se
fait entendre au réarmement.
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Chapitre VII.
FLUIDES FRIGORIGENES
Traditionnellement appelées GAZ ou FREON, ce sont les fluides frigorigènes qui sont
les porteurs de la chaleur dans un circuit frigorifique, par leur circulation et changement d'état
ils peuvent abaisser les températures même au dessous de -40°C.
On trouve ainsi quelques catégories des fluides frigorigènes les plus répandues.
CFC : les chlorofluorocarbones (sont actuellement interdits par la loi)
HCFC : les hydro chlorofluorocarbones (le seront bientôt)
HFC: les hydro fluorocarbures (fluides de transition).
PFC: Les Hydrocarbures perfluorés ou perfluorocarbures
NH3: l’Ammoniac qui reste un fluide toxique et explosif. (Inorganique)
Les hydrocarbures: R -6XXx inflammables (organique)
VII.1. Nomenclature :
Ce modèle de nomenclature peut s’appliquer pour tout fluorocarbure (FC) de type
CFC, HCFC, HFC et PFC. La nomenclature des gaz fluorés suit le modèle de type "XYZc0123b4a", où chacun des chiffres et lettres représentent :
XYZ : FC, CFC, HCFC, HFC ou PFC.
c : Composé cyclique.
0 : Nombre de liaisons doubles (omis si zéro).
1 : Nombre d’atomes de carbone - 1 (omis si zéro).
2 : Nombre d’atomes de d’hydrogène + 1.
3 : Nombre d’atomes de fluor.
b4 : Nombre d’atomes de chlore remplacés par des atomes de brome (omis si zéro);
a : Lettre ajoutée pour identifier les isomères.
Dans le cas où la molécule contient du brome, le gaz (toujours du CFC) s'appelle
halon.
Lorsque ces substances sont utilisées en tant que fluide frigorigène, les "XYZ" est
remplacé par la lettre "R", comme Réfrigérant. La valeur du premier chiffre qui suit la lettre R
peut prendre alors les valeurs spécifiques suivantes:
4 ou 5 , il s’agit d’un mélange zéotrope ou azéotrope.
6, il s’agit d’un composé organique autre que des CFC, HCFC, HFC et PFC (ex. R690 :
Propane)
7, s'il s’agit d’un composé inorganique (ex. R717 : Ammoniac, R744 : Dioxyde de carbone)
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Quelques exemples de CFC :
Le CFC-12 est un dérivé du méthane, sans hydrogène, avec deux atomes de fluor et
deux de chlore. Il a donc pour formule : CF2Cl2.
Le CFC-113 est un dérivé de l’éthane, sans hydrogène, avec trois atomes de fluor et
trois de chlore. Il a donc pour formule : C2F3Cl3.
Le CFC-13B1 (ou halon 1301) est un dérivé du méthane, sans hydrogène, avec trois
atomes de fluor et un de brome. Il a donc pour formule : CF3Br.
Un exemple de HCFC :
Le HCFC-22 est un dérivé du méthane, avec un atome d’hydrogène, deux atomes de
fluor et un de chlore. Il a donc pour formule : CHF2Cl.
Un exemple de HFC :
Le HFC-134a est un dérivé de l’éthane, avec deux atomes d’hydrogène et quatre de
fluor. Il a donc pour formule C2H2F4.
Règle du "90", exemple du R32 :
Ajoutez 90 au nombre : 32 devient 122,
Le premier chiffre donne le nombre d'atome de carbone : ici 1,
Le dernier chiffre donne le nombre d'atome de fluor : ici 2,
Le chiffre du milieu donne le nombre d'atome d'hydrogène : ici 2.
Si le bilan est incomplet, les autres atomes sont généralement des atome de chlore :
R22 donne 112 donc CHClF2
VII.2. Réglementation des Fluides Frigorigènes
VII.2.1.
Protection de la couche d'ozone :
Par leurs effets dégradants la couche d’ozone ; les CFC et les HCFC ont fait l’objet de
plusieurs limitations voir des interdictions au niveau international notamment par :
-
La convention de Vienne en 1985.
Le protocole de Montréal en 1987.
Le protocole de Kyoto en 1997.
Réunion de la Chine sur les changements Climatiques d’octobre 2006.
ont résulté plusieurs décisions notamment :
Réduction des CFC de 50% à partir du janvier 2005.
Réduction de 85% au début de 2007.
Réduction totale en 2010 des CFC et à l’horizon 2040 des HCFC avec gel de la
consommation en 2015.
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Mais déjà leur interdiction restera une chose quasi certaine, puisque ces fluides
contiennent le Chlore qui est responsable de la dégradation de la coche d’ozone (O3) suivant
la formule chimique suivante :
Cl + O3 -----------> ClO + O2
CLO + O3 --------> Cl + O2 + O2
Ainsi cette formule se répète sans cesse pendant 130 années.
A quoi sert l’Ozone qu’on essai surtout de préserver ?
En effet l’Ozone stratosphérique est une couche de gaz O3 présente dans le
stratosphère entre 12 et 50 Km d’altitude environ ; il protège la terre des effets nocifs de
certains rayonnements solaires dans la gamme des Ultra-Violets de type.
Il caractérise le pouvoir de destruction de l'ozone d'une substance.
On a attribué la valeur 1 à la molécule de CFC-11. Toutes les autres
substances sont comparées au CFC-11. Ainsi le HCFC-22 a un ODP
de 0,055. Autrement dit son potentiel d'appauvrissement de l'ozone
est 5,5% celui du CFC-11.
Il caractérise le pouvoir de réchauffement d'une substance par
rapport à celui du CO2 pris par définition égal à 10. Il est d'usage de
le calculer sur une période de 100 ans (temps d’intégration). Le
HFC-134a, par exemple, a un GWP de 1300, ce qui signifie que si 1
Kg de HFC-134a a est émis dans l'atmosphère, il aura le même effet
sur une période de 100 ans que 1300 Kg de CO2.
Ce cœfficient caractérise l'impact global d'une installation sur le
climat. Il comprend 2 composantes :
L'effet direct dû aux émissions de fluorocarbures (fuites dans les
installations) ;
l'effet indirect provenant des émissions de CO2 dues à la
consommation d'énergie. en effet la fabrication d'électricité dans les
TEWI
Total
Equivalent centrales thermique à partir de la combustion de combustibles
Warming Impact / fossiles émet du CO2, ainsi que la consommation de carburant pour
Effet
de
Serre le conditionnement d'air automobile.
Equivalent Total
le TEWI est exprimé en Kg de CO2.
ODP
Ozone
Depletion
Potential / Potentiel
d'Appauvrissement
d'Ozone
GWP
Global
Warming
Potential / Potentiel
de
Réchauffement
Planétaire
TEWI = D + I = [GWP100 x m x f x n] + [E x n x A]
m : charge en fluide frigorigène.
f : Taux annuel de fuite.
n : durée de vie de l'équipement.
E : consommation d'énergie / an.
A : Emission de CO2 par KWh.
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(Kg)
(%)
(an)
(KWh / an)
(kg CO2 / KWh)
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VII.2.2.
Réchauffement de la planète (Effet de Serre):
Le soleil émet un rayonnement* de courte longueur d'onde (entre 0,2 et 4
micromètres). Environ 50% de ce rayonnement parvient jusqu'au sol. Il est absorbé par la
terre qui réémet un rayonnement de plus grande longueur d'ondes (l'infrarouge lointain).
Mais, de la même manière qu'avec les vitres d'une serre, ce rayonnement est
partiellement absorbé par des gaz dits << gaz à effet de serre>>. Ces gaz sont transparents aux
rayons incidents, mais opaques aux rayons réfléchis par la terre.
Ce rayonnement ainsi absorbé contribue à augmenter la température de la planète.
Mais aussi sans l'effet de serre la température moyenne de la terre serait de -18°C.
Ainsi les CFC ; les HCFC et les HFC sont des gaz à effet de serre très néfastes.
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VII.2.3.
Coefficients
VII.3. Les bonnes pratiques environnementales
Dans nos pratiques autant que frigoristes impliqués dans le processus d'appauvrissement
d'ozone et du réchauffement de la planète notre devoir est d'appliquer ces trois consignes :
1. Réduction des émissions des Fluides frigorigènes:
- Par une bonne préconisation à la conception des installations.
- Par une Détection des fuites responsables.
- Par la Récupération des fluides pendant les opérations d'Entretien
2. Réduction es consommations Energétiques :
3. Entretien Efficace des Installations
VII.4. Bibliothèque :
VII.4.1.
Rayonnement solaire :
La lumière couvre une très large gamme de longueurs d’onde appelée spectre
électromagnétique. Les scientifiques distinguent généralement 6 gammes de longueurs
d’onde :
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Les rayons sont les plus violents. Ils traversent facilement de grandes épaisseurs de
matière et sont donc dangereux pour les cellules humaines, dans lesquelles ils produisent des
mutations. De la matière très chaude ou radioactive produit des rayons gamma. Leurs
longueurs d’onde s'étendent d’un cent milliardième (10-14 m) à un milliardième (10-12 m) de
millimètre.
Les rayons-X sont eux aussi violents. Utilisés en médecine pour voir à travers le corps
humain, ils sont un peu moins nocifs que les rayons gamma, mais restent dangereux à faible
dose. Les rayons-X ont des longueurs d’onde comprises entre un milliardième (10-12 m) et un
cent millième (10-8 m) de millimètre.
Les ultraviolets restent assez puissants. Ils sont nocifs pour la peau et on doit donc
s’en protéger à l’aide de crèmes solaires. La couche d’ozone est déjà un premier rempart
efficace contre ce type de lumière. Les néons des boîtes de nuit ou des détecteurs de faux
billets émettent des ultraviolets assez doux. Leurs longueurs d’onde s’échelonnent d’un cent
millième (10-8 m) à quatre dixièmes de millième (4x10-7 m) de millimètre.
Le domaine visible correspond à la partie du spectre visible par notre œil. C’est
justement dans ce domaine que le Soleil est le plus lumineux. Il s’étend de quatre dixièmes de
millième (4x10-7 m) - lumière bleue - à huit dixièmes de millième (8x10-7 m) de millimètre lumière rouge. Un arc-en-ciel décompose la lumière blanche, à la manière d’un prisme, et met
en évidence les différentes longueurs d’onde qui la composent. Notre œil est centré autour du
maximum d’intensité solaire. En effet, le Soleil rayonne dans toutes les longueurs d’onde du
spectre, mais son maximum est dans le vert. Plus qu’une coïncidence, il s’agit plutôt d’une
adaptation de l’œil humain à son environnement.
L’infrarouge est émis par des corps modérément chauds. Un radiateur ou notre corps
en produisent. Il est intéressant de remarquer qu’en chauffant une barre métallique, elle émet
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d’abord en infrarouge, puis en s’échauffant, elle devient rouge, puis vire au blanc. A ce
moment, elle est tellement chaude qu’elle émet une lumière blanche (constituée de toutes les
longueurs d’onde du spectre visible) à la manière du Soleil, dont la température est elle aussi
très chaude (environ 5600°C). La gamme des infrarouges couvre les longueurs d’onde allant
de huit dixièmes de millième de millimètre (8x10-7 m) à un millimètre (10-3 m).
Le domaine radio commence à une longueur d’onde de 1 millimètre. Il est divisé en
sous-catégories : millimétrique, centimétrique, etc. jusqu’au kilométrique. La bande FM de
nos postes de radio correspond à une longueur d’onde de l’ordre du mètre. Les téléphones
cellulaires communiquent avec des photons d’une longueur d’onde de 10 cm environ.
Ainsi donc, la notion de lumière admise par le grand public est beaucoup plus large
que ce à quoi on pourrait s’attendre. Notre œil, un poste de radio ou un téléphone cellulaire
reçoivent tous trois de la lumière. Dans ces trois cas, les photons sont convertis en impulsions
électriques, soit par les cellules de la rétine, soit par l’appareillage électronique.
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Chapitre VIII.
CHANGEMENT CFC & HCFC
Pour les Techniciens frigoristes la problématique s'impose toujours et plusieurs questions
se posent perpétuellement :
- Quel fluide doit-on utiliser pour substituer le R-xx?
- Quels sont les changements à faire sur une installation Y fonctionnant au fluide R-xx?
- Le fluide de substitution aura t-il un impacte sur l'installation existante ?
- Doit-t-on changer d’huile?
- Et à propos de la Puissance Frigorifique ou le COP de l'installation va-t-elle changer?
En effet la mise sur le marcher d'une gamme de fluides de substitution et leur évaluation
dans le fonctionnement des installations frigorifiques ont commencé à enlever certaines
ambiguïtés vis-à-vis de ces questions et à rendre les pratiques à adopter pour changer un tel ou
un tel fluide beaucoup plus claires. En tous cas on à pas le choix dans cette période de
transition en attendant que les recherches nous révèlent des Fluides Frigorigènes plus
commodes.
VIII.1.
Liste des Fluides de substitution :
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VIII.2. Changement du R-22 :
Le R-22 est l'HCFC le plus utilisé dans l'industrie et le froid commercial, mais du point
de vue environnemental il contiens le Chlore et possède un Effet de serre directe de 1700 kg
de CO2. L’utilisation du R-22 neuf dans les installations frigorifiques sera interdite à partir du
31/12/2009. Ce qui implique son remplacement. Néanmoins les solutions pour le remplacer
sont diverses et dépendent de l'utilisation; la température d'évaporation...
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IL est à noter que la miscibilité avec l'huile peut entrainer une réduction d'échange
thermique dans l'évaporateur, dont la nécessité de consulter les fiches constructeurs.
Aussi dans le cas de changement il faut faire attention aux modifications suivantes :
- changement des détendeurs.
- Utilisation des organes à braser (risque de fuite très grand dans le cas des HFC).
Le graphique suivant donne les puissances frigorifiques d'une installation fonctionnant
aux plusieurs fluides. Ces puissances sont exprimées par-rapport au R-22 :
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Chapitre IX.
LES CHAMBRES FROIDES
Une chambre froide est une construction différente des autres constructions
industrielles car elle est destinée pour la conservation (stockage) des produits pour une longue
durée en maintenant une basse température.
Selon la température on trouve deux types de chambres froides :
-
les chambres froides positives.
Les chambres froides négatives.
Mais selon la construction on distingue trois catégories:
IX.1 Les chambres froides préfabriquées démontables
Ce sont des locaux isolés dont toutes les parois sont constituées de panneaux sandwich
préfabriqué à l’usine et peuvent être rassemblés et démontés plusieurs fois. Souvent les
panneaux sont équipés de système excentrique de verrous manœuvrables par clé qui
rapprochent et serrent deux panneaux l’un à l’autre avec l’ajout d’un joint entre les deux.
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IX.2.
Les chambres froides indémontables
Ce sont des chambres dont au moins l’une des parois est faites de panneaux sandwich
préfabriqués à l’usine puis rassemblés sur chantier de façon définitive dépourvus de cadres
métalliques et de système de verrous.
IX.3.
Les chambres froides traditionnelles
Les parois sont construites en maçonnerie, l’isolation n’est alors qu’un doublage
destiné à diminuer le transfert thermique. Sauf que cette disposition nécessite la mise en place
d’un écran par vapeur pour protéger l’isolation en plus d’un système de fixation de cette
dernière sur les murs.
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IX.4. L’isolation des chambres froides :
L’isolation est le principal élément qui entre dans la construction des chambres froides
quelque soit leur nature, puisque elle favorise une résistance thermique contre le transfert de
la chaleur du milieu chaud au milieu froid. Ainsi un bon isolant doit avoir les caractéristiques
suivantes:
Coefficient de conductivité (λ) faible.
Faible variation dimensionnelle.
Imperméabilité à la vapeur d’eau.
Prix de revient faible.
Ininflammable ou avec une faible réaction au feu.
Facile à travailler et à transporter.
Non altérable par les micro-organismes (champignons ; insectes ; parasites…).
-
Dans l’industrie du froid les principaux isolants sont:
Isolant
Utilisation
λ en w/m°C
Fibre de verre
Froid ménager et fours
0.040
Polystyrène expansé
Plaques dans les chambres traditionnelles
0.035
Mousse de polyuréthane
Panneaux sandwich
0.023
Liège
Peu utilisé
IX.5.
-
Le coefficient globale de transmission de chaleur k en [w/m2°c] :
La quantité de chaleur transmise par une paroi d’une surface de 1 m2 et dont
l’épaisseur est (e en mètre) se calcule de la manière suivante :
-
Pour les panneaux Sandwich:
k 
-
e
Pour les parois traditionnelle (mur + parvapeur + isolant +... voir dessin plus haut):

1 1 1  2
1
  
 ...  n 
k hi e1 e2
en he
(cette formule est utilisée parois traditionnelle uniquement la résistance thermique des
différentes couches est ainsi calculer.)
hi : coéficient de conductivité de l'air intérieur.
he : coéficient de conductivité de l'air extérieur
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IX.6. Calcule des déperditions de chaleur par une paroi :
Les parois d’une chambre froide laisse pénétrer la chaleur du milieu chaud qui est bien
sur le milieu extérieur, vers le milieu froid qui n’est d’autre que l’intérieur de la chambre,
cette quantité de chaleur dépend du coefficient de transmission de chaleur K ; de la surface de
la paroi et de la différence de température. Cette quantité de chaleur dans un instant donné à
une influence directe sur le bilan thermique donc sur le temps de fonctionnement du
compresseur ainsi que la consommation électrique.
La formule du calcule est la suite :
  K * S *  [ Kj / S ]
K: Le coefficient globale de transmission de chaleur en [w/m2°C]
S: Surface de la chambre en mettre carré.
Δθ : Différence de température entre l'intérieur et l'extérieur de la chambre froide.
IX.7. Le Bilan Thermique d’une chambre froide :
Le bilan thermique est la prise en charge de tous les apports thermiques qui influencent
le fonctionnement de la chambre froide, en effet il sert à calculer la puissance frigorifique de
la machine qui servira par la suite au choix des équipements appropriés ; le tableau suivant
nous donne un bilan simplifié :
N°
Φ1
Apports
Les denrées
(réfrigération)
Formule de calcule journalier
M x C x ΔT1
masse x chal spec x diff de temperature
Φ1
Les denrées (congélation) M x CL
Φ1
Les denrées (surgélation)
M x C x ΔT2
Φ2
Apport par les parois
K x S x Δθ x 3600 x 24
Φ3
Apport par les appareils
Φ4
Apport par le personnel
Φ5
Apport par l’éclairage
Φ6
Apport par
renouvellement d’air
Φ7
Apport par la ventilation
Pxt
puissance x temps
NxPxT
nombre de personnes x puissace
dégagée x temps
Pxt
puissance x temps
V x C x ΔT
volume CF x chaleur mass x diff
température air intérieur et
extérieur
V x Br x ΔP x t/η
volume x Taux de Brasage x diff
de pression ventilateur x temps
de fonctionnement divisé par le
masse x chleur latente
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Unité de mesure
Kilo joule par jour
(Kj/Jour)
Kilo joule par jour
(Kj/Jour)
Kilo joule par jour
(Kj/Jour)
Kilo joule par jour
(Kj/Jour)
Kilo joule par jour
(Kj/Jour)
Kilo joule par jour
(Kj/Jour)
Kilo joule par jour
(Kj/Jour)
Kilo joule par jour
(Kj/Jour)
Kilo joule par jour
(Kj/Jour)
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ΦT Totale des apports
rendement du ventilateur
7 à 20 %
de la somme des 7 chaleurs
précédantes
ΦT = Φ1 + ……..+ Φ8
Φo
Φo = ΦT / 3600 x 16*
Φ8
Charges incalculables
Bilan thermique
(puissance frigorifique)
Kilo joule par jour
( Kj/Jour )
Kilo joule par jour
( Kj/Jour )
Kilowatt
*pour le bilan du tableau on a estimé le temps de fonctionnement de l'installation 16 heurs
par jours.
- Certain produits végétaux et laitiers nécessitent d'ajouter au bilan thermique les
apports dus aux chaleurs de respiration et de fermentation.
- Br : exprime le taux de brasage (circulation) d'air dans le locale égale le débit du
ventilateur/ volume du locale. Il est de :
10 à 15 pour les locaux de personnel.
15 à 30 pour les chambres de conservation.
60 à 80 pour les chambres de congélation.
120 à 150 pour les tunnels de surgélation.
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Chapitre X.
LES RÉGULATIONS
Les régulations tout-ou-rien sont des commandes électriques des installations
frigorifiques, et le mot tout-ou-rien vient pour les différentier des régulations proportionnelles
qui constituent un autre système de régulation.
Dans les installations frigorifiques de type commerciales on distingue 5 systèmes de
régulation, avec les modifications elles peuvent devenir 7 régulations qui sont:
1)
2)
3)
4)
5)
6)
7)
Régulation thermostatique.
Régulation pressostatique.
Protection minimum
Régulation par système Mortreux.
Régulation par tirage au vide automatique ( Automatic pump down)
Régulation par tirage au vide Unique (singl pump down).
Tirage au vide Unique Améliorée (pump Out).
Pour afficher ces Régulations nous allons prendre pour base l'installation représentée par
le schéma frigorifique suivant :
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X.1.
Régulation Thermostatique :
Avantage :
Simplicité de réalisation.
Inconvénient :
Égalisation de pression et surcharge, coup de liquide, compatibilité avec les installations...
a) Schéma électrique:
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b) Schémas fluidiques
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X.2.
Régulation Thermostatique avec protection Minimum :
Avantage:
L’Ajout d'une Electrovanne évite l'égalisation de pression au moment d'arrêt.
Inconvenient:
Risque des coups-de-liquide, compatibilité....
a) Schéma électrique:
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X.3.
Régulation Pressostatique :
Avantage :
Utilisable (compatible) dans les Installations où la Régulation Thermostatique est impossible
(vitrines d'exposition).
Inconvénient:
Précision des réglages notament en présence des pertes de charge.
a) Schema électrique de commande:
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b) Schémas fluidiques:
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X.4.
Régulation par système Mortreux :
Avantage :
Combinaison des deux régulations précédentes.
Inconvénient :
Les inconvénients des deux régulations.
a) Schéma électrique:
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b) Schémas fluidiques:
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X.5.
Régulation par Tirage au Vide Automatique :
Avantage :
Réduction des surcharges du motocompresseur dues aux vapeurs, réduction du risque des
coups-de liquide.
Inconvénient :
A l'arrêt du thermostat le compresseur risque de fonctionner en courts cycles en cas
d'inétanchéité de l'électrovanne.
a) Schéma électrique:
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b) Schémas fluidiques :
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X.6.
Régulation par Tirage au Vide unique :
Avantage:
Evite le risque des courts cycles à la coupure du thérmostat.
Inconvénient:
Risque de fonctionnement en courts cycles en cas de température d’évaporations trop basses
proches de celle du réglage du pressostat BP, ceci se manifeste dans les chambres froides
négatives.
a) Schéma électrique:
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c) Schéma fluidique:
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X.7.
Régulation par Tirage au vide Unique améliorée :
Avantage : Elimination du risque des courts cycles.
Inconvénient : Complexité de réalisation et de compréhension.
Schéma :
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Chapitre XI.
LA CLIMATISATION
La climatisation ou le conditionnement d'air est une opération qui consiste à changer
les paramètres de l'air (température; chaleur; humidité...) en vue d'obtenir le confort. Par
habitude dans les saisons froides on a besoin de chauffer les locaux, tandis qu'en saison
chaude on a tendance plutôt à refroidir l'air ambiant. C'est ainsi que les professionnels de la
climatisation ont conçu une gamme de produits et appareils destinés au traitement d'air qui
sont regroupés en deux grandes catégories:
1 - Les climatiseurs individuels (gamme résidentielle).
2 - Les climatiseurs centralisés (gamme tertiaire ou CTA central de traitement d’air).
XI.1. Climatiseurs Individuels:
Les climatiseurs individuels sont des appareils destinés à traiter l'air d'un local de
faible volume (salle, petit magasin....) dans cette gamme de produit on trouve :
- Climatiseur Monobloc: tous les appareils sont groupés dans un seul caisson.
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- Climatiseur Split Système : composé de deux unités unité intérieur et unité extérieur.
unité extérieur
unité intérieur
Fonctionnement d'un climatiseur individuel:
Les climatiseurs sont soit froid seul soit réversibles (froid et chauffage)
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XI.2. La climatisation centralisée :
Une centrale de traitement d'air doit en principe fonctionner toute l'année, c'est à dire
chauffer et humidifier l'air en hiver et refroidir et déshumidifier l'air en été en plus de la
ventilation
;
filtration
et
renouvellement
d'air.
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Une CTA est composée d'une batterie froide ; une batterie chaude ; un laveur d'air
(humidificateur) ; d'un ventilateur ; d'un filtre ; des gaines de soufflage et de reprise d'air et
d'un caisson de mélange d'air. (Voir figure ci-dessous)
- l'alimentation de la batterie froide peut être par le fluide frigorigène lui-même c'est le cas
d'une CTA à détente directe (voir figure ci-dessous)
- aussi la batterie froide peut être refroidie par eau avec notamment l'utilisation d'une vanne
à 3 voies comme montrées dans la figure ci-dessous :
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Chapitre XII.
CLIMATISATION AUTOMOBILE
La climatisation automobile fonctionne de la même manière qu'un réfrigérateur, c'est à
dire le même principe de fonctionnement qu'une installation frigorifique. Les appareils
principaux sont les mêmes avec une différence dans la conception bien sûr.
XII.1. Compresseur
- Il compresse le gaz basse pression de 3 bar à 16 bar.
- le gaz haute pression sort à une température d'au moins 80°C.
- La compression se fait en général par l'intermédiaire de 7 pistons commandé par un plateau
oscillant.
- Les clapets d'aspiration et de refoulement sont montés sur une plaque à l'arrière du
compresseur.
- Un compresseur qui fuit par son joint spy (derrière la poulie) est en principr non-réparrable.
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En effet les constructeurs considèrent que un joint spy qui fuit a chauffé, donc il a usé
la portée et il sera pour toujours non-étanche.
IL faut considerer que les fluides frigorigènes sont de trés petites molécules qui s'échappent
trés facilement.
- Quand le compresseur est à l'arrêt, sa poulie est folle et tourne entrainée par le moteur.
- Un embrayage électro-magnétique solidarise la poulie au compresseur à la demande.
- La consomation électrique de l'embrayage est de l'ordre de 43 Watt (3 Ampères)
Embrayage du compresseur libre
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Embrayage du compresseur
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1)corps de compresseur ;
9)joint de culasse ;
2)rotor à cames équilibrées ;
10)clapets d’admission et de refoulement ;
3)plateau de commande des bielles et
11)couvercle porte palier d’arbre ;
pistons ;
12)joint torique d’étanchéité ;
4)pistons avec segments ;
13)bague d’étanchéité frontale ;
5)engrenage guide ;
14)chemins de roulement ;
6)bouchons de remplissage et de contrôle
15) raccords d’entrée et de sortie du fluide ;
du niveau d’huile ;
16)bobinage de l’embrayage ;
7)culasse en alliage léger ;
17)poulie d’entraînement ;
8)siège de clapets d’admission et de
18)plateau de liaison
refoulement ;
XII.2. Le condenseur:
Il dégage la chaleur par un échange thermique favorisé par la vitesse d'air qui le parcoure.
IL est placé généralement avant le radiateur de l'automobile.
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XII.3. Le détendeur:
Le détendeur provoque une chute de pression du fluide frigorigène.
Ce type de détendeur possède un orifice qui sert au retour des vapeur vers le compresseur.
- il est monté dans l'éspace séparant la partie moteur et le compartiment sous le tableau de
bord.
XII.4. Evaporateur
- Monté dans le bloc chauffage il est équipé d'ailettes pour augmenter sa surface d'échange.
- Il est précédé du détendeur qui libère la pression à son entrée.
- La détente du fluide va provoquer sa vaporisation et celle-ci à besoin de chaleur pour avoir
lieu.
Donc
l'évaporateur
absorbe
la
chaleur
et
provoque
du
froid.
- L'air qui est refroidi par l'évaporateur, en se refroidissant, perd son humidité, laquelle se
transforme en eau. (Un évaporateur peut condenser jusqu'à 3 litres d'eau à la minute). C'est
pour cette raison que les blocs chauffages sont équipés d'évacuations d'eau dans leur partie
inférieure. Quand la climatisation fonctionne, de l'eau coule sous le véhicule.
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XII.4. Le réservoir déshydrateur:
En plus de la fonction du déshydrateur il accumule le fluide frigorigène.
XII.5. Le pressostat:
IL est placé sur le circuit haute pression.
Il a 2 fonctions:
- Permettre le fonctionnement du compresseur dans une plage de pression entre 2 et 32 bar (2
bar > fonctionnement < 32 bar)
ceci pour la sécurité de l'installation.
- Déclencher le motoventilateur 13 bar pour la 1° vitesse et 16 bar pour la seconde (souvent la
1° vitesse se met en fonctionnement en même temps que le climatiseur)
- Les pressions sont données pour information, elles peuvent différer d'un modèle à l'autre.
- Le remplacement du pressostat ne nécessite pas de vider le circuit. Une valve d'isolation
obture le circuit lors de sa dépose.
XII.6. Climatisation ; consommation du moteur; et écologie
Selon l'ADEME (Agence de l'Environnement et de la Maîtrise de l'Energie) 06/2003
- La consommation d'un véhicule climatisé est d'environ 25 à 35% en ville et de 10 à 20% sur
route supérieur à un véhicule non climatisé.
Soit ramené à l'année 5% de CO2 en plus.
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Il faut considérer l'énergie prise pour compresser le fluide, mais aussi l'énergie
électrique (non négligeable), l'embrayage du compresseur, le ventilateur de refroidissement
moteur et le ventilateur de "chauffage".Cette énergie électrique est prise sur l'alternateur qui
ne donne pas d'électricté sans prendre l'énergie équivalente sur le vilebrequin.
Les rejets de fluides dans l'atmosphère (fuites, maintenace, fin de vie du véhicule)
correspondent à un équivalent de 10 à 20g/km (1 gramme de "R 134 a" correspond à 1300 g
de CO2 sur l'effet de serre)
- L'ADEME estime à 3kg de CO2 en plus au 100km dû à la climatisation.
- Cette sur-consomation est dûe en premier lieu au fonctionnement du compresseur
Mais il ne faut pas oublier tous les accessoires électriques mis en fonctionnement en
même temps que le climatiseur:
* L'embrayage du climatiseur
* Le ventilateur du condenseur
* Le ventilateur de l'évaporateur
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Chapitre XIII.
DEPANNAGE FRIGORIFIQUE
L’expérience du dépannage frigorifique sur les installations de froid commercial et de
climatisation permet de classer les pannes frigorifiques en huit grandes familles comme suit
Les quatre premières pannes se caractérisent par une BP anormalement faible
1/ la panne du détendeur trop petit (la puissance du détendeur est insuffisante)
2/ la panne du manque de charge en FF (le circuit frigorifique ne contient pas assez de FF)
3/ la panne de la pré-détente (pré-détente indésirable sur la ligne liquide avant le détendeur)
4/ la panne de l’évaporateur trop petit (la puissance frigorifique de l’évaporateur est
insuffisante)
5/ la cinquième panne se caractérise par une BP élevée avec une puissance frigorifique faible;
c’est la panne du compresseur trop petit, la puissance du compresseur est insuffisante
Les trois dernières pannes se caractérisent par une HP anormalement élevée
6/ la panne de l’excès de charge (il y’a trop de FF dans le circuit frigorifique)
7/ la panne des incondensables (il y’a un excès important d’incondensables dans le circuit)
8/ la panne du condenseur trop petit (la puissance du condenseur est insuffisante)
Quelque soit la panne, elle se caractérise par une production frigorifique faible par
rapport à la puissance normale.
XIII.1. Panne du détendeur trop petit
Il est souvent consécutif à une mauvaise sélection du détendeur thermostatique (buse
trop petite). Le détendeur ne laisse pas passer assez de FF dans l’évaporateur, la dernière
goutte de liquide va apparaître très trop à l’intérieur de l’évaporateur, la SH des vapeurs à la
sortie de l’évaporateur va être importante, la température du FF à l’aspiration du compresseur
sera élevée et par conséquent celle du FF au refoulement également.
Le compresseur peut aspirer plus de vapeurs que l’évaporateur en produit, la BP
devient anormalement faible. Le carter du compresseur sera anormalement chaud.
La BP a tendance à chuter tandis que la température du fluide à refroidir à l’entrée de
l’évaporateur augmente, l’écart maximal de température de l’évaporateur sera important.
Le condenseur devient potentiellement surpuissant et puisque la puissance frigorifique
produite est faible (manque de FF dans l’évaporateur), l’excédent de FF se retrouve dans le
condenseur, le SR sera très bon.
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Il ne faut cependant pas confondre cette panne avec celle de la pré-détente qui se
caractérise par une différence de température entre le départ de la conduite liquide et l’entrée
du détendeur.
Lorsque la panne du détendeur est localisée avec certitude, il faut rechercher la cause
exacte qui peut être parmi les causes suivantes :
- détendeur mal sélectionné
- détendeur trop fermé à la suite d’un mauvais réglage
- train thermostatique du détendeur percé ou prévu pour un autre FF
- détendeur grippé mécaniquement
- filtre à l’entrée du détendeur colmaté…
XIII.2. Panne du manque de charge.
Lorsqu’il manque de FF dans l’installation, il en manque également dans tous les
organes de l’installation, en particulier dans les organes principaux.
L’évaporateur sera mal alimenté en FF et les répercussions que celles de la panne du
détendeur trop petit seront observées. Le condenseur devient surpuissant mais comme il
manque de FF dans le condenseur également, la tuyauterie liquide sera mal remplie d’où la
présence de FF gazeux dans cette tuyauterie, le SR sera pratiquement nul et des bulles devront
apparaître sur le voyant liquide.
La présence de bulles au niveau du voyant liquide n’implique pas forcement un
manque de charge en FF, cependant un maque de charge se traduit toujours par la présence de
bulles au niveau du voyant liquide.
XIII.3. Panne de la pré-détente.
Il s’agit d’une panne consécutive à une détente du FF sur la ligne liquide avant le
détendeur à proprement parler.
Par exemple lorsque le filtre-déshydrateur est bouché, il s’oppose au passage du FF
liquide et peut provoquer une chute de pression importante (suivant l’importance du
colmatage), cette chute de pression peut être comparable à celle créée par la « détente normale
», on peut retrouver alors un mélange de liquide et de vapeur à la sortie du filtre-déshydrateur
et le voyant liquide va « buller ».
Il s’ensuit un manque de FF liquide à l’entrée du détendeur et par suite une mauvaise
alimentation en FF de l’évaporateur avec les mêmes symptômes que ceux de la panne du
détendeur trop petit. Ces deux pannes diffèrent par le fait qu’il y’a une différence de
température sur la ligne liquide pour la panne de la pré-détente.
XIII.4. Panne de l’évaporateur trop petit.
Cette panne caractérise toutes les pannes provoquant une réduction anormale de la
puissance de l’évaporateur. L’évaporateur produisant moins de vapeurs que le compresseur
peut en aspirer, la BP va diminuer fortement.
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Les échanges entre le FF liquide contenu dans l’évaporateur et le fluide à refroidir ne
s’effectuent pas correctement, l’écart de température sur le fluide augmente, le fluide n’est
plus refroidi correctement, le FF n’est plus totalement vaporisé, la SH est faible et il y’a des
risques de coup de liquide, tout se passe comme si le détendeur devenait surpuissant.
Le condenseur devient potentiellement surpuissant puisque la puissance frigorifique
produite est faible, le SR sera plutôt bon.
Ces pannes peuvent avoir 2 origines
A- le manque de débit d’air sur l’évaporateur :
La vitesse de circulation du fluide (l’air) étant faible, le fluide (l’air) reste plus en contact
avec les surfaces d’échange, la température de sortie du fluide diminue alors que celle à
l’entrée augmente, l’écart de température sur le fluide est donc important
B- l’évaporateur est encrassé :
Le fluide est moins bien refroidi et la différence de température sur le fluide sera plutôt
faible
La panne de l’évaporateur trop petit peut avoir plusieurs causes (évaporateur à air) :
- les tubes et les ailettes de l’évaporateur sont encrassés
- les filtres à air sont sales
- la courroie du ventilo évaporateur patine ou est cassée
- la perte de charge du réseau aéraulique de l’évaporateur est trop importante
- la circulation se fait mal dans la chambre froide
- l’un des ventilateurs de l’évaporateur ne fonctionne plus
- le ventilateur de l’évaporateur tourne à l’envers…
Il est à noter que le sens de circulation de l’air est inversé pour un ventilateur du type
hélicoïde lorsque que le ventilateur tourne à l’envers, pour un ventilateur centrifuge, le sens
de circulation reste inchangé ; par contre le débit d’air et la pression aéraulique fournie
diminuent fortement.
XIII.5. Panne du compresseur trop petit.
Cette panne regroupe toutes les anomalies susceptibles de provoquer une perte de
puissance du compresseur.
Par exemple, lorsque le compresseur perd de la puissance (un cylindre sur deux en
fonctionnement, l’autre étant hors service), tout se passe comme si l’évaporateur produit plus
de vapeurs de FF que le compresseur ne peut aspirer, la BP va augmenter fortement.
Le débit massique de FF en circulation étant réduit, la puissance frigorifique va
diminuer également.
Le détendeur devient surpuissant et il y’a des risques de coups de liquide, la SH sera
faible.
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La quantité de FF vapeur aspirée étant réduite, le compresseur sera moins bien refroidi
et son carter sera plutôt chaud. L’énergie électrique consommée par la compresseur va
diminuer.
Le condenseur devient surpuissant, le SR sera bon.
La liste suivante fait le point de quelques pannes du compresseur trop petit :
- clapet cassé ou non étanche
- bris de clapet
- compresseur est sous dimensionné par rapport à l’évaporateur…
XIII.6. Panne de l’excès de charge.
Le détendeur thermostatique réglant le niveau de FF dans l’évaporateur, le lieu de
prédilection pour l’excès de charge est la bouteille liquide et dans une moindre mesure le
condenseur.
En cas d’excès de charge, le niveau de liquide va augmenter dans la bouteille liquide
puis dans le condenseur, réduisant ainsi la surface d’échange du condenseur.
La condensation des vapeurs de FF va mal se passer avec comme répercussion une
augmentation de la HP.
Par contre le FF liquide qui se trouve dans le condenseur et dans la bouteille liquide va
rester plus en contact avec le fluide de refroidissement (ambiance), ce qui va lui assurer un
bon SR.
L’augmentation de la HP entraîne une réduction du débit massique de FF aspiré par le
compresseur et par suite une diminution de la puissance frigorifique.
Le détendeur devient surpuissant à cause de l’augmentation de la HP et la SH des
vapeurs à la sortie de l’évaporateur sera normale, voir faible.
Remarque:
Si l’une des pressions de fonctionnement (BP ou HP) varie dans un sens, l’autre pression a
toujours tendance à varier dans le même sens sauf dans le cas de la panne du compresseur
petit ou la HP descend pendant que la BP augmente.
L’augmentation de la HP va entraîner une consommation électrique plus importante et
l’écart de température maximale sur le condenseur sera plutôt élevé.
IL est préférable d’effectuer le test des incondensables pour ne pas confondre la panne
de l’excès de charge avec la panne des incondensables, ces 2 pannes présentant pratiquement
les mêmes symptômes.
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XIII.7. Panne des incondensables.
Les incondensables sont les gaz indésirables (air, azote…) qui sont dans le circuit
frigorifique.
Ils sont généralement piégés en partie haute de la bouteille liquide et ils augmentent
artificiellement la pression HP (loi de Dalton).
Les symptômes sont les mêmes que ceux de la panne de l’excès de charge. Seul le test
des incondensables permet de différencier ces deux pannes.
Le test des incondensables s’effectue comme suit:
1- Ramener tout le FF dans la bouteille liquide (ou condenseur) par un fonctionnement du
type « Pump Down »
2- Forcer la circulation du fluide de refroidissement (par exemple mettre en Marche le
ventilo-condenseur dans le cas d’un condenseur à air) pendant un certain temps (1/4 d’heure)
3- Mesurer la température du fluide de refroidissement (température de l’air dans le cas d’un
condenseur à air)
4- Comparer cette température à l’indication de la température du manomètre HP
- si les indications respectives du manomètre HP et du thermomètre coïncident à environ 2°C,
il n’y a pas d’incondensables dans le circuit frigorifique
- si la température indiquée par le manomètre dépasse de plus de 2°C à celle du thermomètre,
il y’a des traces d’incondensables qui sont d’autant plus importants que l’écart est plus grand
- si la température indiquée par le manomètre est inférieure de plus de 2°C à celle du
thermomètre, cela veut dire que le circuit est sous chargé en FF, voir complètement vide.
La purge est possible lorsque la bouteille liquide comprend un purgeur e partie haute
ou en créant une purge sur le raccord d’entrée si il n’est pas brasé.
Autrement, il faut vider (récupérer), tirer au vide et recharger le circuit en FF.
XIII.8. Panne du condenseur trop petit.
Cette panne caractérise toutes les pannes provoquant une réduction anormale de la
puissance du condenseur. Le condenseur n’assurant plus un bon refroidissement des vapeurs
de FF, la HP va augmenter fortement.
Les échanges entre les vapeurs de FF dans le condenseur et le fluide de
refroidissement ne s’effectuent pas correctement, la température du fluide de refroidissement
à la sortie du condenseur diminue de même que l’écart de température sur le fluide. Les
vapeurs de FF ne sont pas totalement condensées et le SR est très faible, voir inexistant. Dans
certains cas, le voyant liquide peut même « buller » bien que la charge en FF soit correcte.
L’augmentation de la HP entraîne une réduction de la puissance frigorifique et tout se
passe comme si le détendeur devenait surpuissant, la SH sera normale, voir faible.
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A cause de la HP élevée, la consommation électrique du compresseur est plus
importante et le débit massique de FF véhiculé par le compresseur diminue.
Le compresseur aspirant moins de FF qu’il en peut, la BP va augmenter.
Ces pannes peuvent avoir 2 origines :
- A- le manque de débit d’air sur le condenseur :
La vitesse de circulation du fluide (l’air) étant faible, le fluide (l’air) reste plus en
contact avec les surfaces d’échange, la température de sortie du fluide augmente, l’écart de
température sur le fluide est donc important
-B- le condenseur est encrassé :
La température du fluide à la sortie du condenseur est inférieure à la normale, la
différence de température sur le fluide sera plutôt faible
La panne du condenseur trop petit peut avoir plusieurs causes (condenseur à air):
- les tubes et les ailettes du condenseur sont encrassés
- l’emplacement du condenseur est mal choisi
- la courroie du ventilo-condenseur patine ou est cassée
- la perte de charge du réseau aéraulique de l’évaporateur est trop importante
- il y’a un recyclage de l’air chaud sur le condenseur
- l’un des ventilateurs du condenseur ne fonctionne plus
- le ventilateur de l’évaporateur tourne à l’envers…
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Schéma de synthèse des pannes frigorifiques
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Chapitre XIV.
DEPANNAGE ELECTRIQUE
XIV.1.
Données sur les moteurs des compresseurs
Les pannes électriques se localisent principalement au niveau des moteurs électriques
ou au niveau de leurs protections (fusible grillé, disjoncteur défectueux, mauvais câblage des
circuits
électriques
de
commande
et/ou
puissance…).
Il ne s’agit pas de passer en revue les principales pannes rencontrées sur la partie
électrique des installations frigorifiques mais de pouvoir tester le bon état des moteurs
électriques (monophasés et triphasés) présents sur ces installations ainsi que de connaître
comment les raccorder.
XIV.2.
Moteurs monophasés
Ils équipent généralement les équipements de petites puissances (réfrigérateurs,
congélateurs, climatiseurs, splits system…), l’accent est mis ici sur les moteurs électriques
alimentant les compresseurs.
Ces moteurs sont constitués de deux enroulements en général :
- l’enroulement principal (P : principal ou R : Run)
- l’enroulement auxiliaire ou de démarrage (A : Auxiliaire ou S : Start)
L’enroulement auxiliaire est prévu pour permettre le démarrage, sa résistance est plus
élevée que celle de l’enroulement principal.
Les mesures de résistances des enroulements d’un bornier d’un compresseur
hermétique monophasé permet de diagnostiquer l’état du compresseur (moteur électrique en
bon état ou moteur grillé).
Pour tester les enroulements, la démarche à suivre est la suivante :
1/ débrancher tous les fils d’alimentation du moteur (il faut prendre les dispositions
nécessaires « repérages » pour permettre le re-câblage correct)
2/ à l’aide d’un ohmmètre (petit calibre), mesurer les résistances entre les trois bornes, pour
un compresseur en bon état et suivant les désignations des figures en bas on doit avoir : 8
A) entre 1 et 2 (ou encore entre C et A) : quelques ohms à quelques dizaines d’ohms
(résistance de valeur intermédiaire)
B) entre 1 et 3 (ou encore entre C et P) : quelques ohms à quelques dizaines d’ohms
(résistance la plus faible)
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C) entre 2 et 3 (ou encore entre A et P) : une résistance égale à la somme des 2 précédentes
résistances (résistance la plus forte)
Un enroulement d’un moteur classique a une résistance maximum de quelques
dizaines d’ohms pour les petits moteurs et de quelques dixièmes d’ohms pour les plus gros
moteurs.
La plupart des défauts électriques des compresseurs « moteur grillé » a pour origine
une surintensité qui peur résulter d’une surchauffe excessive et les origines possibles sont les
suivantes :
A/ origines électrique (chute de tension prolongée, surtension, mauvais réglage des sécurités,
connections électriques mal serrées…)
B/ origine frigorifique (HP trop élevée, présence d’acides dans le circuit…)
C/ origine mécanique (grippage provoqué par un manque d’huile…)
Un moteur est dit grillé lorsqu’il présente un des défauts suivants:
- un enroulement est coupé : l’ohmmètre indique une résistance importante au lieu d’indiquer
une valeur normale (utiliser un calibre fort)
- il y’a un court-circuit entre 2 enroulements : l’indication de l’ohmmètre sera très faible, voir
nul, suivant la position exacte du court-circuit, les 3 mesures donneront des valeurs faibles
mais différentes entre elles
- un enroulement est à la masse : si la masse est franche, l’ohmmètre placé entre une borne du
moteur et la carcasse donne une résistance nulle ; la résistance d’isolement d’un moteur neuf
peut atteindre 1000 MΩ, cette résistance diminue avec l’âge et on considère qu’à partir de 1
MΩ, il faut envisager le remplacement du moteur et qu’en dessous de 500 kW, le moteur
n’est plus utilisable.
Il faut noter qu’un bon contrôle d’isolement s’effectue à l’aide d’un ohmmètre à
magnéto ou d’appareil approprié qui permet le contrôle de la résistance d’isolement en
utilisant une tension continue (par exemple 500 V au lieu de quelques volts pour un ohmmètre
classique).
Cette technique permet de déceler les mises à la masse plus ou moins franches qui
apparaissent à la mise sous tension du moteur et qui peuvent provoquer une coupure par le
disjoncteur différentiel.
Un moteur grillé doit être remplacé ou rembobiner (rebobiner).
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XIV.3.
Les condensateurs
Les condensateurs sont utilisés en association avec l’enroulement auxiliaire des
moteurs monophasés des compresseurs pour permettre leur démarrage en créant un déphasage
électrique (obtention d’un couple de démarrage du moteur).
XIV.3.1.
Deux types de condensateurs sont utilisables sur les moteurs des
compresseurs:
1/ les condensateurs de marche (en papier) qui ont une faible capacité (rarement plus d’une
trentaine de μF) et des dimensions importantes, ils sont conçus pour rester sous tension en
permanence sans aucun échauffement excessif
2/ les condensateurs de démarrage (électrolytiques) ont par contre une importante capacité
(pouvant dépasser 100 μF) mais des dimensions plus faibles ; ils ne doivent pas rester sous
tension sinon ils s’échauffent et peuvent exploser, en général leur mise sous tension ne doit
pas dépasser 5 secondes et 20 démarrages à l’heure est un seuil maximum).
XIV.3.2.
Les défauts possibles sur un condensateur sont:
Le condensateur peut être coupé : l’ohmmètre placé (avec un fort calibre) à ses bornes
indique l’infini, tout se passe alors comme si le condensateur n’existe pas et l’astuce de
démarrage n’existe plus, le moteur ne démarrera pas ou bien fonctionnera mal.
Le condensateur est en court-circuit : l’ohmmètre (sur calibre faible) indique une
valeur nulle ou une résistance très faible, le moteur peut démarrer dans certains cas mais dans
la majorité des cas, le moteur ne démarrera pas ou bien le fonctionnement sera caractérisé par
des coupures en sécurité thermique.
Le condensateur peut être à la masse : le courant de fuite peut alors provoquer l’arrêt
du système pas disjoncteur différentiel, cette panne peut se produire lorsque l’enveloppe du
condensateur est métallique, la résistance mesurée entre une borne et la carcasse tend vers O
au lien d’indiquer l’infini, le test doit s’effectuer sur les 2 bornes.
La capacité réelle du condensateur est trop faible : la valeur réelle du condensateur est
inférieure à la capacité indiquée en tenant compte des tolérances de fabrication, le
condensateur ne jouera pas pleinement son rôle et il se peut que le moteur ne démarre pas.
Il convient de noter que la mise en place d’un condensateur de capacité élevée à la
capacité nécessaire peut entraîner également des problèmes de non démarrage du moteur.
XIV.3.3.
Un condensateur est caractérisée par:
- sa capacité : elle est indiquée de manière visible sur le condensateur en microfarad
(μF ou uF ou MFD ou MF selon les constructeurs) avec la tolérance de fabrication
- la tension indiquée sur le condensateur : elle indique la tension maximale sous
laquelle il peut être utilisé, bien entendu le condensateur est utilisable pour des
tensions inférieures à cette valeur.
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Par exemple l’indication 20 μF ±10% - 240 V sur un condensateur signifie que la
capacité du condensateur est comprise entre 18 et 20 μF, de plus il est utilisable pour une
tension maximale de 240V, ce sera donc un condensateur utilisable sous une tension
d’alimentation de 220 V mais en aucun cas sous une tension de 380 V.
Un condensateur même débranché peut avoir à ses bornes une tension de valeur égale
à sa tension d’alimentation : un condensateur branché sur un installation en 220 V peut avoir
220 V à ses bornes.
Il convient donc de le manipuler avec soin, il est impératif de le décharger (courtcircuitage des bornes à l’aide d’un tournevis à manche isolée) toute mesure.
Si l’ohmmètre permet de déterminer certains défauts du condensateur, la détermination
de la capacité réelle nécessite un montage approprié qui consiste à alimenter (mise sous
tension très brève) le condensateur et en mesurant l’intensité qui y circule à l’aide d’un pince
ampèremétrique.
La capacité réelle du condensateur (en μF) est d’environ 14 fois l’intensité mesuré (en
A) sous une tension électrique de 220 V, elle est d’environ 25 fois sous une tension de 380 V.
Ce facteur est tiré de la relation suivante (puissance aux bornes du condensateur) :
I2
I2
I

U *I  C 
C * C * 2 * * f
2 *  * f *U
Avec :
C : la capacité du condensateur
I : intensité circulant dans le condensateur
w : pulsation du réseau électrique
U : tension du réseau électrique
f : fréquence du réseau électrique (50 Hz)
Les condensateurs utilisés sur les moteurs électriques monophasés des compresseurs
sont montés en association avec des relais de démarrage parmi lesquels, on distingue :
- le relais d’intensité (SIR)
- le relais de tension (CSR)
- le démarrage par résistances CTP (coefficient de température positive). (PTCSIR)
Ces montages électriques sont effectués sur la base de schémas type et/ou suivant les
préconisations du constructeur de ces relais.
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XIV.4. Moteurs électriques triphasés
XIV.1. Enroulements des moteurs triphasés
Les moteurs électriques triphasés utilisés sur les compresseurs se retrouvent sur toutes
les gammes de puissances (petite à grande).
En rappel, le couplage des moteurs électriques (moteurs couramment employés)
s’effectue soit en triangle, soit en étoile suivant les indications de la plaque signalétique et
suivant le réseau électrique en place.
Par exemple, les indications de la plaque signalétique suivante (voir figure ) supposent
l’utilisation suivante :
1/ couplage en Δ : alimentation en 220 V triphasé, intensité tiré sur le réseau de 1.7
ampères par phase
2/ couplage en Y : alimentation en 380 V triphasé, intensité tiré sur le réseau de 1
ampère par phase.
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La puissance du moteur électrique est indépendante du couplage adopté.
Il faut se rappeler qu’un moteur électrique est toujours couplé en Δ pour la plus faible des 2
tensions indiquées sur la plaque signalétique et en Y pour la plus haute des 2 tensions.
*Cablage des Enroulement du Moteur 3 phasé*
Pour s’assurer du bon état des enroulements électriques, il convient d’enlever les
barrettes de couplage du moteur (en prenant soin de l’avoir bien noté ou mémorisé
auparavant) et d’effectuer les différents tests (comme pour le test des enroulements des
moteurs monophasés) à l’aide d’un ohmmètre.
XIV.4.2.
Lorsque le moteur électrique est en bon état, les constatations suivantes
sont observées :
- les résistances des 3 enroulements (entre les bornes U-X, V-Y, W-Z) sont
rigoureusement identiques
- les résistances sont infinies entre U-V, V-W, W-Z.
XIV.4.3.
Autrement, il faut rechercher l’origine de la panne :
- court circuit entre 2 enroulements
- enroulement coupé
- enroulement à la masse
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Le moteur est alors grillé et il faut procéder à son remplacement ou à un rembobinage
(rebobinage).
XIV.5. Démarrage des moteurs électriques triphasés
Pour les moteurs de petites puissances, le démarrage des moteurs s’effectue en direct
(démarrage direct), par contre pour les gros moteurs, il fait appel à des artifices de démarrage
pour limiter l’appel de courant important (surintensité entraînant le grillage du compresseur)
lors de cette phase.
Plusieurs techniques sont adoptées parmi lesquelles on peut citer :
- Le démarrage direct
- Le démarrage étoile triangle
- Le démarrage par autotransformateur
- Le démarrage statorique à résistance.
- le démarrage Part Winding (démarrage à enroulements fractionnés)
- le démarrage avec moteur électrique à 2 vitesses
XIV.5.1.
Les moteurs à démarrage Part Winding
Il s’agit de moteur spécialement bobiné comme s’il s’agissait d’un moteur
comprenant 2 sous moteurs, chacun de ces «sous- moteurs» étant alimenté par un bobinage,
ces 2 bobinages étant complètement indépendants.
Le démarrage s’effectue comme suit :
1/ démarrage du premier sous moteur (mise sous tension du premier bobinage)
2/ démarrage du deuxième sous moteur (maintien de l’alimentation du premier
bobinage et mise sous tension du deuxième bobinage)
Il s’agit en général de moteurs mono-tension, le couplage interne en Y ou en étant
réalisé au moment de la fabrication.
Il existe des moteurs PW du type 50% 50% mais également du type 66% 33%.
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Autrement dit le premier temps (1er sous moteur) et le deuxième temps (2ème sous
moteur) représente chacun la moitié de la puissance totale du moteur (moteurs PW du type
50% 50%) tandis que pour le type 66% 33%, le premier moteur représente le double de la
puissance du deuxième moteur.
Les schémas de câblage des enroulements généralement donnés sur le couvercle du
capot des enroulements ou dans la documentation technique doivent permettre un
identification sans équivoque des différentes bornes, autrement un repérage des 6 bornes sur
le bornier du moteur s’impose.
En désignant par 1, 2, 3 le repérage des bornes du premier bobinage (premier moteur)
et par 4, 5, 6 le repérage des bornes du deuxième bobinage (deuxième moteur), le constat
suivant doit être observé :
- les résistances des enroulements entre 1-2, 2-3, 3-1 sont identiques
- les résistances des enroulements entre 4-5, 5-6, 6-1 sont identiques pour le type 50%
50%, pour le type 66%, 33%, elles sont plus importantes par rapport aux valeurs
mesurées pour le premier bobinage
- il ne doit avoir aucune communication entre les 3 bornes de droite et les 3 bornes de
gauche
Il convient de s’assurer qu’au moment du passage au deuxième temps, le câblage est
tel que le moteur continue à fonctionner dans le même sens sinon tout « explose ».
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