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TECHNIQUE GENERALE

TECHNIQUE DU FROID COURS DE BASE

Edition : juillet07

YSH04054

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Sommaire1 GENERALITES

1.1 Introduction 1.2 Modes de production du froid et applications 1.3 Elments de physiques 1.3.1 Temprature 1.3.2 Chaleur 1.3.3 Puissance 1.3.4 Pression 1.3.5 Changement d'tat2 LES FLUIDES FRIGORIGENES

2.1 GENERALITES 2.2 CLASSIFICATION 2.2.1 Les composs inorganiques 2.2.2 Les composs organiques 2.2.2.1 Les corps purs 2.2.2.2 Les mlanges 2.2.2.3 Les hydrocarbures 2.3 IMPACTS ENVIRONNEMENTAUX 2.3.1 Destruction de la couche dozone 2.3.2 Rchauffement de la plante 2.3.3 Caractrisation des impacts environnementaux 2.3.4 Rcupration des fluides frigorignes 2.3.4.1 Frigorigne rcupr 2.3.4.2 Rcupration 2.3.4.3 Recyclage 2.3.4.4 Rgnration 2.3.5 Les contaminants des fluides frigorignes 2.3.6 Choix dun fluide frigorigne 2.4 Les huiles frigorignes3 ORGANES PRINCIPAUX DUNE MACHINE FRIGORIFIQUE

3.1 GENERALITES 3.2 LES COMPRESSEURS 3.2.1 Technologie des compresseurs 3.2.2 Les compresseurs volumtriques 3.2.3 Les compresseurs centrifuges 3.2.4 Association Moteur Compresseur 3.2.4.1 Les compresseurs hermtiques

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3.2.4.2 Les compresseurs ouverts 3.2.4.3 Les compresseurs semi hermtiques ou semi ouverts 3.2.5 Comparaison des principales caractristiques des compresseurs 3.3 COMPRESSEUR A PISTONS HERMETIQUE 3.3.1 Principe de fonctionnement 3.3.2 Dispositifs de transfert dnergie 3.3.2.1 Arbre excentrique et arbre vilebrequin 3.3.2.2 Les bielles 3.3.2.3 La garniture dtanchit 3.3.2.4 Le carter 3.3.2.5 Les dispositifs de lubrification 3.3.2.6 Le piston 3.3.2.7 Les soupapes ou clapets 3.3.2.8 Dispositifs de variation de puissance 3.4 LES CONDENSEURS 3.4.1 Technologie des condenseurs 3.4.2 Les condenseurs air 3.4.2.1 Les condenseurs air convection naturelle 3.4.2.2 Les condenseurs air convection force 3.4.2.2.1 Condenseurs air convection force verticaux 3.4.2.2.2 Condenseurs air convection force horizontaux 3.4.3 Les condenseurs eau 3.4.3.1 Les condenseurs double tube 3.4.3.2 Les condenseurs bouteilles 3.4.3.3 Les condenseurs multitubulaires 3.4.3.4 Les condenseurs plaques brases 3.4.3.5 Notion de groupe de condensation 3.4.4 Sous refroidissement des condenseurs 3.4.5 Systmes de refroidissement des condenseurs eau 3.4.5.1 Les Arorefroidisseurs 3.4.5.2 Les Tours de refroidissement 3.4.5.2.1 Les tours de refroidissement circuit ouvert 3.4.5.2.2 Les tours de refroidissement circuit ferm 3.4.5.2.3 La notion dapproche des tours de refroidissement 3.4.5.3 Les condensateurs vaporatifs 3.4.6 Echanges thermiques dans les condenseurs 3.5 LES DETENDEURS 3.5.1 Technologie des dtendeurs 3.5.2 Les tubes capillaires 3.5.3 Les dtendeurs thermostatiques 3.5.3.1 Les dtendeurs thermostatiques galisation de pression interne 3.5.3.2 Les dtendeurs thermostatiques galisation de pression externe 3.5.3.3 Les dtendeurs MOP 3.5.4 Les dtendeurs lectroniques 3.6 LES EVAPORATEURS 3.6.1 Technologie des vaporateurs 3.6.2 Evaporateurs dtente sche 3.6.3 Evaporateurs noys 3.6.4 Les vaporateurs eau 3.6.4.1 Les vaporateurs double tube 3.6.4.2 Les vaporateurs du type serpentin

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3.6.4.3 Les vaporateurs multitubulaires 3.6.4.3.1 Les vaporateurs multitubulaires noys 3.6.4.3.2 Les vaporateurs multitubulaires dtente sche 3.6.4.4 Les vaporateurs du type changeur plaques 3.6.5 Les vaporateurs air 3.6.5.1 Les vaporateurs convection naturelle 3.6.5.2 Les vaporateurs convection force 3.6.6 Surchauffe des vaporateurs 3.6.7 Echanges thermiques dans les vaporateurs 3.6.8 Dgivrage des vaporateurs 3.6.8.1 Dgivrage par circulation dair ambiant 3.6.8.2 Dgivrage leau 3.6.8.3 Dgivrage la saumure 3.6.8.4 Dgivrage par rsistances lectriques 3.6.8.5 Dgivrage par gaz chauds4 ORGANES ANNEXES DUNE MACHINE FRIGORIFIQUE

4.1 LE RESERVOIR DE LIQUIDE 4.2 LA BOUTEILLE ANTI-COUPS DE LIQUIDE 4.3 LE SEPARATEUR DHUILE 4.4 LECHANGEUR DE CHALEUR LIQUIDE VAPEUR 4.5 LES POMPES 4.6 LES VENTILATEURS 4.7 LE FILTRE DESHYDRATEUR 4.8 LES VOYANTS 4.9 ELIMINATEUR DE VIBRATIONS 4.10 ELECTROVANNE 4.11 ORGANES DIVERS 4.11.1 Le dsurchauffeur 4.11.2 Le silencieux de refoulement 4.11.3 Les purgeurs dincondensables 4.12 REGULATEUR d EVAPORATION 4.13 REGULATEUR de CAPACITE 4.14 REGULATEUR de PRESSION DE CONDENSATION 4.15 REGULATEUR de DEMARRAGE 4.16 RDK 4.17 REGULATION PROTECTION MINIMUM5 ORGANES DE COMMANDE ET DE SECURITE

5.1 LES ORGANES DE ROBINETTERIE 5.1.1 Les robinets manuels disolement 5.1.2 Les robinets 3 voies 5.1.3 Le clapet de non retour 5.1.4 Les robinets manuels de rglage 5.1.5 Les robinets manuels de purge dhuile 5.1.6 Le robinet 4 voies dinversion de cycle 5.2 LES THERMOSTATS 5.3 LES PRESSOSTATS 5.4 AUTRES DISPOSITIFS

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5.4.1 5.4.2 5.4.36

Contrleur de dbit Soupapes de sret Protections lectriques

REGULATIONS TYPES DES INSTALLATIONS FRIGORIFIQUES

6.1 6.2 6.37

SCHEMA TYPE DUNE INSTALLATION FRIGORIFIQUE REGULATION PAR ACTION DIRECTE REGULATION PAR TIRAGE AU VIDE AUTOMATIQUE

CALCUL DES MACHINES A COMPRESSION DE VAPEUR

7.1 REGIME DE FONCTIONNEMENT 7.2 LE CYCLE FRIGORIFIQUE 7.2.1 Le cycle frigorifique de rfrence 7.2.2 Le cycle thorique 7.2.3 Le cycle parfait 7.2.4 Le cycle rel8 ENTREPOSAGE FRIGORIFIQUE

8.1 GENERALITES 8.1.1 Processus daltrations des aliments 8.1.2 Agents responsables de laltration des aliments 8.1.2.1 Les enzymes 8.1.2.2 Les microorganismes 8.1.3 Chane du froid 8.1.4 Rfrigration 8.1.5 Conglation 8.1.6 Surglation 8.1.7 Atmosphres contrles 8.1.8 Oprations prliminaires et complmentaires 8.1.8.1 Le refroidissement initial ou prrfrigration 8.1.8.2 La maturation complmentaire 8.1.8.3 Autres techniques 8.1.9 Incompatibilits dentreposage 8.1.9.1 Incompatibilits thermiques 8.1.9.2 Incompatibilits dues aux odeurs et lthylne 8.1.10 Vitesse de conglation et dconglation 8.2 CONCEPTION DES ENTREPOTS FRIGORIFIQUES 8.2.1 Classification des entrepts frigorifiques 8.2.2 Cahier des charges techniques dun entrept frigorifique 8.3 DISPOSITIONS CONSTRUCTIVES DES ENTREPOTS FRIGORIFIQUES 8.3.1 Gnie civil 8.3.1.1 Plancher 8.3.1.2 Sol 8.3.1.3 Murs 8.3.1.4 Toiture 8.3.1.5 Plafond 8.3.2 Isolation 8.3.2.1 Isolation traditionnelle

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8.3.2.2 Panneaux prfabriqus 8.3.2.3 Isolation du sol 8.3.3 Portes isothermes 8.3.4 Eclairage des chambres froides 8.3.5 Variation de pressions dans les chambres froides 8.3.6 Migration dhumidit 8.3.7 Dtermination des dimensions intrieures des chambres froides 8.4 BILAN FRIGORIFIQUE DUNE CHAMBRE FROIDE 8.4.1 Gnralits 8.4.2 Charges thermiques externes 8.4.2.1 Charge thermique par transmission travers les parois Qtr 8.4.2.2 Charge thermique due au renouvellement d'air Qre 8.4.2.3 Charge thermique par ouverture des portes Qop 8.4.3 Charges thermiques internes 8.4.3.1 Charges thermiques internes indpendantes des produits entreposs 8.4.3.1.1 Charge thermique due l'clairage 8.4.3.1.2 Charge thermique due aux personnes 8.4.3.1.3 Charge thermique due au matriel roulant 8.4.3.1.4 Charge thermique due des machines diverses 8.4.3.2 Charges thermiques internes dpendantes des denres entreposes 8.4.3.2.1 Charge thermique due aux denres entrantes Qde 8.4.3.2.2 Charge thermique due la respiration des denres Qres 8.4.3.2.3 Charge thermique due la fermentation des denres Qferm 8.4.4 Puissances frigorifiques de lvaporateur 8.4.5 Charge thermique due aux moteurs des ventilateurs des vaporateurs 8.4.6 Charge thermiques due aux rsistances de dgivrage 8.4.7 Puissance frigorifique effective de lvaporateur 8.5 CHOIX DES EQUIPEMENTS DE LINSTALLATION FRIGORIFIQUE 8.5.1 Choix de lvaporateur 8.5.2 Choix du compresseur ou du groupe de condensation 8.5.3 Choix du condenseur 8.5.4 Choix du dtendeur thermostatique 8.5.5 Choix de llectrovanne9 OPERATIONS DE MISES EN SERVICE

9.1 9.2 9.3 9.4 9.5 9.6 9.7 9.8 9.9 9.10 9.11

MATERIEL DE MISE EN SERVICE RECHERCHE DE FUITES TIRAGE AU VIDE CASSAGE DU VIDE CHARGE EN FLUIDE FRIGORIGENE DUNE INSTALLATION COMPLEMENT DE CHARGE EN FLUIDE FRIGORIGENE VERIFICATION DU BON FONCTIONNEMENT CUIVRE et BRASAGE SOUTIRAGE ET COMPLEMENT DHUILE RECUPERATION DE FLUIDE FRIGORIGENE DEGIVRAGE

10 PANNES CLASSIQUES

10

PANNES CLASSIQUES

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10.1 PANNES FRIGORIFIQUES 10.1.1 Panne du dtendeur trop petit 10.1.2 Panne du manque de charge 10.1.3 Panne de la pr-dtente 10.1.4 Panne de lvaporateur trop petit 10.1.5 Panne du compresseur trop petit 10.1.6 Panne de lexcs de charge 10.1.7 Panne des incondensables 10.1.8 Panne du condenseur trop petit 10.1.9 Synthse des pannes frigorifiques 10.2 PANNES ELECTRIQUES 10.2.1 Moteurs monophass 10.2.2 Les condensateurs 10.2.3 Moteurs lectriques triphass 10.2.3.1 Enroulements des moteurs triphass 10.2.3.2 Dmarrage des moteurs lectriques triphass 10.2.3.2.1 Les moteurs dmarrage Part Winding 10.2.3.2.2 Dmarrage des moteurs 2 vitesses11 CLIMATISATION

11.1 GENERALITES 11.2 LES DIFFERENTS SYSTEMES DE CLIMATISATION 11.2.1 Les systmes dtente directe 11.2.1.1 Les climatiseurs de fentre 11.2.1.2 Les splits system 11.2.1.3 Les armoires de climatisation 11.2.1.4 Les monoblocs 11.2.2 La climatisation centrale eau glace 11.2.2.1 Les groupes frigorifiques 11.2.2.2 La distribution de leau glace 11.2.2.3 Les ventilo-convecteurs 11.2.2.4 Les centrales de traitement dair 11.2.3 La diffusion de lair 11.2.3.1 Diffusion directe par lunit intrieure 11.2.3.2 Diffusion par rseau araulique 11.2.3.3 Les lments terminaux de diffusion12 LE FROID DOMESTIQUE ET DE CAMPING

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1.1 INTRODUCTIONLe froid trouve de nombreuses applications dans des domaines trs varies (industries agroalimentaires, mdecine, confort thermique, ptrolochimie) et cest dans le domaine alimentaire que le froid occupe une place prpondrante car il permet de limiter les gaspillages (pertes aprs rcolte) et de prolonger la dure de conservation des produits ce qui permet un largissement des changes. On a pu estimer que dans certaines rgions du monde, 50% des denres alimentaires disponibles se perdent entre la priode qui scoule entre le moment de la production et celui de la consommation. Ainsi, dans le domaine alimentaire, lobjectif du froid est de maintenir la qualit originale des produit en limitant (ou en supprimant) les altrations lies au dveloppement des microorganismes, altrations trs rapides dans les pays chauds cause des conditions climatiques (temprature, humidit relative) qui sont favorables la prolifration des bactries, levures et moisissures.Pour les produits fabriqus par lindustrie agroalimentaire (lait, fromage), le froid permet damliorer leur qualit en favorisant la matrise des conditions de fabrication par une optimisation des paramtres climatiques influenant le comportement des microorganismes.

Le froid permet aussi laugmentation du volume de production agricole par la modification du cycle vgtatif des plantes amliorant ainsi leur rendement (printanisation des crales).En production animale, le froid permet la conservation longue dure du sperme destin linsmination artificielle ou encore la conservation des srums et des vaccins destins enrayer les pidmies frappant les animaux. Lavance technologique de nos jours qui autorise un contrle plus prcis de la temprature et de lhumidit permet damliorer la production du froid. Lutilisation des atmosphres artificielles permet daugmenter la dure de conservation de certains fruits et lgumes, de mme lutilisation dadjuvants permet de renforcer laction du froid mais leur utilisation doit tre conforme la lgislation nationale relative la protection des aliments. Dans les pays chauds et humides, une temprature de lordre de +10 permet une bonne C conservation du poisson fum, du lait concentr ou en poudre, des conserves de viandesce qui montre une bonne complmentarit entre le froid et les autres techniques de conservations (schage). Il faut retenir que lalimentation dune population mondiale sans cesse croissante exige que des efforts raliss pour accrotre les productions alimentaires soient accompagns dinitiatives destines rduire sinon liminer les pertes qui autrement resteraient considrables toutes les tapes de la distribution et de la transformation des aliments. Dans le contexte des pays africains en voie de dveloppement, ces initiatives de conservation des aliments doivent couvrir un vaste champ de techniques (abaissement de lactivit de leau, traitements thermiques haute temprature, traitement thermique basse temprature, abaissement du pH, utilisation dadditifs alimentaires, prparation stockage condition des aliments, sparation ou fractionnement). Les traitements thermiques basse temprature (le froid) seront tudis dans le cadre de ce cours.

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1.2 MODES DE PRODUCTION DU FROID ET APPLICATIONS La production du froid qui consiste absorber la chaleur contenue dans un milieu peut tre obtenue suivant plusieurs modes. De mme, les applications du froid sont trs varies. Parmi les diffrentes modes de production du froid, il faut retenir : la sublimation dun solide (cas du CO2) la dtente dun gaz comprim la fusion dun corps solide le refroidissement thermolectrique la dissolution de certains sels la dsaimantation adiabatique la vaporisation dun liquide en circuit ferm La sublimation dun solide consiste le faire passer de ltat solide ltat vapeur par absorption de chaleur, le cas le plus courant est celui du CO2 qui la pression atmosphrique a une temprature de sublimation de 78.9 C. La dtente dun gaz comprim repose sur le principe de labaissement de la temprature dun fluide lors de sa dtente (avec ou sans travail extrieur). Cependant, cet abaissement est plus important lors de la dtente sans travail extrieur (dtente Joule -Thomson : tranglement travers une vanne) mais il ne faut pas perdre de vue que le refroidissement du gaz dtendu aura lieu seulement dans le cas o sa temprature avant la dtente serait infrieure la temprature dinversion de leffet Joule - Thomson. La fusion dun corps solide se fait temprature constante par absorption de la chaleur latente de fusion du corps considr, ce procd discontinu bien que simple prsente linconvnient de ncessiter une conglation pralable moins que cet tat ne soit disponible ltat naturel. Le refroidissement thermolectrique (effet Peltier) est utilis pour produire de trs petites quantits de froid. Il consiste faire passer un courant continu dans un thermocouple constitu de conducteurs de natures diffrentes relis alternativement par des ponts de cuivre. La dissolution dun sel dans leau provoque un abaissement de la temprature de la solution. Ce net pas un phnomne trs utilis dans lindustrie frigorifique cause de la ncessit de vaporisation ultrieure de leau (rcupration du sel). Par exemple, le mlange de neige (4 parties) et de potasse (3 parties) fait baisser la temprature de la solution de 0 40 C C. La dsaimantation adiabatique consiste en une rorganisation du cortge lectronique dun corps, ce qui permet lobtention de trs basses tempratures (10-2 10-6 K).

La vaporisation dun liquide permet de produire du froid par labsorption de la chaleur travers un changeur (vaporateur), la vapeur produite tant ultrieurement liqufie dans un

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autre changeur (condenseur), le fluide dcrit ainsi un cycle au sein dune machine fonctionnant de manire continue. Les machines utilisant ce principe peuvent tre regroupes en deux grandes familles que sont les machines compression mcanique et les machines absorption.La vaporisation dun liquide en circuit ferm reste la mthode la plus utilise pour la production du froid.

La production de froid pour les besoins domestiques, commerciaux et industriels ncessitent lutilisation dun dispositif capable dextraire de la chaleur dans le milieu refroidir pour la rejeter dans un milieu dit extrieur, ce dispositif qui obit ncessairement au second principe de la thermodynamique est appel machine frigorifique . La conception, la ralisation et lexploitation et/ou le suivi dune telle machine ncessitent de bonnes connaissances en thermodynamique, en mcanique des fluides, en transfert thermique et en lectrotechnique. Ces connaissances thoriques devront tre compltes par une bonne familiarisation la technologie des composants ainsi qu llaboration et la lecture de schmas lectriques ou de rgulation. Dans le cadre de ce cours, il sera tudi les machines utilisant la vaporisation dun fluide en circuit ferm. Le froid peut tre produit directement ou indirectement. On parle de refroidissement direct lorsque la substance refroidir (par exemple lair) est en contact avec le fluide circulant en circuit ferm dans la machine (par lintermdiaire de lchangeur). Le refroidissement est dit indirect lorsquon utilise un fluide intermdiaire (par exemple leau) entre la substance refroidir (lair) et le fluide circulant en circuit ferm dans la machine. Le fluide intermdiaire est appel fluide frigoporteur. Le tableau ci-dessous fait un point des diffrentes applications du froid.

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Tableau 1.0 : Principales applications du froid. REFRIGERATION CLASSIQUE Conditionnement dair Rfrigration des denres Conglations des denres Lyophilisation Traitements divers GAMME DE TEMPERATURES ( C) +16 +26 0 +10 -35 0 -80 -30 -200 0 APPLICATIONS Confort humain Conservation des aliments court/moyen terme Conservation des aliments long terme Dessiccation basse temprature Applications chimiques Essais thermiques des matriaux CRYOGENIE Liqufaction du gaz naturel Liqufaction de lair GAMME DE TEMPERATURES ( K) 93 113 70 80 APPLICATIONS Transport en (mthanier) Distillation phase liquide

Liqufaction de lhydrogne

14 30

Recherche nuclaire

Liqufaction de lhlium

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Supraconductivit

Mthodes magntiques

10-3 10-2

Recherche fondamentale

La cryognie est la branche du froid qui soccupe de la production des trs basses tempratures.

1.3 ELEMENTS DE PHYSIQUE

1.3.1

La temprature

Le chaud et le froid sont apprcis par des sensations do une valuation irrationnelle de ces grandeurs. Aussi, il a t dfinit la temprature qui permet une objectivit des mesures. La temprature caractrise le niveau auquel la chaleur se trouve dans un corps permettant ainsi de dire quun corps est plus ou moins chaud quun autre. Les tempratures dans le S.I. sont exprimes en (degrs Celsius) mais dans la littrature, C on rencontre les degrs Fahrenheit ( et les degr s Kelvin ( F) K) Conversion entre les diffrentes units de tempratures

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1.3.2

La chaleur

La chaleur est une forme dnergie (nergie de mouvement des molcules) qui va dun point chaud (temprature plus leve) vers un point froid (temprature moins leve). Cest la sensation perue par nos organes de sens lorsque nous sommes placs devant un corps incandescent par exemple. Lunit lgale est le Joule (J) mais la kCal (kiloCalorie) est galement utilise. Une kCal est la quantit de chaleur quil faut fournir un kG deau pour augmenter sa temprature de 1 C. Conversion dunits : 1 kCal = 4,185 kJ = -1 Fg (frigorie) 1 thermie (Th) = 1000 kCal = 4,185 kJ 1 BTU = 1,053 kJ (BTU : British Thermal Unit)

1.3.3

La puissance

La puissance est le rapport de lnergie fournie ou absorbe sur lunit de temps. Lunit lgale est le Watt (W). Conversion dunits : 1 kW = 860 kCal/h 1 kCal/h = -1 Fg/h = 1,163 W 1 cv (cheval) = 736 W

1.3.4

La pression

Lunit lgale de la pression est le Pascal (Pa) qui est gal la pression uniforme exerce par une force de 1 N (Newton) sur une surface de 1 m2. Lunit de pression couramment utilise par les frigoristes est le Bar et il faut distinguer : Les appareils de mesure des pressions (appels manomtres) sur les systmes frigorifiques qui sont gradus gnralement en pression relative (par rapport la pression atmosphrique) les appareils de mesures du vide (appels vacuomtres) sur les systmes frigorifiques qui sont gradus en pression absolue (par rapport au vide absolu).

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Conversion dunits 1 Bar = 105 Pa = 1.02 kG/m2 = 0.986 atm = 750 mmHg 1 Bar = 14.54 PSI = 10.2 mCE (mtre de colonnes deau) PSI : Pound per Square Inch (Livre par Pouce carr)

1.3.5

Le changement dtat

La matrise des deux tats de la matire que sont la phase liquide et la phase vapeur est primordiale en froid. Le changement dtat se dfinit comme la phase de transformation dune phase vers une autre phase. La figure 1.1 donne les diffrents changements dtat possibles de la matire.

Dsublimation

Figure 1.0 Changements dtats de la matire.A titre dexemple, il sera rappel les changements dtat pour leau (cf. figure 1.1) :

Ces changements sont les suivants :le passage de ltat solide (glace) ltat liquide, appel la fusion le passage de ltat liquide ltat solide (glace), appel la conglation (ou solidification) le passage de ltat liquide ltat liquide ltat vapeur, appel la vaporisation (ou lbullition ou encore lvaporation) le passage de ltat vapeur ltat liquide, appel la liqufaction (ou condensation)

Ainsi sont dfinis les termes suivants :

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la chaleur latente de conglation ou chaleur latente de fusion suivant quon passe de la phase liquide vers la phase solide ou vice versa ; pour leau cette chaleur latente est de 334.8 kJ/kG (80 kCal/kG) la pression atmosphrique, la temprature de conglation tant de 0 cette pression C la chaleur latente de vaporisation ou de condensation suivant quon passe de la phase liquide la phase vapeur ou vice versa ; pour leau cette chaleur latente est de 2254.7 kJ/kG (539 kCal/kG) la pression atmosphrique, la temprature dvaporation tant de 100 cette pression C Comme autres changements dtat, il faut citer : la sublimation (passage de ltat solide ltat vapeur) la dsublimation (passage de ltat vapeur ltat solide) En rappel, il existe pour tout corps pur, une relation pression temprature si et seulement si la vapeur est contact avec le liquide qui lui a donn naissance. A chaque corps correspond une courbe de changement dtat reprsent dans le diagramme thermodynamique pression (Log P) enthalpie (h) appel diagramme enthalpique ou diagramme de Mollier des frigoristes.

Ce diagramme est utilis pour ltude des cycles de rfrigration.Les autres diagrammes thermodynamiques ne sont pratiquement pas utiliss par les frigoristes. Le diagramme Temprature (T) entropie (s) est utilis des fins pdagogiques ou lorsquon veut concevoir un procd (applications aux machines thermiques). Le diagramme enthalpie (h) entropie (s) aussi appel diagramme de Mollier des motoristes est utilis pour ltude des cycles moteurs vapeur.

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Figure 1.1 Changement dtat de leau.De A B : La temprature de la glace augmente rgulirement pour atteindre 0C. La chaleur apporte et ncessaire cette tape est de 41,8 kJ. C'est de la chaleur sensible (la temprature augmente). En B : On a un bloc de glace de 1kg 0C. De B C : A 0C, la 1re goutte de liquide apparat et la glace commence fondre. Pendant toute la fonte de la glace, le mlange liquide/solide aura une temprature rigoureusement gale 0C. La chaleur apporte est de 335 kJ, c'est de la chaleur latente (la temprature reste constante). En C : On a 1kg d'eau entirement liquide 0C. De C D : La temprature de l'eau s'lve progressivement jusqu' atteindre 100C. Pour raliser cette augmentation de temprature, nous devons apporter 419 kJ. C'est de la chaleur sensible. En D : On a 1kg d'eau entirement liquide 100C, c'est du liquide satur. De D E : A 100C, comme nous continuons apporter de la chaleur, l'eau se met bouillir et la premire molcule de vapeur apparat. C'est le dbut de l'vaporation. La temprature reste constante pendant tout le changement d'tat. Quand la dernire goutte de liquide s'vapore, le changement d'tat sera termin, nous aurons apport 2257 kJ de chaleur latente.

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En E : Nous avons 1kg de vapeur 100C, c'est de la vapeur sature. Aprs E : Si on continue chauffer la vapeur, la temprature continue d'augmenter ncessitant 1,9 kJ/kg.K.

Evolution des tempratures de changements d'tat en fonction de la pression :

Point dbullition de leau par rapport la pression atmosphriquePlus la pression est leve et plus la temprature du changement d'tat augmente. Exemple : 1,5 bars l'eau bout 110C .Pour quil y est bullition il faut la force interne du liquide > la force externe. Le rapport Pr T est correct seulement et seulement si ,il y a prsence de liquide ET de gaz.

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Notion d'enthalpie:

Nous avons vu qu'il fallait apporter 2257 kJ de chaleur l'eau pour l'vaporer et donc la convertir en 1kg de vapeur 100C. Si nous ajoutons les 419 kJ ncessaires pour chauffer 1kg d'eau de 0 100C, on obtient alors 2676 kJ, la teneur en chaleur ou en enthalpie d'1 kg de vapeur sature 100C. (Le point 0 de l'chelle d'enthalpie est fix une temprature de matire de 0C). Notion de surchauffe :

Si nous ajoutons de la chaleur la vapeur sature sche 100C, il se produit une augmentation de temprature appele surchauffe. La chaleur de surchauffe est de la chaleur sensible. Pour augmenter 1kg de vapeur sche 100C de 15K, on doit fournir 28,3 kJ. L'enthalpie de cette vapeur d'eau 115C est de2676+28,3=2704,3 kJ. Notion de sous-refroidissement : De mme si on extrait de la chaleur de l'eau qui vient de se condenser, on la sousrefroidit. Ainsi sous pression atmosphrique, de l'eau 80C est sous-refroidit de 20C. L'enthalpie de l'eau 80C est de : h = 419-20x419/100 = 335,2 kJ/kg.

Relation pression-tempratureAnalyse des forces mises en jeu dans une bouteille de fluide frigorigne :

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Dans une bouteille de R22, la surface du fluide frigorigne est soumise l'action de deux forces : Fe = force externe exerce par la vapeur de fluide frigorigne sur la surface du liquide. Fi = force interne exerce par le liquide sur sa surface. Naturellement, le fluide frigorigne tablit un quilibre entre ses 2 forces. C'est dire qu'il essaie de maintenir Fe=Fi. La bouteille tant ferme, la quantit de vapeurs contenue dans celle-ci engendre une force Fe qui compense celle interne au liquide... Rien ne se passe dans la bouteille.

En ouvrant la vanne de la bouteille, des vapeurs s'chappent. La pression exerce par ces vapeurs sur la surface du liquide diminue. La force Fe qu'elles engendrent diminue aussi. Elle devient alors infrieure Fi. Le fluide frigorigne se met bouillir afin de fournir des vapeurs pour rtablir l'quilibre naturel. Malheureusement, comme les vapeurs s'chappent de la bouteille, l'bullition du liquide ne permet pas de rtablir l'quilibre... Ainsi, nous pouvons conclure que le fluide frigorigne bout si Fe devient infrieur Fi.

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Relation pression-temprature :

Un mlange liquide-gaz de R134a 20C a une pression de 4,7 bars. C'est la relation pression-temprature pour le mlange liquide-gaz de R134a. Chaque fluide possde sa propre relation pression-temprature. Ainsi, un mlange liquide-gaz de R22 20C aura une pression de 8,1bar qui est diffrente de celle du mlange liquide-gaz de R134a. Connaissant la temprature d'un mlange liquide-gaz d'un fluide, on peut connatre sa pression et vis-versa. C'est pourquoi sur les manomtres utiliss par les frigoristes, il y a une chelle de pression et des chelles de temprature pour des fluides donns. Il est aussi possible de faire la correspondance pression-temprature pour un mlange liquide-gaz l'aide d'une rglette de conversion.

Rglette de conversion

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Si la temprature augmente de 10C, l'agitation molculaire va augmenter dans le liquide. La force interne Fi deviendra suprieure la force externe Fe. Le fluide frigorigne va donc essayer de rtablir l'quilibre entre son liquide et sa vapeur. Pour cela, une faible quantit de liquide va s'vaporer pour fournir des vapeurs. Cette quantit de vapeurs supplmentaire permet Fe de crotre aussi, et dans la mme proportion de Fi. Grce l'vaporation de la faible quantit de liquide, le fluide frigorigne a russit rtablir l'quilibre entre la force exerce par sa vapeur et celle exerce par son liquide. On retrouve alors Fe=Fi. Comme on retrouve plus de vapeurs, la pression augmente... 6,6 bars, c'est la pression d'un mlange liquide-gaz de R134a 30C.

Il suffit d'une goutte de liquide pour que la relation pression-temprature soit applicable. Ici la condition est ralise. Nous pouvons donc dire : 6,6 bars, c'est la pression d'un mlange liquide-gaz de R134a 30C.

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Vapeurs surchauffes :

Si nous plaons la bouteille prcdente dans une ambiance + 40C. L'agitation molculaire augmente dans la goutte de liquide qui s'vapore. Malheureusement, elle ne fournit plus suffisamment de vapeurs pour faire augmenter la pression. Celle-ci reste gale 6,6 bars. La force exerce par la pression de vapeur Fe ne peut donc plus augmenter. L'lvation de la temprature ambiante 40C fait vaporer tout le liquide. Il n'y a donc plus relation pression-temprature. 6,6 bars tait la pression d'un mlange liquide-gaz de R134a 30C. Ici nous avons des vapeurs 40C. Elles sont donc surchauffes de 40C - 30C= 10C.

GENERALITESLe fluide frigorigne permet les changes de chaleur dans un systme frigorifique par ses changements dtat que sont lvaporation et la condensation. Il peut se dfinir comme une substance chimique dont la temprature dvaporation la pression atmosphrique est infrieure la temprature ambiante, autrement dit le fluide frigorigne doit tre liquide cette ambiance. Par temprature ambiante, il faut comprendre lambiance ou le milieu a refroidir. Le tableau 2.0 donne les tempratures dvaporation (dbullition) de certains fluides frigorignes la pression atmosphrique.

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Tableau 2.0 : Tempratures dbullition de quelques fluides la pression atmosphrique. Fluide (rfrigrant) Eau H20 R718 R11 R12 R22 R502 Ammoniac - NH3 R717 Temprature dbullition ( C) 100 23.3 -29.8 -40.7 -45.6 -33.3

Il est important pour un fluide frigorigne (rfrigrant) davoir une temprature dvaporation peu leve pour que le changement dtat (passage de la phase liquide la phase vapeur) soit ralisable.Le changement dtat seffectue temprature et pression constantes (stabilisation de leffet de rfrigrant une temprature donne) et cest durant cette phase que la quantit de chaleur absorbe (ou rejete) est la plus importante. Le tableau 2.1 donne les chaleurs sensibles et les chaleurs latentes dvaporation de quelques fluides (liquides). Tableau 2.1 : Chaleurs sensibles et chaleurs latentes dvaporation de quelques fluides. Fluide (Liquide) Chaleur sensible ncessaire pour chauffer le liquide de 1 C (kJ/kg C) 4.18 0.98 1.40 Chaleur latente ncessaire pour vaporer le liquide la pression atmosphrique (kJ/kg C) 2250 169 231

Eau R12 R22

Les valeurs du tableau ci-dessus permettent de conclure que la quantit de chaleur absorbe durant lvaporation est quivalente au fait davoir lev la temprature de : 538 environ pour leau C 170 environ pour le R12 et le R22 C

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Cest la raison pour laquelle lvaporation et la condensation sont partout prsentes dans la production du froid. Le fluide frigorigne, tant un medium qui sert vacuer de la chaleur, possde des caractristiques propres (physiques, thermodynamiques et chimiques). Il doit possder les proprits requises dun bon fluide frigorigne que sont : ne pas dtruire la couche dozone avoir un faible potentiel deffet de serre avoir une grande chaleur latente de vaporisation avoir un point dbullition sous la pression atmosphrique suffisamment bas compte tenu des conditions de fonctionnement dsires (de sorte que la temprature dvaporation soit toujours un niveau plus lev que la temprature correspondant la pression atmosphrique) avoir une temprature critique leve (de sorte que la temprature de condensation dans les conditions dutilisation soient bien infrieure cette temprature critique) avoir un faible rapport de compression, cest dire faible rapport entre les pressions de refoulement et daspiration avoir un faible volume massique de la vapeur sature rendant possible lutilisation dun compresseur et de tuyauteries de dimensions rduites ne pas voir daction sur le lubrifiant (huile) employ conjointement tre non toxique et sans effet sur la sant du personnel tre non inflammable et non explosif en mlange avec lair, tre non corrosif, pas daction sur les mtaux constituants le circuit, pas daction sur les joints sans odeur ou nayant quune odeur non dsagrable sans action sur les denres conserver tre dun cot peu lev et dun approvisionnement facile fuites faciles dtecter et localiser par mthode visuelle Il faut bien comprendre quaucun des fluides utiliss ne possde lensemble de ces qualits. Le tableau 2.2 donne un exemple de caractrisation dun fluide frigorigne.

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Tableau 2.2 : Caractristiques du fluide frigorigne R22.Exemple du R22 Nom du fluide Famille Formule chimique Couleur Odeur Temprature critique Pression critique Temprature dbullition la pression atmosphrique Solubilit de leau dans le produit Potentiel dappauvrissement de la couche dozone Potentiel deffet de serre global 100 ans Informations toxicologiques R22 HCFC (hydrochlorofluoroacarbone) CHF2Cl Incolore Trs lgrement thre 96 C 49.8 bar -40.9 C 0.13% en masse 0.05 1 700 Non nocif par inhalation Dcomposition thermique haute temprature en produits toxiques et corrosifs Gelures possibles par projection du gaz liqufi Eviter le contact avec la peau (gants), les yeux (lunettes) Ne pas fumer Eviter le contact avec les flammes Tenir lcart de la chaleur Stocker dans un endroit frais et ventil Substance classe non dangereuse Fluide non inflammable et non toxique Groupe de scurit A1 (A : faiblement toxique 1 : pas de propagation de flamme 18 et 101300 Pa) C Lampe halode Mousse savon Dtecteur lectronique adapt Prcautions ncessaires au montage Propret pousse lors du montage et la mise en service Utiliser des raccords brass Effectuer les brassages sous atmosphre neutre Effectuer un tirage au vide pouss : infrieur 30 Pa Utiliser un lubrifiant minral ou de synthse Conditionnement dair rsidentiel, commercial et industriel Refroidisseur de liquide Installations temprature ngative

Prcautions individuelles

Manipulation et stockage

Informations rglementaires

Dtection de fuites

Domaines dapplications

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Courbe de saturation

Table de saturation Diagramme enthalpique

Voir tableau 2.3 Voir figure 2.0

Tableau 2.3 : Table de saturation du fluide frigorigne R22.T( C) P (bar) T( C) P (bar) T( C) P (bar) T( C) P (bar) T( C) P (bar) T( C) P (bar) T( C) P (bar) T( C) P (bar) T( C) P (bar) T( C) P (bar) T( C) P (bar) T( C) P (bar) T( C) P (bar) -60 0.375 -50 0.645 -40 1.05 -30 1.64 -20 2.45 -10 3.55 0 4.98 10 6.81 20 9.10 30 11.9 40 15.3 50 19.4 60 24.3 -59 0.397 -49 0.679 -39 1.10 -29 1.71 -19 2.55 -9 3.67 1 5.14 11 7.02 21 9.36 31 12.2 41 15.7 51 19.9 61 24.8 -58 0.420 -48 0.714 -38 1.15 -28 1.76 -18 2.65 -8 3.81 2 5.31 12 7.23 22 9.62 32 12.6 42 16.1 52 20.3 62 25.3 -57 0.444 -47 0.751 -37 1.21 -27 1.86 -17 2.75 -7 3.94 3 5.48 13 7.45 23 9.89 33 12.9 43 16.5 53 20.8 63 25.9 -56 0.469 -46 0.789 -36 1.26 -26 1.93 -16 2.85 -6 4.08 4 5.66 14 7.67 24 10.2 34 13.2 44 16.9 54 21.3 64 26.4 -55 0.496 -45 0.829 -35 1.32 -25 2.01 -15 2.96 -5 4.22 5 5.84 15 7.89 25 10.4 35 13.5 45 17.3 55 21.8 65 27 -54 0.523 -44 0.870 -34 1.38 -24 2.10 -14 3.07 -4 4.36 6 6.03 16 8.12 26 10.7 36 13.9 46 17.7 56 22.2 66 27.6 -53 0.552 -43 0.913 -33 1.44 -23 2.18 -13 3.19 -3 4.51 7 6.22 17 8.36 27 11.0 37 14.2 47 18.1 57 22.7 67 28.2 -52 0.582 -42 0.958 -32 1.50 -22 2.27 -12 3.30 -2 4.66 8 6.41 18 8.60 28 11.3 38 14.6 48 18.6 58 23.2 68 28.7 -51 0.613 -41 1.00 -31 1.57 -21 2.36 -11 3.42 -1 4.82 9 6.61 19 8.85 29 11.6 39 15.0 49 19.0 59 23.8 69 29.3

P (en pression absolue)

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Figure 2.0 Diagramme enthalpique du R22.

2.2 CLASSIFICATIONLes fluides frigorignes obissent une classification qui permet une dsignation prcise de chaque fluide. Cette classification est effectu sur la base de critres diffrents suivant la famille ou la sous famille de fluides considrs. Les fluides frigorignes sont divises en deux grandes familles que sont : les composs inorganiques les composs organiques

2.2.1

Les composs inorganiques

Les fluides de cette famille sont ceux de la srie 700. Le fluide le plus utilis de cette famille est lammoniac (NH3) et il est dsign par R717 R dsigne Rfrigrant Le 7 des centaines dsigne la srie 700 Le 17 reprsentant les deux derniers chiffres dsigne la masse molaire du corps (14 pour lazote N et 3 pour lhydrogne H

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Autres exemples de composs inorganiques :leau (H20) : R718 le dioxyde de carbone (CO2) : R744

2.2.2

Les composs organiques

Les composs organiques sont des drivs du mthane (CH4) et de lthane (C2H6). Ils se divisent en trois sous familles : les corps purs les mlanges (de corps purs) les hydrocarbures

2.2.2.1

Les corps purs

Les corps purs se regroupent en trois sous groupes suivant leur composition chimique : les CFC (chlorofluorocarbone) exemple le R12 les HCFC (hydrochlorofluorocarbone) exemple le R22 les HFC (hydrofluorocarbone) exemple le R134a La caractristique principale dun corps pur est quil se condense et svapore temprature et pression constante.

Les molcules des CFC sont compltement halognes. Ceux des HFC ne contiennent aucun atome de chlore.Quant aux molcules des HCFC, ils contiennent du chlore non compltement halogn; autrement dit certains atomes de chlore ont t remplacs par des atomes dhydrogne.

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Leur dsignation est base sur la rgle suivante : R : Rfrigrant Chiffre des units u : nombre datomes de fluor Chiffre des dizaines d : nombre datomes dhydrogne + 1 Chiffre des centaines c : nombre datomes de carbones 1 La valence du carbone tant de 4, la molcule sera complte par des atomes de chlore si ncessaire. Les lettres minuscules en fin de numrotation dsigne une asymtrie plus (b) ou moins (a) de la molcule. Le tableau 2.4 est une illustration de la dsignation des corps purs. Tableau 2.4 : Exemples de dsignation des corps purs R12 R22 R134a. Dsignation Chiffres des units 2 2 fluor 2 2 fluor 2 2 fluor Chiffres des dizaines 1 0 hydrogne 2 1 hydrogne 3 2 hydrogne Chiffres des centaines 0 1 carbone 0 1 carbone 1 2 carbone Nombre datomes de chlore 2 chlore Formule chimique CCl2F2

R12

R22

1 chlore

CHClF2

R134a

0 chlore

CH2FCF3

A partir de la formule chimique des fluides frigorignes ci-dessus, les dnominations de ces fluides sont les suivantes : le Dichlorodifluoromthane (CCl2F2) pour le R12 le Monochlorodifluoromthane (CHClF2) pour le R22 le Ttrafluorothane (CH2FCF3) pour le R134a Ces appellations ne sont pratiquement pas utilises en froid.

2.2.2.2

Les mlanges

Les mlanges de corps purs se regroupent en deux sous groupes que sont : les mlanges azotropiques qui se comportent comme des corps purs les mlanges zotropiques qui ne sont pas des corps purs Les mlanges azotropiques sont les fluides frigorignes de la srie 500.

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Les deux derniers chiffres indiquent le numro dordre dapparition du fluide considr. Exemple : le R502 (mlange de 48.8% de R22 et de 51.2% de R115) Les mlanges zotropiques sont les fluides frigorignes de la srie 400. Les deux derniers chiffres indiquent le numro dordre dapparition du fluide considr.

Exemple : le R404A (mlange de 52% de R143a, de 44% de R125 et de 4% de R134a) Dans le cas de mlanges de corps purs identiques mais dans des proportions diffrentes (isotopes), on associe une lettre majuscule (A,B,C) en fin de numrotation dans lordre chronologique dapparition. Exemple : R407A, R407B, R407C R407A (mlange de 20% de R32, de 40% de R125 et de 40% de R134a) R407B (mlange de 10% de R32, de 70% de R125 et de 20% de R134a) R407C (mlange de 23% de R32, de 25% de R125 et de 52% de R134a) Les mlanges zotropiques se vaporisent et se condensent non pas une temprature constante mais sur une plage de tempratures (glissement dans les zones de changement dtat).

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2.2.2.3

Les hydrocarbures

Les fluides frigorignes du type hydrocarbure proviennent essentiellement du raffinage du ptrole mais galement du dgazolinage (rcupration des hydrocarbures liquides) du gaz naturel. Ce sont essentiellement le R600 (butane), le R600a (isobutane) et le R290 (propane) qui est le plus utilis. Contrairement aux autres fluides frigorignes, les hydrocarbures sont hautement inflammables.

Dans certaines classifications, les fluides frigorignes du type HC (hydrocarbures) sont regroups avec les fluides de la srie 700 comme le R717 (ammoniac), le R718 (eau) ou le R744 (dioxyde de carbone) sous la famille des fluides dits naturels , les autres fluides tant regroups dans la famille des fluides dits de synthse.

2.3 IMPACTS ENVIRONNEMENTAUXLes impacts environnementaux lis aux fluides frigorignes reposent sur deux phnomnes : la destruction de la couche dozone le rchauffement de la plante

2.3.1

Destruction de la couche dozone

Lozone est une forme doxygne constitue de trois atomes au lieu de deux. Cest un gaz instable et il est particulirement vulnrable aux attaques des composs naturels contenant de lhydrogne, de lazote et du chlore. Lozone situ dans la stratosphre (rgion situe entre 11 et 48 km au dessus de la surface de la terre) est aussi indispensable la vie que loxygne. Il forme en effet un bouclier certes dune extrme minceur mais dune remarquable efficacit car il parvient filtrer la quasi totalit de tous les rayons ultra-violets nuisibles du soleil (absorption de la plupart des rayons UV B). La formation et la destruction de la couche dozone est un processus cyclique et naturel suivant les ractions suivantes :UV + O3 O2 + O O2 + O (Destruction de la couche dozone) UV: ultra-violets O3 : ozone O3 (Formation Ozone)

Cependant cet quilibre est rompu par leffet nfaste de certains fluides frigorignes qui rejets dans latmosphre (molcules contenant du chlore) vont dtruire les molcules dozone et par consquent endommagera la couche dozone avec comme consquence une augmentation des rayons UV B arrivant la surface de la Terre.

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En effet, les UV agissent sur les molcules de certains fluides (principalement les CFC et dans une moindre mesure les HCFC) pour librer les atomes de chlore et ce sont ces atomes qui vont ragir avec lozone pour la dtruire suivant une raction en chane : Cas du CFC R12 (CF2Cl2) UV + CF2Cl2 Cl + CF2Cl+ O

(libration atome de chlore du CFC R12) Cl + O3 ClO + O2

(Raction du chlore libr avec lOzone : Destruction Ozone) Cl + O Cl + O2

(Raction du ClO avec O et libration dun atome de chlore nouveau...)

Figure 2.2 : Phnomne de la destruction de la couche dozone.

Figure 2.3 : Effet de la destruction de la couche dozone.

Il faut noter que les CFC ont une dure de vie importante dans latmosphre (un demi sicle en moyenne pour le R11, 102 ans en moyenne pour le R12, et 85 ans en moyenne pour le R113), par consquent une fois ces produits rejets, ils influencerons le processus dappauvrissement de la couche dozone pendants maintes annes venir. Cest pour caractriser la capacit de destruction de la couche dozone par les fluides frigorignes qua t dfini le Potentiel dAction sur la couche dOzone (PAO) ou Ozone Depletion Potential (PAO) avec comme valeur de rfrence le PAO du CFC R11 qui est de 1, ce fluide tant considr comme celui ayant leffet le plus destructeur sur la couche dozone. Un PAO de 0 signifierait que le fluide frigorigne considr na aucun effet sur la destruction de la couche dozone.Le tableau ci-dessous donne le PAO de quelques fluides frigorignes.

( Voir galement le guide de la bonne pratique )

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Tableau 2.5 : Valeurs de PAO de quelques fluides frigorignes. FF Famille PAO R11 CFC 1 R12 CFC 0.9 R22 HCFC 0.05 R134a HFC 0 R717 0 R507 0 R404A 0 R600 0

inorganique Azotropique zotropique hydrocarbure

Les consquences de la destruction de la couche dozone (augmentation des rayons UV B la surface de la Terre) sont les suivantes :laugmentation des cancers de la peau laugmentation des cas de cataractes et autres lsions oculaires la diminution du systme immunitaire la baisse des rendements agricoles et la destruction des forts la dtrioration de la vie maritime.

2.3.2

Rchauffement de la plante

La temprature de la terre est maintenue par un quilibre entre leffet rchauffant manant du rayonnement solaire venant de lespace et leffet refroidissant des rayons infrarouges mis par la surface chaude de lcorce terrestre et latmosphre qui remontent vers lespace. Le rayonnement solaire sous forme de lumire visible qui atteint la terre se divise en plusieurs parties : une partie est absorbe par latmosphre une partie est rflchie par les nuages et le sol (tout particulirement le dsert et la neige) le reste est absorbe par la surface qui est rchauffe et qui son tour rchauffe latmosphre, la surface rchauffe et latmosphre de la terre mettent des rayons infrarouges (IR) de grandes longueurs donde.

Une partie des rayons IR de grande longueur donde renvoyes est absorbe dans latmosphre par certains gaz ralentissant ainsi les dgagements des rayonnements refroidissant et rchauffant ainsi la surface de la terre, il sagit de leffet de serre qui un phnomne naturel sans lequel la vie sur terre serait invivable avec une temprature moyenne de -18C contre +15C actuellement la surface du globe terrestre.Les gaz prsents dans latmosphre et qui absorbent une partie de ce rayonnement IR sont appels gaz effet de serre. Il sagit principalement du CO2, de la vapeur deau, du mthane (CH4) et de loxyde nitreux (N2O) et des fluides frigorignes rejets dans latmosphre (principalement les CFC).

32

Cependant, les activits humaines contribuent une concentration importante de ces gaz effet de serre. Ces gaz sont issus pour la plus part de la combustion des carburants fossiles par le secteur industriel, le secteur tertiaire et les transports et des rejets de fluides frigorignes dans latmosphre.Cette concentration des gaz effet de serre va augmenter le pouvoir dabsorption des rayonnements IR et par suite augmenter la temprature moyenne autour de la surface de la plante : cest le rchauffement de la plante. Figure 2.4 : Phnomne de leffet de serre. Pour caractriser leffet des fluides frigorignes sur le rchauffement de la plante, il a t dfini le Potentiel dAction sur lEffet de Serre (PAES) ou GWP (Global Warning Potential) qui est un index qui compare leffet de rchauffement des diffrents gaz au fil du temps par rapport des missions quivalentes de CO2 (exprim en masse). Etant donn la dure de vie du CO2 qui est de lordre de 500 ans, il est dfini plusieurs GWP en fonction de la dure dintgration en annes (10, 20, 50, 100, 200, 500) mais en pratique il est adopt le GWP pour une dure dintgration de 100 ans : GWP100 Par consquent le GWP100du CO2 (dioxyde de carbone R744) est de 1. Le tableau suivant donne le GWP100 de quelques fluides frigorignes. Tableau 2.6 : Valeurs de GWP100 de quelques fluides frigorignes. FF Famille GWP100 R11 CFC 3500 R12 CFC 7300 R22 HCFC 1500 R134a R717 R507 R404A R600 HFC inorganique Azotropique zotropique hydrocarbure 1200 8C La dernire molcule de gaz s'vapore trop tt. C'est le cas d'un manque de charge. Surchauffe trop faible < 5C Ce rgime de fonctionnement est particulirement dangereux car le compresseur prend des "coups de liquide" et risque d'tre srieusement endommag. Cela peut-tre le cas d'un mauvais rglage du dtendeur. La pratique montre qu'aprs une modification de rglage thermostatique, il faut parfois plus de 20 minutes pour que l'installation se stabilise nouveau. Influence de la surchauffe sur la puissance frigorifique : Plus il y a du liquide dans l'vaporateur, plus la puissance frigorifique sera importante, attendu qu'il n'y a pas de liquide dans la zone de surchauffe. Cela revient dire que la surchauffe doit tre la plus faible possible sans toutefois risquer de coups de liquide au compresseur. Regler sa surchauffe entre 5C et 8C est un bon compromis entre bonne puissance frigorifique et risque minimum de coup de liquide. Surchauffe trop importante Le dtendeur est ferm, il ne laisse passer que peu de liquide, d'o la puissance frigorifique est faible. Le Dq sur l'air est faible. La BP est faible. On assiste un givrage la sortie du dtendeur. Surchauffe trop faible Le dtendeur est grand ouvert, il laisse passer du liquide. La puissance frigorifique est bonne, le Dq sur l'air est bon mais le compresseur risque les coups de liquide. Influence de la temprature de l'air : Plus la temprature de chambre froide baisse et plus il faut une longueur importante de tube pour maintenir la surchauffe, on a donc moins de liquide dans l'vaporateur et le dtendeur s'est ferm. La BP a chute et la puissance frigorifique aussi. Le Dqtotal de l'vaporateur reste constant ainsi que %HR. Pompage du dtendeur : Le dtendeur est rgl initialement pour assurer une surchauffe de 7C. -On ouvre le dtendeur d'un tour, il se met pomper. La surchauffe varie de 2 14C. -On ouvre le dtendeur d'un tour, la surchauffe varie maintenant de 0C 12C, en posant la main sur la conduite d'aspiration on sent distinctement les coups de liquide priodiques au compresseur. En fait, chaque tour de vis, on a augment la puissance du dtendeur. Quand le dtendeur pompe, c'est l'indice que sa capacit est plus importante que la puissance frigorifique de l'vaporateur. Montage du dtendeur thermostatique : Montage du bulbe : Le bulbe doit toujours tre mont immdiatement en aval de l'vaporateur sur la partie horizontale de la conduite; pour l'installer, il faut tenir compte de la conduite d'aspiration dans une position comprise entre 4 et 8 heures. En effet, le signal du bulbe peut se trouver gn par le retour de l'huile venant de l'vaporateur. Le bulbe se monte contre courant. Ne jamais le monter trop prs d'un pige liquide. Montage de l'galisation de pression : L'galisation de pression doit toujours tre monte en aval du bulbe.

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3.5.3.3

Les dtendeurs MOP

Il est gnralement utilis lorsque le compresseur risque une surcharge la mise en route de l'installation. Il est souvent utilis pour les chambres froides trs basses tempratures. Cette charge s'obtient en rduisant la masse de fluide dans les bulbes. En dessous du point MOP, le dtendeur MOP rgule comme un dtendeur traditionnel. Au dessus de la pression MOP, la surchauffe n'est plus contrle, le dtendeur MOP se ferme. Il reste ferm jusqu' ce que la pression d'vaporation redescende sous la pression MOP. Une fois cette condition satisfaite, il rgulera nouveau comme un dtendeur traditionnel. Rglage : Matriel ncessaire : En plus d'un manomtre usuel, il faut disposer d'un thermomtre de prfrence lectronique dont on fixera la sonde au niveau du bulbe du dtendeur. Rglage : Si le dtendeur t correctement slectionn, son rglage d'usine maintien une surchauffe de 5C. (la selection dans les tables danfoss a donn Q nom dtendeur = Fo). Si on a sous-dimensionn dans les valeurs acceptables par danfoss ( Q nominale dtendeur < Fo = thermostat de rgulation S1 = commutateur marche/arrt S0 = arrt d'urgence HP> = pressostat HP BP< = pressostat BP F1 = relais thermique du groupe de condensation F2 = relais thermique du ventilateur d'vaporateur

221

Ajout de l'horloge de dgivrage :

KM3 = contacteur des rsistances de dgivrage P = horloge de dgivrage Nous avons ajout une pendule de dgivrage, cette pendule bascule ses contacts P un moment M et pendant une dure D. Ces paramtres se rglent sur le programmateur intgr l'horloge. C'est le bureau d'tude qui les fixe en fonction de l'utilisation de la chambre froide. Arriv au moment M, la pendule ferme son contact normalement ouvert de la ligne des rsistances ce qui permet de les alimenter, elle ouvre aussi son contact normalement ferm et provoque par consquent l'arrt du groupe de condensation et du ventilateur d'vaporateur. La production de froid est arrte, nous commenons un cycle de dgivrage pendant toute la dure D programme. Une fois cette dure coule, les contacts P basculent, les rsistances sont dsaliments et la production de froid peut repartir... Inconvnients majeurs : La chaleur dissipe par les rsistances fait monter l'vaporateur en pression puisqu'il reste du liquide (relation Pression-temprature). Si la dure D programme est de 20 min par exemple et que toute la glace ait fondue en 10 min (parce les ouvertures de portes ont t moins nombreuses), les rsistances vont continuer chauffer pendant encore 10 minutes... Cela va forcement dtriorer l'installation car cette chaleur ne pourra plus servir fondre la glace et elle servira donc a chauffer l'air et surtout le panneau de toit si l'vaporateur est plafonnier. Les parties plastiques vont fondrent (carter de protection d'hlice de ventilo, boite de drivation,...) et la mousse de polyurthane des panneaux frigo risque de prendre feu... Risques de migrations de fluide frigorigne vers le compresseur

L'horloge ne pourra donc pas servir de commande de fin de dgivrage. La dure D programme sera une dure maximale d'enclenchement de rsistances. Il faudra utiliser un autre appareil pour actionner la fin du dgivrage... En ce qui concerne la monte en pression de l'vaporateur, il suffira de faire un pump down au minimum pour liminer le problme.

222

Ajout du thermostat fin de dgivrage :

Lgende : Y1 = lectrovanne ligne liquide qfd > = thermostat de fin de dgivrage Nous avons ajout un thermostat de fin de dgivrage. Pendant le dgivrage, la chaleur produite par les rsistances sert faire fondre la glace. Ds que la l'vaporateur est dgivr, la chaleur produite par les rsistances permet la temprature de l'air de l'vaporateur de passer au dessus de 0C, c'est le signal que le dgivrage est fini. Le thermostat de fin de dgivrage bascule et ouvre son contact, ce qui permet d'arrter l'alimentation des rsistances par coupure de KM3. Nous avons aussi modifi le schma lectrique afin d'avoir une rgulation pump-down. Inconvnients majeurs : Si la dure D programme est de 20 min et que toute la glace ait fondue en 10 min, on ne peut pas repartir en production de froid. L'huile de l'vaporateur risque de dgazer ce qui va provoquer des mises en route successives du compresseur (mme si l'installation est quipe d'un sparateur d'huile). On enclenche les rsistances alors que le pump-down n'est pas fini.

Une fois le dgivrage et l'gouttement termin, il faut repartir en marche rfrigration.

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Modification 1 : Retour marche rfrigration

Lgende : En remplaant le contact P sur la ligne de Y1 par un contact normalement ferm de KM3, on rsout le problme du retour marche rfrigration. Aussitt les rsistances dsalimentes, l'installation peut repartir en production de froid si le thermostat le demande. Inconvnients majeurs : On enclenche les rsistances alors que le pump-down n'est pas fini. L'huile de l'vaporateur risque de dgazer ce qui va provoquer des mises en route successives du compresseur (mme si l'installation est quipe d'un sparateur d'huile). Si la dure D programme est de 20 min et que toute la glace ait fondue en 10 min, on repart en production de froid en projetant de l'eau et en faisant circuler le l'air chaud dans la chambre froide. La temprature de l'vaporateur diminue rapidement et le thermostat de fin de dgivrage bascule et renclenche un second dgivrage !

Il ne faut faire qu'un de dgivrage et un seul par cycle de fermeture du contact de la pendule.

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Modification 2 : Ajout du relais "single dgivrage"

Lgende : Nous avons ajout un relais KA1 qui sert a faire un dgivrage et un seul. Inconvnients majeurs : On enclenche les rsistances alors que le pump-down n'est pas fini. L'huile de l'vaporateur risque de dgazer ce qui va provoquer des mises en route successives du compresseur (mme si l'installation est quipe d'un sparateur d'huile). Si la dure D programme est de 20 min et que toute la glace ait fondue en 10 min, on repart en production de froid en projetant de l'eau et en faisant circuler le l'air chaud dans la chambre froide.

Il faut enclencher le dgivrage une fois le pump down termin et pas avant !

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Modification 3 : Ajout d'un relais de dgivrage

Lgende : Nous avons ajout un relais KA2 qui sert a enclencher le dgivrage une fois le pump down termin. Nous avons aussi mis un contact normalement ferm de KM1 sur la ligne des rsistances (KM3). Ds la fin du pump down, il va se fermer et enclencher les rsistances. Inconvnients majeurs : L'huile de l'vaporateur risque de dgazer ce qui va provoquer des mises en route successives du compresseur (mme si l'installation est quipe d'un sparateur d'huile). Si la dure D programme est de 20 min et que toute la glace ait fondue en 10 min, on repart en production de froid en projetant de l'eau et en faisant circuler le l'air chaud dans la chambre froide. Il faut viter les projections d'eau et la circulation d'air chaud...

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Modification 4 : Ajout d'une temporisation sur la ligne du ventilateur d'vaporateur

Lgende : quipons le relais KA2 d'un additif temporis repos et rglons cette temporisation sur 3 minutes (temps maxi disponible). Ainsi lors du retour marche rfrigration, l'installation va fonctionner 3 minutes en produisant du froid statique (le ventilateur de l'vaporateur est arrt). Cela va permettre de geler les eaux de condensas et donc d'viter la projection d'eau. Cela va permettre aussi de refroidir l'air ambiant de l'vaporateur et donc d'empcher la circulation d'air chaud dans la chambre froide. Inconvnients majeurs : L'huile de l'vaporateur risque de dgazer ce qui va provoquer des mises en route successives du compresseur (mme si l'installation est quipe d'un sparateur d'huile). Si la dure D programme est de 20 min et que toute la glace ait fondue en 10 min, et si en plus l'installation n'est pas en demande de froid on redmarre le ventilateur de l'vaporateur au bout de 3 minutes en projetant de l'eau et en faisant circuler le l'air chaud dans la chambre froide. Il faut viter les projections d'eau et la circulation d'air chaud mme si la chambre froide n'est pas en demande de froid aprs un dgivrage.

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Modification 5 : Shuntage ponctuel du thermostat de rgulation

Lgende :Nous avons utilis le contact inverseur de la temporisation pour shunter ponctuellement le thermostat de rgulation. Ainsi lors du retour marche rfrigration, que l'on soit en demande de froid ou pas, l'installation va fonctionner 3 minutes en produisant du froid statique (le ventilateur de l'vaporateur est arrt). Cela va permettre de geler les eaux de condensas et donc d'viter la projection d'eau. Cela va permettre aussi de refroidir l'air ambiant de l'vaporateur et donc d'empcher la circulation d'air chaud dans la chambre froide. Inconvnient majeur : L'huile de l'vaporateur risque de dgazer ce qui va provoquer des mises en route successives du compresseur (mme si l'installation est quipe d'un sparateur d'huile). Cet inconvnient peut tre rsolut facilement : Il suffit de transformer le schma lectrique pour utiliser une rgulation Single-pump-down.

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Schma lectrique final du dgivrage par rsistance :

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9.11.2

Le dgivrage par gaz chauds

En utilisant la base du schma lectrique de commande du dgivrage par rsistances, on arrive au schma suivant :

Lgende : q1 > = thermostat de rgulation S1 = commutateur marche/arrt S0 = arrt d'urgence HP> = pressostat HP scurit BP> = pressostat BP rgulation F1 = relais thermique du groupe de condensation KM1 = contacteur du groupe de condensation F2 = relais thermique du ventilateur d'vaporateur KM2 = contacteur du ventilateur d'vaporateur KA2 = relais de dgivrage quip d'un additif temporis repos KA1 = relais "single dgivrage" Y1 = lectrovanne ligne liquide (NF) Y2 = lectrovanne gaz chauds P = pendule de dgivrage KM3 = contacteur de rsistance de bain marie q2 > = thermostat de chauffage de bain marie

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En faisant d'abord un pump-down sur l'vaporateur le dgivrage sera plus rapide. Pour cela utilisons un deuxime pressostat BP qui coupera 0,5 bar. Une fois coup, l'vaporateur sera vid et on pourra ouvrir l'lectrovanne Y2, qui enverra les gaz chauds. Le relais KA3 ajout s'appelle donc relais "pump-down avant dgivrage" et KA4 permet de verrouiller le systme et de faire un pump-down et un seul par cycle de pendule, on l'appellera donc relais "single pump-down avant dgivrage".

231

232

233

Lgende : KM1 = contacteur groupe de condensation KM2 = contacteur du ventilateur de l'vaporateur 1 KM3 = contacteur du ventilateur de l'vaporateur 2 KM4 = contacteur du ventilateur de l'vaporateur 3 KM5 = contacteur du cordon chauffant d'ACL q < = thermostat de rgulation de cordon chauffant d'ACL q > = thermostat de rgulation qfd > = thermostat de fin de dgivrage S1 = commutateur marche/arrt S0 = arrt d'urgence HP> = pressostat HP scurit HP< = pressostat HP de mise en production de gaz chauds BP> = pressostat BP rgulation BP< = pressostat BP pump-down avant dgivrage F1 = relais thermique du groupe de condensation F2 = relais thermique du ventilateur d'vaporateur 1 F3 = relais thermique du ventilateur d'vaporateur 2 F4 = relais thermique du ventilateur d'vaporateur 3 KA1 = relais de pump down avant dgivrage KA2 = relais single pump down avnt dgivrage KA3 = relais de dgivrage vap 1 quip d'un additif temporis repos KA4 = relais "single dgivrage" vap 1 KA5 = relais de dgivrage vap 2 quip d'un additif temporis repos KA6 = relais "single dgivrage" vap 2 KA7 = relais de dgivrage vap 3 quip d'un additif temporis repos KA8 = relais "single dgivrage" vap 3 KA9 = relais de mise en production de gaz chauds Y1 = lectrovanne ligne liquide vap 1 (NF) YA = lectrovanne gaz chauds vap 1 (NF) YB = lectrovanne aspiration vap 1 (NO) Y2 = lectrovanne ligne liquide vap 2 (NF) YC = lectrovanne gaz chauds vap 2 (NF) YD = lectrovanne aspiration vap 2 (NO) Y3 = lectrovanne ligne liquide vap 3 (NF) YE = lectrovanne gaz chauds vap 3 (NF) YF = lectrovanne aspiration vap 3 (NO) P = pendule de dgivrageChaque arrive de gaz chaud comporte son dtendeur automatique et son lectrovanne. Ces conduites passent dans le bac de dgivrage pour viter d'employer une rsistance. La rsistance d'coulement reste obligatoire. On ajoute en sortie d'vaporateur une vanne de rgulation de pression de d'vaporation pour homogneser le dgivrage sur toute la surface de la batterie. On remplace le bain marie par une anti-coup de liquide quipe d'un cordon chauffant autorgulant command par thermostat. On dgivre un vaporateur pendant un temps maxi impos par l'horloge, les deux autres assurent la production de gaz chauds ncessaires au dgivrage l'aide du pressostat HP. Un thermostat de fin de dgivrage permet le retour en marche rfrigration. Chaque dgivrage dbute par un pump-down de tout les vaporateurs.

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9.11.3 Le dgivrage par inversion de cycleEn utilisant la base du schma lectrique de commande du dgivrage par rsistances, on arrive au schma suivant :

Lgende : KM1 = groupe de condensation KM2 = ventilateur de l'vaporateur q > = thermostat de rgulation S1 = commutateur marche/arrt S0 = arrt d'urgence HP> = pressostat HP scurit BP> = pressostat BP rgulation F1 = relais thermique du groupe de condensation KM1 = contacteur du groupe de condensation F2 = relais thermique du ventilateur d'vaporateur KM2 = contacteur du ventilateur d'vaporateur KA2 = relais de dgivrage quip d'un additif temporis repos KA1 = relais "single dgivrage" Y1 = lectrovanne ligne liquide (NF) Y2 = lectrovanne NO entre rservoir de liquide Y3 = vanne d'inversion de cycle P = pendule de dgivrage

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Schma de la vanne 4 voies Y3 non alimente

Le tiroir de la vanne 4 voies est command par une vanne 3 voies pilote grce au jeu des pressions. En mettant l'aspiration en contact avec la partie gauche de la vanne, on colle le tiroir vers la gauche en faisant une dtente l'aide du compresseur par le trou d'quilibrage. A droite, il rgne la mme pression (HP) de part et d'autre du tiroir car la voie est isole au niveau de la vanne 3 voies de pilotage.

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Schma de la vanne 4 voies Y3 alimente

L'aspiration est en contact avec la partie droite de la vanne, le tiroir est coll vers la droite grce la dtente cre par le compresseur au travers du trou d'quilibrage. A gauche, il rgne la mme pression (HP) de part et d'autre du tiroir car la voie est isole au niveau de la vanne 3 voies de pilotage.

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Piste de rflexion :

En faisant d'abord un pump-down sur l'vaporateur le dgivrage sera plus rapide. Pour cela utilisons un deuxime pressostat BP qui coupera 0,5 bar. Une fois coup, l'vaporateur sera vid et on pourra ouvrir l'lectrovanne Y2, qui enverra les gaz chauds. Le relais KA3 ajout s'appelle donc relais "pump-down avant dgivrage" et KA4 permet de verrouiller le systme et de faire un pump-down et un seul par cycle de pendule, on l'appellera donc relais "single pump-down avant dgivrage".

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Technique du froid 239

NSN utilesGaz : R22-( 6830.22.210.7322) en 12kg=8120.90.006.5876 et en 60kg=8120.13.117.8999 R134A (6830.01.439.0614)en 12kg=8120.90.006.5877 et en 60kg=8120.90.005.2121 R407C (6830.90.005.9697)en 11,3kg=8120.90.006.5878

OUTILSKIT PLIAGE TUYAU :5120.01.449.4066 Kit expansion :5180.13.117.0101 Coupe tube grand :5110.00.293.0460 Coupe tube mini :5110.01.445.6686 Coupe cable main :5110.14.398.6336 Thermomtre digital :6685.12.343.3728 Indicateur de phase :6625.13.117.7618 Baguette largent :S-L-BAY 3439

TMVhicule VOLVO carrier mistral 900 (Z 140-900) 7610.13.116.2920 :carnet de bord et entretien 7610.13.116.2926 :startronic 7610.13.116.2921 :superstructure 7610.13.116.2928 :hayon lvateur 7610.13.116.2922 :utilisateur 7610.13.116.2929 :cooling motor 7610.13.116.2923 :training 7610.13.116.2930 :diesel D950 SNL 7610.13.116.2931 : SNL Vhicule IVECO ZEPHIR 200 (Z967-310) TME 301 7610.70.407.5000.4 TMF 101 7610.70.407.5007.9 TME 201 .5001.2 TMN 201 carrosserie 08.7 FRIGO TME 102 .5002.0 TMF 201 carrosserie 09.5 FRIGO TMF 102 03.8 SNL 001 leaflet .5010.3 Micro SNL 04.6 SNL 101 .5011.1 TME 101 05.3 TME 101 Zphir 200 .5012.9 TMN 101 06.1

Airco vhiculePANDUR Wygam avec leak tester :4130.13.117.7180.5 SCANIA station Robinair :4250.01.489.5232 Leak detect Robinair :4940.01.489.5231

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10.1 PANNES FRIGORIFIQUESLexprience du dpannage frigorifique sur les installations de froid commercial et de climatisation permet de classer les pannes frigorifiques en huit grandes familles comme suit : les quatre premires pannes se caractrisent par une BP anormalement faible la panne du dtendeur trop petit (la puissance du dtendeur est insuffisante) la panne du manque de charge en FF (le circuit frigorifique ne contient pas assez de FF) la panne de la pr-dtente (pr-dtente indsirable sur la ligne liquide avant le dtendeur) la panne de lvaporateur trop petit (la puissance frigorifique de lvaporateur est insuffisante) la cinquime panne se caractrise par une BP leve avec une puissance frigorifique faible ; cest la panne du compresseur trop petit, la puissance du compresseur est insuffisante les trois dernires pannes se caractrisent par une HP anormalement leve la panne de lexcs de charge (il y a trop de FF dans le circuit frigorifique) la panne des incondensables (il y a un excs important dincondensables dans le circuit) la panne du condenseur trop petit (la puissance du condenseur est insuffisante) Quelque soit la panne, elle se caractrise par une production frigorifique faible par rapport la puissance normale.

10.1.1

Panne du dtendeur trop petit

Il est souvent conscutif a une mauvaise slection du dtendeur thermostatique (buse trop petite). Le dtendeur ne laisse pas passer assez de FF dans lvaporateur, la dernire goutte de liquide va apparatre trs tt lintrieur de lvaporateur, la SH des vapeurs la sortie de lvaporateur va tre importante, la temprature du FF laspiration du compresseur sera leve et par consquent celle du FF au refoulement galement. Le compresseur peut aspirer plus de vapeurs que lvaporateur en produit, la BP devient anormalement faible. Le carter du compresseur sera anormalement chaud. La BP a tendance chuter tandis que la temprature du fluide refroidir lentre de lvaporateur augmente, lcart maximal de temprature de lvaporateur sera important. Le condenseur devient potentiellement surpuissant et puisque la puissance frigorifique produite est faible (manque de FF dans lvaporateur), lexcdent de FF se retrouve dans le condenseur, le SR sera trs bon.

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Il ne faut cependant pas confondre cette panne avec celle de la pr-dtente qui se caractrise par une diffrence de temprature entre le dpart de la conduite liquide et lentre du dtendeur. Lorsque la panne du dtendeur est localis avec certitude,il faut rechercher la cause exacte qui peut tre parmi les causes suivantes : dtendeur mal slectionn dtendeur trop ferm la suite dun mauvais rglage train thermostatique du dtendeur perc ou prvu pour un autre FF dtendeur gripp mcaniquement filtre lentre du dtendeur colmat

10.1.2

Panne du manque de charge

Lorsquil manque de FF dans linstallation, il en manque galement dans tous les organes de linstallation, en particulier dans les organes principaux. Lvaporateur sera mal aliment en FF et des rpercussions telles que celles de la panne du dtendeur trop petit seront observes. Le condenseur devient surpuissant mais comme il manque de FF dans le condenseur galement, la tuyauterie liquide sera mal remplie do la prsence de FF gazeux dans cette tuyauterie, le SR sera pratiquement nul et des bulles devront apparatre dans le voyant liquide. La prsence de bulles au niveau du voyant liquide nimplique pas forcement un manque de charge en FF, cependant un manque de charge se traduit toujours par la prsence de bulles au niveau du voyant liquide.

10.1.3

Panne de la pr-dtente

Il sagit dune panne conscutive une dtente du FF sur la ligne liquide avant le dtendeur proprement parl. Par exemple lorsque le filtre-dshydrateur est bouch, il soppose au passage du FF liquide et peut provoquer une chute de pression importante (suivant limportance du colmatage), cette chute de pression peut tre comparable celle cre par la dtente normale , on peut retrouver alors un mlange de liquide et de vapeur la sortie du filtre-dshydrateur et le voyant liquide va buller . Il sensuit un manque de FF liquide lentre du dtendeur et par suite une mauvaise alimentation en FF de lvaporateur avec les mmes symptmes que ceux de la panne du dtendeur trop petit. Ces deux pannes diffrent par le fait quil y a une diffrence de temprature sur la ligne liquide pour la panne de la pr-dtente.

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1.1.4

Panne de lvaporateur trop petit

Cette panne caractrise toutes les pannes provoquant une rduction anormale de la puissance de lvaporateur. Lvaporateur produisant moins de vapeurs que le compresseur peut en aspirer, la BP va diminuer fortement. Les changes entre le FF liquide contenu dans lvaporateur et le fluide refroidir ne seffectuent pas correctement, lcart de temprature sur le fluide augmente, le fluide nest plus refroidi correctement, le FF nest plus totalement vaporis, la SH est faible et il ya des risques de coup de liquide, tout se passe comme si le dtendeur devenait surpuissant. Le condenseur devient potentiellement surpuissant puisque la puissance frigorifique produite est faible, le SR sera plutt bon. La pannes peut avoir 2 origines le manque de dbit dair sur lvaporateur : la vitesse de circulation du fluide (lair) tant faible, le fluide (lair) reste plus en contact avec les surfaces dchange, la temprature de sortie du fluide diminue alors que celle lentre augmente, lcart de temprature sur le fluide est donc important lvaporateur est encrass : le fluide est moins bien refroidi et la diffrence de temprature sur le fluide sera plutt faible La panne de lvaporateur trop petit peut avoir plusieurs causes (vaporateur air) : les tubes et les ailettes de lvaporateur sont encrasss les filtres air sont sales la courroie du ventilo vaporateur patine ou est casse la perte de charge du rseau araulique de lvaporateur est trop importante la circulation se fait mal dans la chambre froide lun des ventilateurs de lvaporateur ne fonctionne plus le ventilateur de lvaporateur tourne lenvers Il est noter que le sens de circulation de lair est invers pour un ventilateur du type hlicode lorsque que le ventilateur tourne lenvers, pour un ventilateur centrifuge, le sens de circulation reste inchang ; par contre le dbit dair et la pression araulique fournie diminuent fortement.

10.1.5

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, lautre tant hors service), tout se asse comme si lvaporateur produit plus de vapeurs de FF que le compresseur ne peut aspirer, la BP va augmenter fortement.

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Le dbit massique de FF en circulation tant rduit, la puissance frigorifique va diminuer galement. Lvaporateur devient surpuissant, la SH sera leve. La quantit de FF vapeur aspire tant rduite, le compresseur sera moins bien refroidi et son carter sera plutt chaud. Lnergie lectrique consomme 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 cass ou non tanche compresseur est sous dimensionn par rapport lvaporateur

DO PROVIENT LA PANNE DUN COMPRESSEUR Vous devez toujours vous poser cette question lorsquil y a lieu de remplacer un compresseur dfectueux. En effet, lancien compresseur a une histoire vous raconter. Si vous ne trouvez pas la rponse cette question, il y a des fortes chances que vous deviez sous peu remplacer le nouveau galement. Il suffit souvent de consacrer un peu plus de temps lanalyse pour trouver la rponse. Analysons quelques cas. LE COMPRESSEUR EST LA MASSE Un grand pourcentage des mises la masse provient dun manque dhuile. Ouvrez le compresseur et inspectez le stator et le rotor. Inspectez les bobines et ltat dans lequel elles se trouvent. COMPLETEMENT GRILLE Si vous observez une brlure totale des bobines, la cause peut rsider dans une tension trop faible, un dsquilibre dans la tension dalimentation ou le manque de refroidissement du moteur. Il est aussi possible que le rotor ait t bloqu alors que la protection du moteur tait hors service. Toutes les causes provoquant une chute de tension peuvent tre lorigine de ce problme. Considrons que la tension soit tale I x R. Une chute de tension est donc une perte de I x R. Une variation de la rsistance dun raccordement peut provenir de connexions en train de se desserrer aux cbles dalimentation ou dans le compresseur mme, de mauvais contacts de relais ou encore de mauvais contacts aux bornes de raccordement. Il arrive que cette variation de rsistance ne se remarque quen charge de telle sorte quune mesure de la tension larrt laisse supposer tord que tout est en ordre. Cest pourquoi la tension doit encore tre remesure mme les bornes de raccordement et en charge. Une surcharge gnrale peut tre le rsultat dun compresseur mal choisi ou dune machine qui, pour une raison ou une autre, commence fonctionner en dehors des limites autorises prvues dans les spcifications tablies par le fabricant. Des cycles marche/arrt trop frquent du compresseur peuvent tre le rsultat dune brlure gnrale. En effet, cause des brles, la chaleur dveloppe au dmarrage ne peut pas tre suffisamment vacue des bobines par les gaz daspiration.

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BRULURE PARTIELLE Si vous observez un ou plusieurs enroulements brls tandis quun enroulement est rest intact, dans le nombreux cas la cause sera quun contact du relais na pas fonctionn. De temps autre, il arrive galement quun relais brl reste attir sans que la bobine du relais soit active. Dans ce cas, il nest pas rare de voir le moteur fonctionner sur deux phases. Dans un moteur enroulement partiel, il se pourrait quun des deux relais nait pas t activ. La perte dune phase quivaut une perte de couple moteur car lun des enroulements ne contribue plus au fonctionnement correct. Le moteur commence alors se dphaser par rapport au champ tournant dvelopp. Les bobines restantes commencent de ce fait consommer davantage de courant ce qui peut aboutir la brlure des enroulements restants. Lorsque la charge du moteur devient trop importante, il est possible que le champ tournant se dconnecte totalement. Si la protection du moteur est correctement rgle, celle-ci devrait tre active. Au dmarrage, les moteurs cage dcureuil consomment environ 6 fois la valeur du courant nominal ceci est d labsence dune ractance inductive. Lorsque les cbles dalimentation vers le btiment ou vers le compresseur ne sont pas de dimensions suffisantes, il y aura une chute de tension chaque dmarrage du compresseur. Lune des solutions consiste dmarrer le moteur dans une configuration triangle/toile o le courant de dmarrage est environ de 2X le courant de fonctionnement. Le couple de dmarrage est de cette manire ramen 1/3. Les moteurs enroulement partiel ont un couple de dmarrage proportionnel la premire bobine qui enclenche. Si un dmarrage vide na pas t prvu, le moteur sera surcharg ce qui peut rsulter en de srieux dommages lorsque cette situation est maintenue un certain temps. Si vous observez une petite trace de brlure sur la partie infrieure des bobines, vrifiez alors sil y a encore suffisamment de jeu entre le rotor et le stator. Pour le savoir, faites bouger le rotor verticalement et horizontalement. Des impurets, souvent originaires du compresseur mme, peuvent galement tre une cause possible. Une modification brusque de la charge dans le btiment peut rsulter en une charge inductive leve qui peut, son tour, engendrer un pic de tension. La partie la plus faible des bobines du moteur en sera victime. Cette brlure peut se produire lintrieur de la bobine, entre les enroulements ou entre les enroulements et la masse. Le fait de serrer trop fortes les connexions du moteur peut galement avoir pour rsultat un court-circuit entre les bornes de raccordement. Lorsque la machine de rfrigration tourne avec une surchauffe trop faible, de la condensation peut apparatre dans la bote de connexion. Chez certains fabricants, on trouve sous les fiches de raccordements une petite surlvation ou une protubrance o leau peut stagner. Cette eau peut alors provoquer une mise la masse. BOBINE DE DEMARRAGE BRULEE Des condensateurs de dmarrage endommags ou des relais de dmarrage dfectueux sont, dans les moteurs monophass, souvent lorigine de problmes dans les petits compresseurs hermtiques. Ces composants peuvent devenir dfectueux suite des problmes dalimentation de tension ou cause darrts/dmarrages multiples du compresseur.

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Ce phnomne ce produit le plus souvent lorsque dune part du gaz sest chapp de linstallation et que le compresseur se dbranche constamment par le biais de son fusible BT (basse tension) ou, dautre part lorsque le condenseur est encrass ou encore lorsque le ventilateur du condenseur est dfectueux car alors la protection HP de la machine senclenche et se dclenche, le phnomne tant aggrav par des pressions de condensation leves. La bobine principale peut galement griller si le compresseur est surcharg faisant en sorte que la bobine de secours soit constamment sollicite tandis que le compresseur tourne. Un raccordement erron des cbles dalimentation est quelque fois la base dune panne du compresseur. Dans un article suivant nous irons plus en dtail dans la manire de vrifier les petits compresseurs hermtiques monophass. PRENEZ LE TEMPS DE VERIFIER LES PROTECTIONS Si lon observe une perte dhuile lorsque le compresseur tourne, la cause peut en tre : Des pistons uses, des segments de piston uss, laspiration de liquide ou des roulements uss. Le roulement le plus larrire montre gnralement le plus haut degr dusure. Lorsque quil y a suspicion daspiration de rfrigrant liquide, vrifiez absolument la fentre dinspection du niveau dhuile. Lhuile est-elle transparente ou plutt moussante ? Une fois le compresseur dmarr, la mousse se transforme-t-elle en huile de couleur normale ou mousse-t-elle davantage ? Lhuile continu-t-elle mousser au cours du dmarrage ? Cela signifie trs vraisemblablement quil y a trop de liquide rfrigrant dilu dans le carter dhuile. La pompe huile aspire alors un mlange huile/rfrigrant, ce qui fait que diffrents composants ne sont plus lubrifis correctement. La viscosit de ce mlange est, dans la plupart des cas, bien infrieure, ce qui empche la pompe huile datteindre la pression souhaite. Touchez galement les caches soupapes. Sont-ils trs chauds ? Parfois, avec un tout petit peu deau, il est possible de voir si les caches soupapes ont une temprature suprieure 100C. La limite de temprature se situe de 70 80C. HAUTES TEMPERATURES DE GAZ COMPRIME Ce sont toutes les tempratures qui dpassent les tempratures pour lesquelles la machine a t conue. La chaleur de la compression est souvent la consquence de vapeurs trop surchauffes ou dun rapport de compression trop lev. Des rapports de compression levs peuvent tre le rsultat de fortes pressions de condensation ou de pressions daspiration trop faibles ou mme une combinaison des deux. Lors de tempratures trop leves des gaz comprims, lhuile devient tellement chaude quelle se dcompose en perdant toutes ses proprits de lubrification. Les segments des pistons peuvent ainsi tre endommags permettant quune partie des gaz comprims soient envoys vers le carter. Si des particules des segments de piston se dtachent, celles-ci peuvent galement aboutir dans les bobines et provoquer des dgts importants. Symptmes dune trop haute temprature des gaz comprims : Modification de la couleur de la plaque de soupapes, soupapes de refoulement dcolores, cylindres et segments de pistons brls et uss, coloration fonce du cache soupapes. BASSE ET HAUTE PRESSION

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Contrler aussi bien les protections basse pression (bp) que haute pression (hp). Pour les systmes qui doivent tourner avec une faible pression daspiration, contrlez si le moteur est suffisamment refroidi par un ventilateur ou par suffisamment de gaz daspiration froids dans le cas dune machine refroidie par gaz daspiration. Isolez galement les tuyaux daspiration surtout sils passent dans des endroits chauds. Pour diminuer une temprature de compression trop haute, il peut tre ncessaire de diminuer la surchauffe. Le carter nest-il trop chaud ? Un carter trop chaud peut tre la consquence de gaz comprims refoulants. Contrlez la pression daspiration. Nest elle pas trop faible, ou bien la machine a-t-elle tourn pendant une longue priode sous charge partielle ? Lors dune pression daspiration trop basse, la vitesse du gaz dans les conduites diminue galement, ce qui permet mener une accumulation dhuile dans le systme. Lors dune brusque augmentation de la capacit, la vitesse dans les conduites se rtablit et lhuile accumule peut refluer brutalement. Si le compresseur nest pas pourvu dun sparateur de liquides suffisamment important, ce phnomne pourra entraner des dgts normes au compresseur. En effet, lhuile aspire nest pas compressible. Contrlez galement le diffrentiel de pression dhuile en mesurant tant la pression dhuile que la pression dans le carter. Il est important de souligner que la pression du carter doit tre peu prs gale celle daspiration. Un filtre encrass ou gel dans la vanne daspiration peut alors donner une image totalement errone de la situation. A noter une exception : les compresseurs 06E de Carlryle o la pression du carter est lgrement suprieure celle daspiration. SECURISATION EN TEMPERATURE DES BOBINAGES Le placement dun klixon comme cela se fait en standard sur la plupart des scrolls peut tre une protection supplmentaire. Veillez toujours raccorder le Kriwan dj mont car cest la seule protection qui contrle la temprature interne des bobinages, indpendamment du courant que le moteur prlve sur le rseau. En effet, il est parfaitement possible que le moteur prenne beaucoup moins de courant que le maximum permis et cependant schauffe tout de mme. Un certain nombre de constructeurs rejettent dailleurs la garantie si le Kriwan nest pas install. Quelques fabricants vont encore plus loin et ont remplac le compresseur par un module de management du compresseur. Tous les paramtres comme la pression dhuile, la temprature des bobines, le pressostat et mme les vibrations sont introduits dans ce module. Chaque paramtre peut alors tre dconnect laide dun petit interrupteur situ sur le module. HUILE Sentez lhuile pour savoir si son odeur nest pas trop acide. Au moindre doute, il y aura lieu danalyser le degr dacidit dun chantillon dhuile. Sans quoi il a de fortes chances que lhuile trop acide encore prsente dans le circuit fonctionne comme un catalyseur pour lhuile de la nouvelle machine. Dans ce cas la nouvelle machine risque fort de brler cause des rsidus acides de la machine prcdente. Si lhuile est acide, placez un filtre burn out juste avant le compresseur. Certains techniciens ne jurent que par lajout dun produit chimique neutralisant Acid-Away. Qui mieux est : la combinaison des deux. Votre client naccepterait jamais quune nouvelle machine puisse brler aprs seulement quelques semaines de fonctionnement.

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BRUITS ANORMAUX, VIBRATIONS Vous couterez aussi le bruit du compresseur en fonctionnement. Un technicien expriment entendra rapidement, en tenant compte de la marque, si le compresseur produit un bruit anormal. Sil y a un bruit anormal, ceci peut avoir diverses origines : pistons uss, axes de piston us, soupape brises, Pour pouvoir mieux apprcier le bruit interne dun compresseur, vous pouvez placer un tournevis avec sa pointe mtallique sur la machine et mettre votre oreille sur le manche en plastique. Vous serez surpris de constatez quel point vous entendrez plus clairement le bruit de la machine. Les anciens frigoristes utilisent mme un stthoscope ! Il existe dans le commerce galement des appareils ultrasons trs sophistiqus qui transforment les bruits inaudibles loreille en signaux audibles. Pour contrler laxe du piston, amenez le piston son point mort le plus lev, le cache soupapes tant ouvert. Ensuite tournez un rien au-del du point mort. Appuyez maintenant prudemment sur le piston travers louverture et, en principe on ne peut pas sentir bouger le piston dans sa chemise. Un axe de piston us est souvent le rsultat dune soupape de refoulement use. Il est donc du plus grand intrt dinvestir un peu de temps pour ausculter le compresseur dfaillant. Cela devrait dailleurs tre une routine. En effet, un mdecin ausculte toujours son patient avant dmettre un diagnostic.

10.1.6

Panne de lexcs de charge

Le dtendeur thermostatique rglant le niveau de FF dans lvaporateur, le lieu de prdilection pour lexcs de charge est la bouteille liquide et dans une moindre mesure le condenseur. En cas dexcs de charge, le niveau de liquide va augmenter dans la bouteille liquide puis dans le condenseur, rduisant ainsi la surface dchange du condenseur. La condensation des vapeurs de FF va mal se passer avec comme rpercussion 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. Laugmentation de la HP entrane une rduction du dbit massique de FF aspir par le compresseur et par suite une diminution de la puissance frigorifique. Le dtendeur devient surpuissant cause de laugmentation de la HP et la SH des vapeurs la sortie de lvaporateur sera normale, voir faible. Remarque : si lune des pressions de fonctionnement (BP ou HP) varie dans un sens, lautre pression a toujours tendance varier dans le mme sens sauf dans le cas de la panne du compresseur petit ou la HP descend pendant que la BP augmente.

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Laugmentation de la HP va entraner une consommation lectrique plus importante et lcart de temprature maximale sur le condenseur sera plutt lev. Il est prfrable deffectuer le test des incondensables pour ne pas confondre la panne de lexcs de charge avec la panne des incondensables, ces 2 pannes prsentant pratiquement les mmes symptmes.

10.1.7

Panne des incondensables

Les incondensables sont les gaz indsirables (air, azote) qui sont dans le circuit frigorifique. Ils sont gnralement pigs en partie haute de la bouteille liquide et ils augmentent artificiellement la pression HP (loi de Dalton). Les symptmes sont les mmes que ceux de la panne de lexcs de charge. Seul le test des incondensables permet de diffrencier ces deux pannes. Le test des incondensables seffectue comme suit : ramener tout le FF dans la bouteille liquide (ou condenseur) par un fonctionnement du type Pump Down forcer la circulation du fluide de refroidissement (par exemple mettre en marche le ventilo-condenseur dans le cas dun condenseur air) pendant un certain temps (1/4 dheure) mesurer la temprature du fluide de refroidissement (temprature de lair dans le cas dun condenseur air) comparer cette temprature lindication de la temprature du manomtre HP si les indications respectives du manomtre HP et du thermomtre concident environ 2 il ny a pas dincondensables dans le circuit frigorifique C, si la temprature indique par le manomtre dpasse de plus de 2 celle du C thermomtre, il y a des traces dincondensables qui sont dautant plus importants que lcart est grand si la temprature indique par le manomtre est infrieure de plus de 2 celle du C therm