LES FLUIDES FRIGORIGÈNES ( INORGANIQUES PURS )

FLUIDES INORGANIQUES PURS

Les fluides de cette famille sont principalement composés :

- L’ammoniac (NH3)

- L’eau (H2O)

- Le dioxyde de carbone (C02)

- les hydrocarbures (propane R290. butane R600. isobutane R600a)

cette famille des fluide est bas "effet de serre"

- sans action sur l'ozone 

-faible impact sur l'effet de serre

- L’ammoniac R717  (NH3) :

• Propriétés chimiques:

-Diamètre moléculaire : 0,310 nm 

-Masse molaire :            17,031 g/mol

• Propriétés physiques:

-Point d'ébullition :        -28,01 °F (-33,34 °C)

-Densité :                        0,73 kg/m³

-Point de fusion :           -107,9 °F (-77,73 °C)

Systèmes de réfrigération fonctionnant à l’ammoniac. De formule NH3 c’est une molécule pyramidale à base trigonale.

-L’eau R718 (H2O):

• Propriétés chimiques:

-formule                             : H2O 

-Diamètre moléculaire          : 0,343 nm

-Masse molaire                    : 18,0153 ± 0,0004 g/mol

• Propriétés physiques:

-Point d'ébullition                : 100 °C

-Conductivité thermique       : 565 mW/m.K°

-Point de fusion                    : 0 °C

Tension superficielle à 20 °C : 0,072 8 N/m

-Systèmes de réfrigération fonctionnant à l’eau. De formule H2O .

-Notons qu’il présente deux inconvénients mineurs, une faible densité de vapeur (9,4 g/m3) et une température d'ébullition élevée (100°C) qui impose qu'une partie du circuit frigorifique fonctionne à des pressions très faibles (5 à 200 mbar), inférieure à la pression atmosphérique (1 bar).

-En cas de défaut d'étanchéité du circuit frigorifique au R718, la machine s'arrête, personne ne court aucun risque et les locaux où se trouve la machine non-plus.

-Le dioxyde de carbone R744 (C02):

• Propriétés chimiques:

-Diamètre moléculaire          : 0,343 nm

-Masse molaire                    : 44,0095 ± 0,0014 g/mol

• Propriétés physiques:

-Point d'ébullition                : −56,6 °C

-Point de fusion                    : −78,48 °C

-Conductivité thermique       : 3,840×10-5 cal/·s.cm·K^°

-Systèmes de réfrigération fonctionnant à dioxyde de carbone. De formule (CO2) .

-Dans le cas du dioxyde de carbone , autre fluide naturel,

la pression de fonctionnement dépasse largement de (100 bar). Un défaut ou une mauvaise manipulation peut provoquer une fuite assez puissante pour couper un membre ou blesser sévèrement.

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comment tracé le cycle thermodynamique sur le diagramme enthalpique

le diagramme enthalpique  

1) présentation générale 

• exemple: le diagramme de R22

2: évolution des différents paramètres 

     2.1: la Pression 

     2.2: L'enthalpie 




     2.3: La température




     2.4 Le Volume Massique 




      2.5 l'entropie

     2.6: le titre 




 3: utilisation de diagramme enthalpie 

      3.1: la surchauffe des vapeurs à la sortie de l'évaporation 

     3.2: La compression 

    3.3: La Désurchauffe des vapeur dans la tuyauterie de refoulement 

      3.3: La Condensation 

    3.4: le sous refroidissement du liquide 
 

  3.5 le sous refroidissement dans la ligne liquide 



   3.6: la détente




   3.7: l'évaporation 


  4: le cycle 



5: maintenant. on peut déterminer les caractéristique de tout les points

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détendeur thermostatique à égalisation de pression externe et interne

Détendeur Thermostatique 

Le rôle de détendeur thermostatique 

Son rôle est d'assurer l'admission automatique du fluide frigorigène a l'évaporateur afin d'obtenir un remplissage optimal de celui-ci en fonction des apports calorifiques externe 

Le montage de détendeur thermostatique 

-Montage de bulbe

le bulbe doit toujours être monté immédiatement en aval de l'évaporateur  sur la partie horizontale de la conduite: pour l'installer. il faut tenir compte de la conduit d'aspiration dans une position comprise enter 4 et 8 heures...

En effet le signal du bulbe peut se trouver gêné par le retour de l'huile venant de l'évaporateur. le bulbe se monte a contre courant. ne jamais le monter trop prés d'un piège à liquide

Il ne faut surtout pas monter le bulbe dans la position qui correspond à 6 heures car, entre autres, le retour d’huile venant de l’évaporateur peut gêner le signal du bulbe.

Le bulbe doit détecter la température de la vapeur d’aspiration surchauffée et ne doit pas être placé de manière à être influencé par des sources de chaleur étrangères telles que:

-air de retour,

-moteur de ventilateur ou de conduite d’aspiration,

-ouverture de porte, sinon l’isoler.

Le bulbe ne doit pas être monté à coté d’une masse métallique (effet d’accumulation de chaleur) mais 30 cm avant et après un échangeur de chaleur.

On doit toujours le placer après le collecteur d’aspiration.

Toujours le fixer avec la bride livrée avec le détendeur, ficelle, fil de fer où ruban adhésif sont à proscrire.

• Le détendeur thermostatique à égalisation de pression externe

Cas d’utilisation :

on utilisera les vanne d'évaporation thermostatique a égalisation de pression externe pour les installation de fort puissance: 

_évaporateur a plusieurs nappes 

_perte de charge non négligeable de l'évaporateur 

Principes de fonctionnement

Le détendeur thermostatique maintient la surchauffe du fluide

frigorigène gazeux à la sortie de l’évaporateur. Il agit comme

une vanne entre les étages BP et HP du système frigorifique et

injecte exactement la quantité de fluide qui peut s’évaporer dans

l’évaporateur. Ainsi l’évaporateur sera bien utilisé et il n’y aura pas

de liquide à l’entrée du compresseur. 

( la pression en sortie d'évaporateur est inférieure a la pression d'évaporation.. le détendeur thermostatique à égalisation de pression externe permet de tenir compte de la charge de l'évaporateur.)

Force d'ouverture F1 :
F1: force exercée par la pression du bulbe sur la membrane

Force de fermeture F2 :
f 2: force de poussée du ressort
f'2: force exerce par la pression de sortie de l'évaporateur sur la membrane
F2= f'2+f2

si F1 > F2 le détendeur s’ouvre 
si F2 > F1 le détendeur se ferme 
si F1 = F2 équilibre 

Montage de l'égalisation de pression 
L'égalisation de pression doit toujours être montée en avale du bulbe

• Le détendeur thermostatique à égalisation de pression interne 

Cas d’utilisation :

on utilisera les vannes d'évaporation thermostatique a égalisation de pression interne pour les installation de faible puissance:

_perte de charge négligeable dans l'évaporateur 

_évaporateur a une seule nappe

Principes de fonctionnement:

comme la pression est directement liée à la température.. le détendeur régulera en fonction de la surchauffe à la sortie de l'évaporateur 

Force d'ouverture F1 :

F1: force exercée par la pression du bulbe sur la membrane

Force de fermeture F2 :

f 2: force de poussée du ressort(réglable par vis)

f'2: force exerce par la pression d'évaporation sur la membrane 

F2= f'2+f2

si F2 > F1 le détendeur se ferme 

si F1 > F2 le détendeur s’ouvre 

si F1 = F2 équilibre 

remarque:

en régime permanent F2 est constante et égale à F1: le détendeur en équilibre 

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comment calculer le BILAN THERMIQUE POUR UNE CHAMBRE FROIDE

BILAN THERMIQUE POUR CHAMBRE FROIDE

pour télécharger une programme calculateur automatique de bilan thermique se forme de EXL  cliqué ici

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Le compresseur dans une installation frigorifique

LES COMPRESSEURS

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Le compresseur dans une installation frigorifique est l’organe le plus compliqué et le plus délicat. Ses organes sont sans cesse en mouvement et ont pour rôle, d’augmenter la pression et de faire circuler le fluide, dans une installation frigorifique

LE RÔLE DU COMPRESSEUR

_Il aspire les vapeurs produites par l’évaporation du

fluide dans l’évaporateur.

_Il comprime les vapeurs

_Il refoule les vapeurs comprimées sortant à haute

température vers le condenseur

LES CATÉGORIES DE COMPRESSEUR

Il existe deux grandes catégories de compresseur en fonction de la façon dont le fluide

frigorigène est comprimé:

_Les compresseurs volumétriques ou alternatifs à piston:

Le fluide est comprimé par variation de volume d’une capacité dans laquelle il a été

préalablement aspiré. La compression peut être réalisée :

- par un ou plusieurs pistons se déplaçant dans une capacité de

volume donnée. Ce sont les compresseurs alternatifs

- par déplacement, à l’intérieur d’un corps cylindrique creux

(stator), d’une masse excentrée (rotor), agissant sur une

spirale fixe. Ce sont les compresseurs rotatifs

- par rotation d’une spirale mobile dans une spirale fixe.

Ce sont les compresseurs à spirales (spiro compresseur ou

scroll)

- par rotation de deux rotors hélicoïdaux. Ce sont les

compresseurs à vis.

_Les compresseurs centrifuges:

La compression du fluide est due aux effets de la force centrifuge.

LES COMPRESSEURS HERMETIQUES

Les compresseurs hermétiques sont en un seul bloc où l'ensemble

moteur compresseur est accouplé directement dans une cloche en

acier soudée. L’accessibilité aux différents organes est impossible. Il

fait partie de la catégorie des volumétriques ou alternatifs à piston.

_LE COMPRESSEUR HERMETIQUE A PISTON

Ce type de compresseur est très utilisé dans des petits appareils ou

encore dans des installations d’une puissance maximum de 30 kW.

Le compresseur à pistons a besoin d'être lubrifié en permanence.

Il est très sensible au fluide frigorigène à l’état liquide. Seules

quelques gouttes de fluide liquide provoquent une usure prématurée

et une grande quantité de fluide liquide entraine la destruction

immédiate des clapets. Les protections anti-coup de liquide sont

donc incontournables.

_LE COMPRESSEUR HERMETIQUE SCROLL (SPIRO-ORBITAL)

Il est composé de deux rouleaux identiques en forme de spirale, le

premier est fixe et le second décrit un mouvement circulaire continu,

sans tourner sur lui même. Les spirales sont déphasées de 180°.

La chambre d’aspiration se trouve autour des deux spirales et le

refoulement est au centre. Ce compresseur est très adapté au mode

inverter «variation de puissance».

Le mouvement orbital entraine le déplacement vers le centre des

poches de fluide à l’état de vapeur, tout en diminuant

progressivement le volume disponible. C’est ainsi que le fluide

frigorigène est compressé puis ressort au centre des spirales vers le

circuit.

Il y a 60% de pièces en moins par rapport au compresseur à piston.

Attention au sens de rotation.

_LE COMPRESSEUR HERMÉTIQUE ROTATIF

_LES COMPRESSEURS SEMI-HERMETIQUES

Les compresseurs semi-hermétiques ont l'ensemble

moteur-compresseur accouplé directement à l’intérieur

d’un corps en fonte usiné. L’accès aux différents organes

est possible.

_LE COMPRESSEUR SEMI-HERMETIQUE A PISTON

C'est le vilebrequin ou un excentrique qui actionne par rotation un

piston avec l'aide d'un moteur électrique. La descente du piston crée

une dépression qui force l'ouverture du clapet d'aspiration. Le gaz,

en provenance de l'évaporateur, entre dans le cylindre, puis il est

comprimé par la remontée du piston et est refoulé quand le

piston est au point haut, ouvrant le clapet de refoulement.

Ce type de compresseur peut avoir plusieurs cylindres.

_LE COMPRESSEUR SEMI-HERMETIQUE MONO-VIS

Le compresseur à vis mono-rotor ou simple vis est constitué d'un

rotor principal (vis sans fin) avec des cannelures hélicoïdales et

deux satellites.

Les deux satellites sont recouverts d'une matière du type Téflon et

sont disposés de chaque côté du rotor principal. De l'huile est

injectée sur la vis pour parfaire l'étanchéité (vis, satellites).

Quand la vis tourne, le fluide remplit les canaux de la vis puis les

satellites réduisent le volume dans ces cannelures. Le travail de la

compression s’effectue alors dans la partie supérieure du

compresseur du premier satellite et dans la partie inférieure du

deuxième satellite. Le gaz est refoulé ensuite par des orifices de part

et d'autre des satellites.

_LE COMPRESSEUR SEMI-HERMETIQUE BI-VIS

Le compresseur bi-vis est du type volumétrique rotatif. Il est

constitué d'un rotor mâle et d'un rotor femelle à denture hélicoïdale.

Les deux rotors, mâle et femelle, tournent à grande vitesse et dans

des sens opposés, ce qui permet l'aspiration, la compression et le

refoulement du gaz. Le gaz est transporté le long de la vis, de

l'orifice d'aspiration à l'orifice de refoulement, de façon continue.

Ce type de compresseur doit être abondamment huilé afin

d’assurer l'étanchéité et le refroidissement des rotors en

formant un film .

_LE COMPRESSEUR SEMI-HERMETIQUE OU OUVERT CENTRIFUGE

Le compresseur centrifuge est utilisé dans des installations de fortes puissances (de

1000 kW au minimum), ce qui le destine à des utilisations réservées aux grands

centres commerciaux ou industriels.

Son fonctionnement est analogue à celui des pompes de circulation centrifuge.

C'est une roue entraînée par un m

oteur tournant à très grande vitesse, munie d'aubes

ou d'ailettes inclinées qui transforment partiellement l'énergie mécanique en pression

et en énergie cinétique. Un diffuseur, placé au refoulement, convertit une grande

partie de cette énergie cinétique en pression.

Comme ce type de compresseur a un taux de compression assez faible, on associe

généralement plusieurs roues en série, reliées entre elles par des diaphragmes, ce qui

permet de faire communiquer le rejet de la première roue à l'aspiration de la seconde

et ainsi de suite.

LES COMPRESSEURS OUVERTS

Le moteur et le compresseur sont deux entités indépendantes reliées entre

elles par un arbre d'accouplement ou une courroie. Cela permet le

raccordement à un moteur électrique, diesel ou à gaz.

L'accès aux différents éléments du compresseur est possible. Ce type de

compresseur est utilisé dans les installations de puissance frigorifique

importante.

Suivant la technologie de compression, on distingue dans cette catégorie

les compresseurs à piston, à vis et centrifuges.

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Les filtres déshydrateurs pour les installations frigorifiques

 Les filtres déshydrateurs:

Dans un circuit frigorifique exécuté dans les règles de l'art (parfaitement étanche et déshydraté), aucune trace d'humidité ne devrait apparaître. Néanmoins, après un certain temps de fonctionnement, il peut y avoir des traces d'humidité à l'intérieur du circuit.

'humidité est toujours néfaste lorsque l'on utilise des fluides chlorofluorés dont aucun n'est miscible avec l'eau.

1) Inconvénients:

Les conséquences de la présence d'humidité dans le circuit frigorifique sont:

- blocage du pointeau du détendeur,

- détérioration de l'huile,

- hydrolyse du fluide frigorigène.

1_1) Blocage par glaçons:

L'humidité passe dans le réfrigérant et se trouve entraînée dans l'étage de réfrigération où elle prend la forme d'un léger brouillard qui donne lieu à la formation de cristaux de glace au point d'expansion (détendeur).

Ces cristaux de glace vont freiner ou même bloquer l'écoulement de réfrigérant, entraînant la diminution ou l'arrêt total du refroidissement. A mesure que le détendeur se réchauffe en l'absence de réfrigérant, le glaçon fond et passe à travers celui-ci.

Le réfrigérant recommence alors à s'écouler jusqu'au moment où l'humidité revient au détendeur et recommence à former des cristaux de glace. En conséquence, on obtient un refroidissement intermittent.

1_2) Détérioration de l'huile:

Ce fluide constitue une exception à la règle selon laquelle l'huile et l'eau ne se mélangent pas. En réalité, l'huile de réfrigération présente une affinité pour l'humidité qu'elle absorbe rapidement si on la laisse au contact de l'air.

L'eau transformée en acide émulsionne avec l'huile de réfrigération, les deux éléments formant un mélange fin de globules extrêmement petits. C'est ce que l'on appelle le "sludging" de l'huile, phénomène qui réduit considérablement sa capacité de lubrification.

1_3) Hydrolyse du fluide frigorigène:

En présence d'eau les fluides halogénés libèrent des acides fluorés et des acides chlorés. Le fer et l'aluminium, éléments constituants les compresseurs agissent comme catalyseurs et accélèrent cette réaction. Ces acides naissants forment avec les métaux constitutifs de l'installation, des sels métalliques et des oxydes qui se déposent sur la paroi interne des tubes.

Ces dépôts provoquent une diminution de l'échange thermique le gommage des clapets du compresseur, le grippage des pistons, une usure anormale des paliers, le bouchage des filtres,etc...En ce qui concerne les compresseurs semi-hermétiques et hermétiques, la détérioration de l'isolant du moteur est l'inconvénient majeur résultant de la présence d'humidité.

2) Quels moyens pour la déshydratation?

Les procédés utilisés peuvent être classés en deux groupes:

- les moyens physiques (tirage au vide),

- les moyens chimiques (matières déshydratante).

Les matières déshydratantes:

- l'oxyde de calcium,

- l'alumine activée ou oxyde d'aluminium,

- le gel de silice,

- les cribles moléculaires (cristaux d'alumino-silicate à 4 angstrong = 4x 10-7 mm),

- les cartouches solides (aggloméré de substance déshydratante).

Pour les fluides chlorofluorés les produits utilisés actuellement sont le gel de silice (silicagel) et les cribles moléculaires.

3) Isotherme d'adsorption d'eau sur les trois agents chimiques à 25°C:

capacité déshydratanteTamis moléculaireGel de silice Alumine activéé% d'humidité relative

4) Les filtres déshydrateurs monoblocs:

Les filtres déshydrateurs monobloc à cartouche solide anti-acide ont une qualité de filtration très élevée.

L'humidité, l'acide (air-eau-chaleur), les boues (décomposition de l'huile), le vernis intérieur des tubes et des enroulements, le décapant des brasures et les copeaux métalliques sont piégés par l'oxyde d'alumine et le crible moléculaire constituant la cartouche filtrante.

Certains gros déshydrateurs sont démontables et permettent l'échange de la cartouche uniquement.

1 Boulon de bride                            7 cartouche solide

2 Couvercle avec ressort                  8 porte bloc avec maille

3Joint                                                9Plaque

4vismoletée                                      10carter

5 plaque de serrage                          11 toile de 150 mailles

6 joint

4_1) Choix:

Le choix du raccordement est en fonction du diamètre de la tuyauterie liquide. Le volume est proportionnel à la quantité de fluide contenue dans l'installation. Ils existent avec des rapports à visser mâle ou à souder femelle.

4_2) Montage:

Il doit être monté sur la ligne liquide et alimenté dans le sens de la flèche. Uniquement pour les charges granuleuses de la cartouche, la position verticale et l'alimentation de haut en bas doivent être respectées. Par le bruit de friction des grains dus à l’agitation, on peut identifier avant son montage un déshydrateur à charge granuleuse.

4_3) Périodicité d’échange:

Sur une installation neuve, le déshydrateur installé doit être échangé après une période de fonctionnement d'environ quinze jours. Délai moyen pour piéger un maximum d'impuretés dues au montage et se saturer partiellement.

En dépannage, l'échange est conseillé à chaque ouverture de circuit (sauf la pose des manomètres) et lorsqu'un fluide extérieur a pénétré dans le circuit (air, eau ou fluide frigorigène différent).

En cas de forte humidité, un deuxième déshydrateur peut être installé à l'intérieur de la chambre froide, le froid améliorant le pouvoir déshydratant. Retirer (après échange si nécessaire) ce déshydrateur après quelques cycles de fonctionnement.

4_4) Conclusion:

Fondamentalement, l'humidité peut être visible ou invisible. L'humidité visible, c'est l'eau que l'on aperçoit à l'oeil nu, qu'elle prenne la forme de liquide, de pluie, de nuages, de vapeurs, etc. De temps à autre, on peut trouver de l'eau dans une installation, mais c'est assez inhabituel.

L'humidité invisible, c'est la vapeur d'eau que l'on ne peut apercevoir. Cette forme d'humidité existe partout, dans tous les solides, tous les liquides et tous les gaz.

Sa teneur dans l'air s'exprime sous forme d'humidité relative. C'est cette humidité invisible qui engendre les principales difficultés dans les installations frigorifiques.

Une simple goutte d'eau peut paraître inoffensive mais, pour une installation frigorifique, c'est une véritable catastrophe, l'ennemi numéro un que doivent combattre les spécialistes en appareils de refroidissement. Ce qui fait de cette humidité un ennemi si redoutable, c'est qu'elle peut pénétrer facilement dans une installation alors qu'il est difficile de l'en faire sortir.

On voit ainsi combien l'humidité peut représenter une catastrophe dans une installation frigorifique.

Elle est responsable des blocages par glaçons, de la corrosion, détériore les soupapes, forme des acides, lesquels entraînent l'apparition de boues qui, à leur tour, obstruent les filtres, les soupapes, et les tubes. Il n'est guère surprenant qu'on considère l'humidité comme l'ennemi n°1 d'une installation frigorifique.

Pour supprimer les problèmes dus à l'humidité, il convient de prendre des précautions et des mesures destinées à éliminer celle-là dans une installation et pour ce faire, l'un des moyens les plus efficaces consiste à utiliser de l'azote et effectuer un tirage au à vide poussée pour déshydrater au maximum.

5) Les filtres déshydrateurs de nettoyage spécial "grillage compresseur":

Il s'agit d'un filtre monobloc que l'on installe temporairement sur la conduite d'aspiration. Il est équipé de deux prises de pressions pour contrôler le Δp afin de déterminer son degré de saturation.

Applications:

Ses applications sont:

- nettoyage,

- décontamination,

- dépollution du fluide frigorigène.

Il est recommandé de l'utiliser pour:

- les groupes hermétiques,

- lors de la mise en route d'une installation neuve ou rénovée

Fonctionnement:

Un aimant permanent à l'entrée assure le piégeage immédiat de toute particule d'acier.

Une cartouche filtre spéciale garantie une filtration inférieure à 10μ. La présence d'alumine activée, de tamis moléculaire, de charbon actif et de gel de silice permet d'adsorber l'humidité, les acides, de retenir les résidus et les boues d'huile, de fixer les cires.

6) les filtres déshydrateur réservoir de liquide:

Il s'agit d'une combinaison de deux composant en un seul produit:

- le filtre monobloc anti-acides,

- le réservoir de liquide.

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