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Chapitre 2 TECHNOLOGIES DE FROIDS 1- Compresseurs Lorsqu’on parle de compresseu

Chapitre 2 TECHNOLOGIES DE FROIDS 1- Compresseurs Lorsqu’on parle de compresseur, on sous entend moto-compresseur, le compresseur étant la partie mécanique entraînée par un moteur. Suivant le type de liaison ou d’association entre les deux parties, on distingue : - les compresseurs hermétiques: Le moteur électrique et le compresseur sont enfermés dans la même enveloppe sans possibilité d’accès à chacune des parties de manière isolée - les compresseurs ouverts: L’accès aux différents éléments du compresseur de même que ceux du moteur est possible. - les compresseurs semi hermétiques ou semi ouverts: Le moteur électrique et le compresseur sont montés sur un arbre commun et sur le même bâti avec la possibilité d’accès à chaque élément 1.1- Compresseur hermétique Ce compresseur a été pendant longtemps le type le plus utilisé et le plus répandu dans le domaine du froid ménager, du froid commercial et du froid industriel. - Principe de fonctionnement Le compresseur à pistons est un convertisseur d’énergie qui permet de transférer l’énergie mécanique produite par le moteur électrique (moteur d’entraînement) au fluide frigorigène suivant les deux étapes suivantes : - Transfert de l’énergie mécanique du moteur d’entraînement aux pistons - transfert de l’énergie des pistons au fluide frigorigène Cycle du compresseur Considérons le cycle d'un compresseur dans le diagramme de Clapeyron : - (A-B) : aspiration à la pression P1 - (B-C): compression de la pression P1 à la pression P2 - (C-D) : refoulement à la pression P2 - (D-A) : détente de la pression P2 à la pression P1 a- 1er cas : volume mort est nul • Dans ce cas la phase d'aspiration débute dès que le piston atteint le point mort haut (ouverture de la soupape d'aspiration au PMH). • Le volume réellement aspiré correspond à la longueur (A-B) : le volume balayé est égal au volume aspiré. b- 2ème cas ou le volume mort non nul • Lorsque le piston amorce sa course de descente, le fluide enfermé dans le volume mort subit une détente de la pression P2 à la pression P1. • La soupape d'admission ne s'ouvre que lorsque la pression du fluide est inférieure ou égale à la pression d'admission P1. Il en résulte que la présence d'un volume mort retarde l'ouverture de la de la soupape d'admission et diminue en conséquence le volume aspiré. c- Rendement volumétrique Le rendement volumétrique s’écrit: Exprimer ce rendement si la transformation D-A est adiabatique en fonction de P2 et P1 et 1.2- Autres types des compresseurs a- Compresseur à membrane • Ce type de compresseur est constitué principalement par une partie mécanique et une tête de compression • La partie mécanique, dont la pièce principale est un bâti en fonte, renferme un système mécanique classique bielle-manivelle qui transforme le mouvement de rotation de l’organe moteur en un mouvement alternatif du piston de la tête de compression • La fonction compression est assurée par une membrane déformable. b- Compresseur à palettes Dans un cylindre et autour d’un axe excentré tourne un rotor tangent au cylindre et pourvu de palettes radiales qui coulissent librement dans leur logement et sont constamment appliquées sur la paroi par la force centrifuge. Le volume compris entre deux palettes consécutives est variable. c- Compresseur à lobes • Dans un même stator se trouvent deux rotors non lubrifiés. • Ces deux rotors, synchronisés en rotation, tournent en sens inverse et comportent chacun une ou deux « dents ou lobes » qui vont permettre en un tour d’effectuer un ou deux cycles aspiration, compression puis refoulement, et cela en masquant ou dégageant des orifices d’aspiration (A) et de refoulement (R) pratiqués sur les côtés du carter. • La compression peut être mono ou biétagée. Cette technologie est limitée, principalement, au marché de l’air comprimé d- Compresseur spiral scroll • Le compresseur SCROLL est composé de deux rouleaux identiques en forme de spirale. Le premier est fixe, le second décrit un mouvement circulaire continu sans tourner sur lui même. Les spirales sont déphasées de 180°. • Le mouvement orbital entraîne le déplacement vers le centre des poches de gaz, ce déplacement est accompagné d'une réduction progressive de leur volume jusqu'à disparition totale. e- Compresseur à vis • Le fluide frigorigène gazeux est comprimé par une vis hélicoïdale tournant à grande vitesse. Le compresseur est entraîné par un moteur électrique. • Le rendement volumétrique d'un compresseur à vis est bon grâce à l'absence d'espaces morts, comme dans les compresseurs à pistons. Cette propriété permet d'assurer des taux de compression élevés avec un bon rendement volumétrique. • Le compresseur à vis doit être abondamment lubrifié, pour assurer l'étanchéité entre les pièces en mouvement et pour réduire le niveau sonore, mais aussi pour refroidir le fluide frigorigène : on peut alors atteindre des taux de compression élevés (jusqu'à 20) sans altérer le fluide frigorigène 2- Lubrification et lubrifiants Toutes les catégories de compresseurs évoquées auparavant ont besoin d’une lubrification 2.1- Rôles de l’huile de lubrification  La lubrification des pièces mécaniques en mouvement du compresseur : pistons, bielle- manivelle, clapets, ...  Élément d’étanchéité : cylindre / piston ou inter-lobes des vis  Refroidissement, Évacuation des dépôts et Réduction du bruit 2.2- Types d’huile  Les huiles minérales : utilisées avec les CFC et les fluides naturels  Les huiles AB : utilisées avec les HCFC  Les huiles synthétiques (POE, PAG, PVE) : utilisées avec les HFC 2.3- Caractéristiques principales  La miscibilité avec le fluide frigorigène utilisé dans le circuit  Viscosité pour assurer un film d’huile suffisant pour la lubrification  Le point de figeage : la température à laquelle l’huile coule encore  Indice de désémulsion : pour pallier les problèmes de moussage 2.4- Choix de l’huile Il résulte d’un compromis de plusieurs paramètres  Température de figeage basse ;  Huile non hygroscopique ;  Viscosité suffisante en haute température et faible en basse température ;  Faible solubilité du frigorigène dans l’huile Fai 3- Condenseurs Les condenseurs sont des échangeurs thermiques entre le fluide frigorigène et un fluide de refroidissement. Le fluide frigorigène cède la chaleur acquise, dans l’évaporateur et lors de la compression, au fluide de refroidissement. Lors de son passage dans le condenseur, le fluide frigorigène passe de l’état vapeur à l’état liquide. On distingue deux familles de condenseurs suivant le fluide de refroidissement : 3.1- Condenseurs à air - les condenseurs à air à convection naturelle (inférieur à 15 W/m².°C et même inférieur à 10 W/m².°C pour les condenseurs à tubes lisses) - les condenseurs à air à convection forcée (verticaux et horizontaux) Condenseurs à air – constructeur FRIGA BOHN 3.2- Condenseurs à eau - les condenseurs à double tube (condenseurs coaxiaux) - les condenseurs bouteilles (condenseurs à serpentin) - les condenseurs multitubulaires - les condenseurs à plaques brasées (échangeur à plaques) Avantages et inconvénients des condenseurs à air et à eau. Exemple d’un condenseur à air ventilé d’une installation au R404A : « Le schéma ci-dessous représente un condenseur à air ventilé » L'installation qui utilise ce condenseur fonctionne avec du R404A. Point A : Les vapeurs de R404A surchauffées entrent dans le condenseur, la pression est de 17 bar. Entre A et B, les vapeurs se désurchauffent pour atteindre la température de condensation Point B : la molécule de R404A liquide apparaît, la température du R404A est désormais de 39°C. C’est le début de la condensation. Entre B et C, c’est le changement d’état (condensation). La température du R404A reste constante et égale à 39°C. Il y a de moins en moins de vapeurs saturées et de plus en plus de liquide. Point C : la dernière molécule de vapeur s’est condensée, il ne reste que du liquide de fluide frigorigène et la température est de 39°C. C’est la fin de la condensation. Entre C et D : grâce à l’air qui circule sur le condenseur on sous refroidie légèrement le liquide, la température baisse progressivement. Point D : à la sortie du condenseur il ne reste que du R404A liquide, ce liquide a été sous refroidi et sa température est de 34°C. La pression reste toujours à 17 bar. 4- DETENDEURS - Les détendeurs pour évaporateurs à détente sèche se regroupent en trois types : - les tubes capillaires ou détendeurs capillaires - les détendeurs thermostatiques - les détendeurs électroniques 4.1- Les tubes capillaires Exemple de Fonctionnement : « Exemple : En régime permanent » Nous avons choisit un capillaire qui maintien une surchauffe à l'évaporateur de 5°C. La température de chambre froide est de -10°C. La température d'évaporation est de -20°C. Nous avons donc un Dqtotal de 10°C. D'après la relation pression température, une température d'évaporation qo=-20°C nous donne Po=1,4bar. On suppose qu’à ce moment le détendeur injecte 1kg/h de liquide dans l'évaporateur. Cette quantité de liquide injectée assure un remplissage correct et donc une bonne puissance frigorifique : Fo(-10°C). Pasp=1,4bar. Cette fois le DP du capillaire a diminué, le capillaire injecte donc moins de fluide. Imaginons qu'il injecte désormais 0,8 kg/h de liquide dans l'évaporateur. Ces 0.8kg/h s'évaporent plus vite car la température uploads/Industriel/ ch2-froid-frigo.pdf