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Les compresseurs |
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Pour récupérer la vapeur de réfrigérant à la sortie de l’évaporateur, on complète l’installation par un compresseur. C'est le cœur du système, il assure la différence de pression qui permet la circulation du réfrigérant entre l'évaporateur et le condenseur. Le clapet d’aspiration étant ouvert, la vapeur sortant de l’évaporateur entre dans le compresseur. Le piston recule et la vapeur remplit la totalité du volume de la chambre. Le piston remonte, le clapet d’aspiration se ferme, la pression dans la chambre monte jusqu’à environ 7 bar, le clapet de refoulement s’ouvre et le gaz est expulsé à haute pression par l’intermédiaire de la conduite de refoulement vers un second échangeur. Le compresseur : La fonction du compresseur est d'aspirer une vapeur frigorigène à un bas niveau de température et de pression, pour la porter à une température et à une pression supérieure. Il existe trois types principaux de compresseurs :
Le procédé d'entraînement le plus usuel d'un compresseur frigorifique est le moteur électrique. Les clapets utilisés sur les compresseurs sont, le plus généralement, de deux types : les clapets à lame d'acier élastique et les clapets annulaires. Le graissage des compresseurs peut être réalisé par barbotage, par graissage sous pression, ou par une combinaison des deux procédés Le cycle réel d'un compresseur diffère du cycle théorique initial en raison de l'écoulement turbulent et des pertes de charge à travers les clapets. Le taux de compression est le rapport entre les pressions absolues au refoulement et à l'aspiration du compresseur. Les constructeurs de compresseurs établissent des tables de performances des appareils, qui permettent de sélectionner un compresseur en vue d'une application donnée. Il existe quatre méthodes courantes de contrôle de la capacité d'un compresseur : - 1 - le moteur à vitesse variable ; - 2 - le by-pass de gaz chaud ; - 3 - le by-pass de cylindre ; - 4 - le dispositif de décharge sur cylindre.
1 - Le compresseur alternatif : Le compresseur alternatif est le plus courant, il est composé comme le moteur d'une voiture, de pistons, cylindres, bielles, vilebrequin, segments etc.. L'expression de la cylindrée d'un compresseur alternatif est donnée par la relation suivante : (D² x 3.1416 x L x n )/4 Avec : D = diamètre du cylindre en mètres L = longueur de la course en mètres n = nombre de cylindres Le volume balayé par un compresseur est égal au produit de sa cylindrée par le nombre de tours par minute.
2 - Le compresseur rotatif et spiro-orbital : Le compresseur rotatif ou à palette est généralement constitué comme une pompe du même nom d'un stator, ou volute dans lequel vient tourner un rotor de forme excentrée.
Le rotor entraîne une ou plusieurs palettes qui lors de leur déplacement dans le croissant entre le rotor et le stator déplace une certaine quantité de fluide frigorifique entre l'aspiration et le refoulement. Le compresseur spiro-orbital est une variante particulière entre le compresseur à palette et le compresseur à vis. Il est constitué comme le compresseur à palette d'un rotor et d'un stator, d'orifices d'aspirations et de refoulement. Mais sans palettes. L'étanchéité entre le rotor et le stator se fait par l'intermédiaire de deux formes spiralées, une mâle et une femelle, une fixe et une mobile qui viennent "rouler" l'une dans l'autre indéfiniment. Cette rotation déplace plusieurs cavités en forme de croissant de lune entre l'aspiration et le refoulement. Particularité, il y a beaucoup moins de frottement métal sur métal. 3 - Le compresseur centrifuge : Un compresseur centrifuge comporte une ou plusieurs "roues" garnies d'aubage, qui tournent à vitesse très élevée à l'intérieur de volutes fixes. Un fluide gazeux entraîné dans ces aubages, y prend une très grande vitesse qui est à la sortie des roues transformée dans un diffuseur particulier en accroissement de pression. Le choix d'un compresseur centrifuge devient indispensable dans les installations de forte puissance, où les débits de fluide véhiculés sont importants. Les taux de compression réalisés sont cependant peu élevés. Il est possible, quoique très coûteux, d'améliorer le taux de compression en mettant plusieurs roues en série, ou en utilisant la technologie des roues fermées. Longtemps resté utopique, le compresseur à vis semble profiter de l'amélioration des techniques d'usinages dues aux machines-outils informatisées. Il est généralement constitué de deux "engrenages" hélicoïdes soigneusement appairés, l'un femelle, et l'autre mâle, tournant ensemble, de façon parfaitement synchrone dans une volute parfaitement usinée. L'huile servant de segment d'étanchéité. La rotation de la vis entraîne entre l'orifice d'aspiration et l'orifice de refoulement plusieurs espaces à volume variable, entraînant le fluide frigorigène et l'huile. Cette technique convient parfaitement pour remplacer les vieux compresseurs à ammoniac. Mais attention il faut particulièrement soigner la séparation et le reconditionnement de l'huile (séparateur, réchauffeur, refroidisseur etc..).
Ce sont des compresseurs alternatifs, rotatifs, centrifuges ou à vis dont la partie compression est séparée de la partie motrice. L'entraînement de ces compresseurs se fait par accouplement direct ou par courroie. La partie moteur est généralement constituée d'un moteur asynchrone classique à démarrage direct ou étoile triangle. Les compresseurs peuvent également être entraînés par des machines à vapeur ou par un moteur thermique. L'utilisation d'une garniture d'étanchéité est indispensable dans un compresseur, si on veut éviter les entrées d'air ou les fuites d'huile et de fluide frigorigène. Il existe quatre modèles courants de garnitures d'étanchéité : Le presse étoupe ; la garniture d'étanchéité à soufflet fixe ; la garniture d'étanchéité à diaphragme et la garniture rotative.
6 - Le compresseur semi-hermétique : Le compresseur semi-hermétique est généralement constitué par l'assemblage d'un compresseur alternatif classique et d'un moteur électrique dans un même carter de fonte. Il est dit semi-hermétique par ce que facilement démontable par vis, boulons etc.. A chaque remontage, il est impératif de remplacer les joints d'étanchéité. Ce compresseur était d'usage courant car très facile à mettre en œuvre et facile à réparer. Il a la particularité d'inclure dans le circuit frigorifique la partie électrique. Les enroulements du moteur étant refroidis par les gaz à l'aspiration. Il est important de veiller à ne pas trop surchauffer ces gaz d'aspiration, donc au réglage du détendeur et au dimensionnement de l'échangeur liquide-vapeur. Il faut aussi faire attention aux différents systèmes de réduction de puissance qui pourraient diminuer trop fortement le volume de gaz aspiré ou réchauffer trop (18°C maximum).
Compresseur fermé ou hermétique ou "cloche" ou soudé. Comme le précédent, il s'agit souvent d'un assemblage de compresseur et d'un moteur électrique, mais cette fois dans deux demi-coquilles d'acier soudée. Le compresseur n'est plus démontable, donc plus réparable. On peut trouver dans la famille des compresseurs hermétiques des mécanismes de compresseur alternatif, à palette, spiro-orbitaux et même à vis. Les utilisations de ce type de compresseur sont très courantes : ménager, conditionnement d'air, et parfois froid industriel. Leur choix s'impose lorsque le coût de réparation du semi-hermétique équivalent, dépasse le prix de l'hermétique. Ce qui est souvent le cas. Mais attention, il est souvent moins robuste, donc moins fiable.
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