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Le détendeur |
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C'est le symétrique du compresseur, il assure la détente du liquide qui alimente l'évaporateur. Après détente dans l’évaporateur, le cycle frigorifique recommence. Quoique les organes de détente soient les composantes du circuit frigorifique les plus difficiles à comprendre, leur rôle est simple. Il consiste à contrôler le débit du fluide liquide vers l’évaporateur. les six types principaux d’organe de détente sont : - le flotteur basse pression, - le flotteur haute pression, - le détendeur automatique, - le détendeur thermostatique, - le tube capillaire. Quoique chacun d’eux constitue un organe de détente, ils peuvent être combinés pour répondre à un problème particulier. Il en existe d’autres types, mais leur utilisation étant limitée à des applications spéciales, nous ne les considérerons pas ici. Un organe de détente règle le débit de liquide vers l'évaporateur. Les six principaux types utilisés sont les suivants :
Comme point de départ, nous considérerons cet appareil très simple. Ce n’est rien de plus qu’une vanne manuelle à travers laquelle le liquide s’écoule vers l’évaporateur. Le débit est contrôlé par le degré d’ouverture de la vanne.
Cette vue est la même que la précédente à une différence près qu’ici nous avons porté les débits, les pressions et les températures, de façon à mettre en évidence le fait qu’une vaporisation partielle apparaît dans le détendeur. A l’entrée de la vanne nous avons un débit de 5 kg/h de R12 en phase liquide, à la température de saturation de 40°C et sous une pression absolue de 9,77 kg/cm². Au passage à travers la vanne la température diminue de 35°C. Il est évident que la quantité de chaleur correspondante doit être absorbée. Ceci est obtenu par vaporisation d’une partie du liquide. Dans le cas présent, il entre 5 kg/h de liquide dans la vanne et il en sort 3,85 kg/h de liquide et 1,15 kg/h de vapeur. Il a donc fallu vaporiser 22,7 kg de liquide pour assurer le refroidissement des 77,3% restant, jusqu’à la température d’évaporation. Cette vaporisation partielle a lieu dans tous les organes de détente et son importance varie beaucoup suivant les conditions de fonctionnement. Cette vue représente l’évolution de l’état du fluide à son passage dans l’organe de détente. Pour toute la zone située à gauche de la courbe 2 le fluide est à l’état liquide. Pour la zone comprise entre les courbes 1 et 2, le fluide est constitué par un mélange de liquide et de vapeur. Pour la zone à droite de la courbe 1, le fluide est à l’état gazeux. L’état du liquide à l’entrée de l’organe de détente est représenté par le point A, pour lequel la température est de 40°C et sa pression absolue de 9,77 kg/cm². La détente produit une chute de pression jusqu’à 3,69 kg/cm², la température à cette pression étant égale à 5°C. L’état du fluide après la détente est représenté par B, point auquel correspond un mélange de liquide et de vapeur. C’est la formation de cette vapeur qui a permis d’emprunter de la chaleur au liquide restant et d’abaisser ainsi sa température à 5°C. On peut voir également comment le pourcentage de 22,7 mentionné précédemment a été obtenu. La courbe 2 étant la courbe de saturation liquide, au point C tout le fluide serait à l’état liquide à 5°C, l’enthalpie correspondante dans le cas du R12 serait de 101,12 kcal/kg. La courbe 1 étant la courbe de saturation vapeur, au point D tout le fluide serait à l’état de vapeur. L’enthalpie au point D est de 137,54 kcal/kg. On peut admettre en pratique qu’un organe de détente ne donne pas lieu à des échanges de chaleur avec l’extérieur. Donc l’enthalpie doit rester constante pendant la détente et si elle est de 109,41 kcal/kg, elle est encore de 109,41 kcal/kg au point B. La quantité de chaleur susceptible d’être absorbé entre C et B est de 8,29 kcal/kg. Ces 8,29 kcal/kg, représentés par le segment CB, ont été utilisés pour refroidir le reste du liquide de 40 à 5°C. La proportion de liquide vaporisé est donnée par le rapport 8,29/36,42 soit 22,7%. En réalité les échanges avec l’extérieur ne sont pas nuls, pourtant leur importance relative est trop faible pour justifier leur prise en considération. La vaporisation partielle peut avoir plusieurs causes mais l’une des plus importantes est représenté ici. Il s’agit du diagramme précédent, auquel on a ajouté la droite A’B’. Cette droite met en évidence l’influence d’une augmentation du taux de compression sur le pourcentage de liquide vaporisé pendant la détente. Admettons que nous ayons conservé la même température d’évaporation, mais que nous ayons augmenté la température de condensation. C’est maintenant le segment CB’ qui représente la quantité de liquide vaporisé. Cette étude du principe des organes de détente complète celle du cycle frigorifique entreprise dans les chapitres précédents. Le cycle complet est représenté sur ce diagramme enthalpie-température. Comme dans les diagrammes précédents, le fluide est à l’état liquide à gauche de la courbe 2, à l’état de mélange liquide + vapeur entre les courbes 1 et 2 et à l’état gazeux à droite de la courbe 1. Soit A le point représentatif de l’état du fluide à l’entrée du compresseur. Les gaz sont comprimés de A à B; à cette compression correspond une augmentation de température et d’enthalpie. La différence d’enthalpie entre A et B est égale à l’équivalent calorifique du travail fourni au compresseur par kg de fluide en circulation. Entre B et C, les gaz sont désurchauffés, c’est-à-dire qu’ils sont refroidis jusqu’à la température de saturation correspondant à la pression de condensation. Entre B1 et B2 les vapeurs se condensent, elles sont sous-refroidies dans le condenseur entre B2 et C. La différence d’enthalpie entre B et C correspond à la quantité de chaleur à évacuer au condenseur. Entre C et D le fluide passe dans l’organe de détente. Malgré la chute simultanée de température et de pression et le changement partiel d’état, l’enthalpie reste constante. Le cycle se ferme par DD1 qui représente la quantité de chaleur absorbée par l’évaporateur. Il s’agit de chaleur latente puisqu’il y a changement d’état du fluide. Entre D1 et E la chaleur absorbée entraîne une surchauffe des vapeurs avant leur sortie de l’évaporateur en E. La différence d’enthalpie entre D et E constitue " l’effet frigorifique " qui correspond à la partie utile du cycle. Une certaine quantité de chaleur se trouve absorbée entre E et A par la conduite d’aspiration, ce qui entraîne une augmentation de la surchauffe. Ce cycle représente la base de tout circuit frigorifique à compression et sa bonne compréhension autorise l’analyse de n’importe quelle installation. Cette vue représente l’organe de détente le plus simple. Il s’agit d’un détendeur manuel qui n’est rien de plus qu’un robinet à soupape, à travers lequel on alimente l’évaporateur. En principe n’importe quel type de vanne ferait l’affaire, mais on utilise des robinets à pointeau avec filetage fin de la tige, de façon à obtenir un réglage précis. Le détendeur manuel est surtout utilisé sur les installations de forte puissance pour lesquelles les variations de la charge sont faibles et qui restent sous surveillance constante. En résumé : Dans le détendeur manuel les variations de la section de passage, nécessaire du fait des variations de la charge, doivent s'effectuer à la main.
Cette vue représente un flotteur B.P.. Comme son nom l’indique, il est inséré côté basse pression du circuit. Le débit est contrôlé par le niveau de liquide dans la chambre du flotteur. Ce type de détendeur n’est utilisé qu’avec des évaporateurs noyés. Le flotteur peut être logé, soit dans une chambre séparée montée à proximité. Dans ce dernier cas, la chambre doit être mise en communication avec l’évaporateur par deux conduites, l’une à la partie supérieure, l’autre à la partie inférieure, de façon à ce que les niveaux soient les mêmes dans la chambre du flotteur et l’évaporateur. A une augmentation de la charge, correspond une augmentation du débit de liquide vaporisé, ce qui entraîne une baisse de niveau. Le flotteur descend et ouvre l’orifice d’admission de liquide sous pression. A une diminution de la charge correspond une diminution du débit de liquide vaporisé, ce qui entraîne une montée du niveau. Le flotteur ferme l’orifice d’admission du liquide. Cette vue représente l’exécution la plus simple de ce type de flotteur, susceptible de se présenter sous de nombreuses variantes. Ce type de détendeur est considéré comme étant le meilleur pour l’alimentation d’un évaporateur noyé. Il constitue un excellent moyen de contrôle du débit et, du fait de sa simplicité, les incidents de fonctionnement sont rares. On le rencontre pour l’alimentation des évaporateurs noyés de toutes puissances et quel que soit le fluide frigorigène employé. Sur les installations de forte puissance, il est généralement utilisé comme pilote. Dans le flotteur basse pression, l'ouverture de l'orifice est commandée par le niveau dans l'évaporateur.
Cette vue représente un flotteur HP. Comme son nom l’indique, il est placé côté haute pression. Ce système ne peut être utilisé que lorsque la charge du circuit en fluide frigorigène est déterminée de façon précise. Dès que les vapeurs sont condensées, elles s’écoulent vers la chambre à flotteur et déterminent une ouverture du pointeau, vers l’évaporateur. Le débit de liquide est donc égal au débit de vapeurs condensées et il ne peut pas y avoir accumulation de liquide ailleurs que dans l’évaporateur. Il en résulte qu’un excès de charge se traduit par un retour de liquide vers le compresseur et qu’un défaut de charge entraîne une alimentation insuffisante de l’évaporateur. On prévoit souvent une bouteille de séparation à l’aspiration, destinée à recueillir l’excédent éventuel de liquide avant son arrivée au compresseur. C’est le cas en particulier sur les installations fonctionnant à l’ammoniac. Dans le flotteur haute pression, l'ouverture de l'orifice est commandée par le débit de vapeur condensée.
Cette vue représente un détendeur automatique. Son but est de maintenir une pression d’évaporation constante. La pression d’évaporation s’exerce sur la membrane rappelée par un ressort antagoniste. Lorsque la pression d’évaporation augmente, la force appliquée sous la membrane devient prépondérante par rapport à celle du ressort. La membrane se déforme vers le haut, ce qui provoque la fermeture du clapet d’admission de liquide. Une diminution de la pression d’évaporation provoque l’ouverture du clapet et une augmentation du débit de liquide. Ce détendeur tend à maintenir une pression d’évaporation et donc une température d’évaporation constantes. Il est important de remarquer que la réponse à une variation de la charge est à l’opposé de ce qu’elle devrait être. En effet, à une augmentation de la charge correspond une montée de la pression d’évaporation, qui devrait être accompagnée par une augmentation du débit. Or nous venons de voir qu’à une pression d’évaporation plus forte correspond un débit plus faible. Ceci permet de conclure que ce type de détendeur ne peut être utilisé que sur les circuits dont la charge reste sensiblement constante. On le rencontre surtout sur les réfrigérateurs ménagers, les refroidisseurs d’eau de faible puissance, etc...
dans le détendeur automatique, le débit de liquide est réglé par la pression d'évaporation.
Avant de parler du principe du détendeur thermostatique, il n’est pas inutile de revoir ce que l’on entend par surchauffe. Cette vue représente un évaporateur constitué par un tube lisse et alimenté par un détendeur à main. Nous admettrons que la perte de charge intérieure est négligeable, c’est-à-dire que nous aurons une pression uniforme sur toute la longueur du tube. Admettons une faible quantité de liquide, celui-ci se vaporise en empruntant de la chaleur à l’ambiance. La quantité de fluide étant faible par hypothèse, la vaporisation sera complète en un certain point du tube, au point A par exemple. Admettons que la pression d’évaporation soit de 3,69 kg/cm² absolus, ce qui pour le R12 correspond à une température de saturation de 5°C. A partir de A, nous avons de la vapeur qui si elle absorbe de la chaleur, se surchauffe. Le degré de surchauffe ou plus simplement la surchauffe est mesurée par la différence entre la température réelle de la vapeur et la température de saturation à la pression considérée. En B la température réelle est par exemple de 10°C et donc la surchauffe est de 5°C. Dans le dernier coude la température réelle est de 15°C et la surchauffe en ce point est de 10°C. En C la différence entre la température réelle (20°C) et la température de saturation 5°C est de 15°C. Si nous admettons davantage de fluide, la vaporisation se poursuit jusqu’en B par exemple. La surface d’échange disponible pour la surchauffe ayant diminué, la surchauffe à la sortie de l’évaporateur est plus faible. En C nous pourrions avoir une température réelle de 15°C, ce qui correspond à 10°C de surchauffe.
L’idéal serait de ne pas avoir du tout de surchauffe à la sortie de l’évaporateur, la vaporisation se poursuivrait alors jusqu’en C. Mais, si on augmente l’ouverture du détendeur à main, la vaporisation ne sera pas complète en C et on risque d’envoyer du liquide vers le compresseur, ce que l’on doit absolument empêcher. En pratique les conditions de fonctionnement obtenues avec un détendeur thermostatique se rapprochent de celles qui sont représentées ici. On voit que, sur cette vue, la vaporisation est complète à la hauteur du dernier coude, ce qui entraîne à la sortie une surchauffe de 5°C. Du fait des variations de charge et du temps de réponse du détendeur, on peut admettre que la surchauffe dans les installations de conditionnement d’air ne doit pas être inférieure à 5°C. Dans les applications de réfrigération ou dans certaines applications spéciales, on admet souvent des surchauffes plus faibles. Le détendeur thermostatique, tel que représenté ci-contre est certainement le plus largement utilisé de tous les organes de détente. Ce détendeur règle le débit de fluide en maintenant une surchauffe relativement constante à la sortie de l’évaporateur. Les pièces les plus importantes sont repérées sur la figure. On voit que les forces qui agissent à la partie inférieure de la membrane sont la pression d’évaporation et la tension du ressort. Ces forces sont équilibrées par la pression provenant du bulbe. Un tel détendeur thermostatique dans lequel la pression à l’entrée de l’évaporateur agit directement sur la membrane est appelé " détendeur à égalisation interne ". Cette vue donne une représentation schématique du détendeur thermostatique, sur laquelle les forces en présence ont été mise en évidence, soit : la pression d’évaporation et la tension du ressort à la partie inférieure de la membrane, la pression du bulbe à la partie supérieure. Si la pression du bulbe devient prépondérante, la membrane se déforme vers le bas et le pointeau s’ouvre. Inversement, à une diminution de la pression dans le train pressostatique correspond une diminution du débit. Cette vue donne un exemple chiffré des pressions et températures. Le détendeur thermostatique est réglé pour une surchauffe de 5°C, la membrane est en équilibre, c’est-à-dire que la pression dans le train pressostatique est égale à la pression d’évaporation augmentée de la tension du ressort. Le fluide utilisé est le R12, la pression d’évaporation est de 3,69 kg/cm² absolus, c’est la pression qui s’exerce sur la membrane. La tension du ressort est réglée de telle sorte que la pression correspondante soit de 0,62 kg/cm² . La pression totale sous la membrane est donc de 3,69 + 0,62 = 4,31 kg/cm². La surchauffe est de 5°C, ce qui signifie que la température réelle à la sortie est de 5°C supérieure à la température de saturation correspondant à la pression d’évaporation. La température réelle à la sortie et donc la température du bulbe sont de 10°C. Si ce bulbe contient du R12 en phase liquide, la pression est transmise à la partie supérieure de la membrane par un tube capillaire. Il y a donc égalité entre les forces qui s’exercent de part et d’autre de la membrane, le débit de fluide est constant. Cette vue met en évidence l’influence d’une augmentation de la charge thermique sur l’évaporateur. Si la charge est plus grande la vaporisation est complète à une distance beaucoup plus faible du détendeur. Il reste donc plus de surface d’échange disponible pour la surchauffe et celle-ci augmente. Admettons que la température réelle à la sortie soit passée à 13°C. Comme la pression d’évaporation est restée égale à 3,69 kg/cm², la température d’évaporation est toujours de 5°C. La surchauffe est maintenant de 8°C. La pression dans le bulbe passe à 4,72 kg/cm², elle est donc supérieure à la pression de 4,31 kg/cm² qui s’exerce sous la membrane. Celle-ci va donc se déformer vers le bas, le débit va augmenter, ce qui va permettre d’absorber l’augmentation de la charge. Cette vue met en évidence l’influence d’une diminution de la charge thermique sur l’évaporateur. La charge étant plus faible, la vaporisation se poursuit sur une distance plus grande à partir du détendeur. Il reste donc moins de surface d’échange disponible pour la surchauffe et celle-ci diminue. Admettons que la température réelle à la sortie soit passée à 8°C. Comme la pression d’évaporation est restée égale à 3,69 kg/cm², la température d’évaporation est toujours de 5°C. La surchauffe est maintenant de 2°C. La pression dans le bulbe passe à 4,06 kg/cm², elle est donc inférieure à la pression de 4,31 kg/cm², qui s’exerce sous la membrane. Celle-ci va donc se déformer vers le haut, le débit va diminuer de façon à correspondre à la nouvelle valeur de la charge. Un autre facteur doit être pris en considération dans l’étude du détendeur thermostatique, il s’agit de la perte de charge dans l’évaporateur. Dans l’exemple précédent, les conditions d’équilibre étaient obtenues avec une surchauffe de 5°C. La pression d’évaporation, que nous avons admise uniforme sur toute la longueur de l’évaporateur, était de 3,69 kg/cm². La pression dans le bulbe était de 4,31 kg/cm², et la tension du ressort correspondait à une pression de 0,62 kg/cm². Admettons maintenant que la perte de charge dans l’évaporateur soit de 0,70 kg/cm², et que la pression maintenue par le compresseur à la sortie de l’évaporateur soit de 3,69 kg/cm². La pression à l’entrée de l’évaporateur est maintenant de 4,39 kg/cm² la pression totale qui s’exerce sous la membrane passe à 4,39 + 0,62 = 5,01 kg/cm². Ceci provoque la fermeture de la vanne et une augmentation de la surchauffe. Reprenons le même exemple, mais admettons que la membrane soit maintenant dans un état d’équilibre. Comme nous l’avons vu, la pression à la partie inférieure de la membrane est de 5,01 kg/cm². Il faut donc pour que la membrane soit en équilibre, qu’une pression de 5,01 kg/cm² s’exerce également à la partie supérieure. La température de saturation à cette pression est de 15°C, c’est-à-dire que la surchauffe doit être de 15 -5 = 10°. Cette surchauffe est trop élevée, l’évaporateur est sous-alimenté, une proportion trop importante de la surface d’échange est utilisée pour la surchauffe. On compense l’influence de la perte de charge dans l’évaporateur par une égalisation externe, dont le principe consiste à soumettre la partie inférieure de la membrane à la pression qui règne à la sortie de l’évaporateur à proximité du bulbe. Les conditions de l’exemple sont restées les mêmes à cette différence près que la pression totale sous la membrane est de 4,31 kg/cm². Cette pression se trouve équilibrée pour une température du bulbe de 10°C, la surchauffe est de 5°C. Le principe de fonctionnement du détendeur reste le même avec ou sans égalisation externe, la seule différence réside dans le point où la pression de référence est extraite. L’égalisation externe doit être prévue dès que la perte de charge dans l’évaporateur dépasse 0,2 kg/cm² environ. Pendant l’arrêt du compresseur, la pression dans l’évaporateur augmente généralement pour tendre vers la pression de saturation correspondant à la température du milieu dans lequel baigne la surface d’échange. Admettons que le bulbe et l’évaporateur soient à la même température, le pointeau est fermé.
Admettons que la température commune au bulbe et à l’évaporateur soit de 26°C; à cette température correspond pour le R12 une pression de 6,82 kg/cm². Si l’on met le compresseur en route, la pression qui s’exerce sous la membrane diminue et le détendeur s’ouvre. Si la tension de ressort correspond à une pression de 0,62 kg/cm², le pointeau va commencer à s’ouvrir pour une pression sous la membrane de 6,82 - 0,62 = 6,20 kg/cm². Il suffira donc d’une faible réduction de la pression dans l’évaporateur pour que le détendeur commence à s’ouvrir. Cette pression d’aspiration importante peut être la cause d’une surcharge du moteur d’entraînement du compresseur. Ceci constitue une caractéristique du détendeur thermostatique, dont le bulbe est chargé en liquide. Cette vue représente des conditions qui sont susceptibles d’être rencontrées à l’arrêt du compresseur. Le détendeur est situé à l’extérieur de la veine d’air qui traverse l’évaporateur. Pendant les arrêts, le bulbe est soumis à une température plus élevée que celle de la batterie. La tension du ressort et la pression dans l’évaporateur restent les mêmes, mais la température du bulbe est de 38°C. La pression correspondante qui s’exerce au-dessus de la membrane est de 9,30 kg/cm², ce qui maintient le détendeur en position d’ouverture. L’évaporateur se remplira donc de liquide, qui risque d’être entraîné vers le compresseur au démarrage suivant. Ceci constitue une autre caractéristique du détendeur thermostatique dont le bulbe est chargé en liquide. Cette vue présente une méthode grâce à laquelle les risques de surcharge du moteur et de coups de liquide au démarrage peuvent être éliminés. Le bulbe est chargé avec une quantité de liquide très faible, on dit qu’il est " chargé en gaz ". Pour une température déterminée du bulbe, tout le liquide est vaporisé. A partir de ce moment une augmentation de la température du bulbe se traduit par une surchauffe de la vapeur qu’il contient, sans augmentation appréciable de sa pression. Si par exemple on ne veut pas que la pression dans le bulbe dépasse 4,58 kg/cm², la charge du bulbe doit être telle qu’elle soit complètement évaporée à 4,58 kg/cm² (12°C). La pression reste égale à 4,58 kg/cm² pour toute température supérieure à 12°C. Si l’on prend l’exemple précédent, on voit que cette fois le détendeur est fermé. Reprenons le bulbe chargé en gaz, au moment où il commande l’ouverture du pointeau. La pression dans l’évaporateur est maintenant de 3,90 kg/cm². La pression du bulbe est maintenant suffisante pour contrebalancer les actions conjuguées de la pression d’évaporation et du ressort (3,90 + 0,62 = 4,52 kg/cm²).
Sur cette vue la température du bulbe est tombée au-dessous de 12°C et le fluide a commencé à se condenser. Le fonctionnement est alors exactement le même que dans le cas du bulbe chargé en liquide. Le bulbe chargé en gaz empêche le remplissage de l’évaporateur pendant les arrêts. Dans un détendeur chargé en liquide il reste toujours une certaine quantité de liquide dans le bulbe. Il en va différemment avec le bulbe chargé en gaz, si bien que si la température du corps du détendeur est inférieure à celle du bulbe, la vapeur se condensera sur la membrane et le détendeur ne contrôlera plus. Le bulbe chargé en gaz doit donc être situé dans un endroit tel, qu’en fonctionnement, sa température reste toujours inférieure à celle du corps du détendeur. Le détendeur thermostatique peut être utilisé soit comme organe principal de contrôle du débit, soit comme pilote, sur la plupart des applications. Pourtant, son fonctionnement doit être parfaitement bien compris si l’on veut obtenir les résultats escomptés. Trois points importants à retenir sont illustrés par cette figure. Le premier concerne la surface du contact entre le tube et le bulbe; le contact doit être aussi intime que possible de façon à assurer un bon coefficient d’échange thermiques. Il est indispensable que l’écart entre la température du bulbe et celle du tube soit aussi faible que possible. La vue centrale est destinée à mettre en évidence l’importance de la position du bulbe sur le tube. La partie inférieure du tube peut être le siège d’un léger écoulement d’huile et de fluide liquide, qui ne doit pas pouvoir influencer la température du bulbe. Celui-ci ne doit donc jamais être fixé sur la partie inférieure du tube. La vue de droite montre les positions relatives du bulbe et de la prise d’égalisation, celle-ci étant située en aval du tube. Ce montage doit être respecté de façon à ce qu’une légère fuite de liquide le long de la tige du détendeur n’ait pas d’influence sur la température du bulbe. Ces trois points importants doivent être impérativement respectés. Le détendeur
thermostatique constitue un excellent organe de contrôle de débit,
à condition d’être employé correctement, ce qui implique une
bonne compréhension de son fonctionnement. Dans le détendeur thermostatique, le débit de liquide est réglé par la surchauffe des vapeurs à la sortie de l'évaporateur. Exemples de fonctionnements non satisfaisants d’une installation frigorifique : a - La température dans la chambre froide est trop élevée par rapport à celle désirée, ou varie trop : Ce défaut peut provenir d’un mauvais réglage des organes automatiques de l’installation, d’erreurs de dimensionnement de ses éléments ou d’un montage défectueux. b - La givrage de l’évaporateur ne s’effectue pas régulièrement sur toute la surface de celui-ci : Ce défaut peut provenir d’un mauvais réglage des organes automatiques de l’installation, d’erreurs de dimensionnement de ses éléments ou d’un montage défectueux. c - Le compresseur subit des coups de liquide et givrage de la conduite d’aspiration : Ce défaut peut provenir d’un mauvais réglage des organes automatiques de l’installation, d’erreurs de dimensionnement de ses éléments ou d’un montage défectueux. Il est reconnu, et ceci est prouvé aussi bien en théorie qu’en pratique, qu’il n’est possible d’obtenir le meilleur rendement de l’évaporateur et, ainsi, un fonctionnement correct de l’installation frigorifique que si le détendeur thermostatique correspond à l’évaporateur. Il faut s’assurer que le détendeur thermostatique de l’installation est correctement dimensionné. Contrôler si l’indication concernant le fluide frigorigène et la gamme de température correspondent aux conditions prévues pour l’installation. - Capacité nominale par exemple 1,0 ton = 2500 à 3000 kcal/h - Fluide frigorigène par exemple R 12 - Plage de température par exemple -40/10°C - S’il est MOP ou pas (Maximum Opérating Pressure, ou pression maximum d’opération). Insuffisance de circulation du liquide à travers le détendeur : - Examiner si le détendeur thermostatique est obstrué par de la glace ou le filtre bouché par des impuretés. Montage correct de la conduite d’égalisation et du bulbe : a - Le bulbe doit avoir un bon contact thermique avec la conduite d’aspiration. Le bulbe à double contact, breveté par Danfoss, permet d’obtenir le meilleur contact thermique possible. Si le détendeur est doté d’un raccord sur la conduite d’égalisation de pression, celle-ci doit toujours être montée après le bulbe du détendeur. b - Monter
le bulbe, en fonction de la dimension de la conduite d’aspiration,
dans une position qui correspond à celle de la petite aiguille d’une
montre entre 12 et 16 heures. c - Toujours monter le bulbe immédiatement en aval de l’évaporateur, même dans le cas où un échangeur de chaleur est monté après celui-ci. En effet, si le bulbe est monté après un échangeur de chaleur, le détendeur reçoit de fausses impulsions de régulation. Ceci est dû au fait que le liquide chaud dans l’échangeur de chaleur chauffe les vapeurs d’aspiration froides, ce qui modifie l’impulsion de régulation et, ainsi, le degré d’ouverture du détendeur thermostatique. d - Le bulbe ne doit pas être monté trop près d’éléments présentant une forte masse, par exemple des grandes vannes ou des grandes brides. Raccorder la conduite d’égalisation de pression de sorte que la pression de sortie de l’évaporateur agisse sous la membrane du détendeur. e - Le bulbe doit détecter la température de la vapeur d’aspiration surchauffée et ne doit donc pas être placé de manière à être influencé par des sources de chaleur étrangères telles que : air de retour, moteur de ventilateur ou conduite d’aspiration. f - Le bulbe doit être monté sur la partie horizontale de la conduite d’aspiration, immédiatement en aval de l’évaporateur - et non sur un tube collecteur ni sur un tube ascendant après une poche d’huile. g - Le montage de la conduite d’aspiration, après un évaporateur, doit être réalisé de sorte que le bulbe du détendeur ne soit pas influencé, par exemple par du liquide revenant d’un évaporateur situé à un niveau plus élevé. Répartition correcte du liquide dans l’évaporateur : a - En cas d’utilisation d’un distributeur de liquide avec un détendeur, il faut toujours prévoir un détendeur à égalisation de pression extérieure. La tête du distributeur doit toujours être montée verticalement. C’est à dire axe du détendeur horizontal dans le cas de détendeur coudé. b - Les capillaires du distributeur doivent être de diamètres et de longueurs semblables. Au montage des capillaires, il faut éviter les poches de liquide. Pour obtenir une répartition satisfaisante du liquide, les chutes de pression dans les différents capillaires et serpentins de l’évaporateur doivent être égales. Sens du courant d’air : a - Si un distributeur de liquide est utilisé, il est très important de s’assurer que le sens de l’air est correct. Le fonctionnement à contre-courant est fortement recommandé. L’air doit donc sortir de l’échangeur par le rang alimenté par le distributeur. b - L’air doit se répartir régulièrement dans toute la section de l’évaporateur. S’en assurer, entre autres en observant le givrage de l’évaporateur pour constater s’il existe des zones où celui-ci ne reçoit pas une quantité d’air suffisante. Si tout ce qui précède est en ordre, l’installation frigorifique fonctionne en donnant toute satisfaction dans la grande majorité des cas. Dans les quelques cas rares où la température ambiante n’est toujours pas atteinte et où le détendeur apparemment " pompe ", il faut procéder à une adaptation réciproque entre le détendeur et l’évaporateur comme indiqué ci-après. Mesure de la variation de température au bulbe du détendeur : A l’aide
d’un thermomètre à bulbe ordinaire(chargé en gaz) mais ayant
une réaction rapide, mesurer la variation de température au bulbe
du détendeur. Adaptation du détendeur à l’évaporateur et réciproquement en cas d’à-coups du circuit de celui-ci : a - En cas d’à-coups dans l’évaporateur, cela peut indiquer que celui-ci est alimenté avec une quantité de fluide frigorigène supérieure à celle qu’il peut évaporer. Il faut alors chercher un réglage de la surchauffe tel que la surface de l’évaporateur ne puisse évaporer que la quantité de liquide injectée. Des à-coups dans le circuit frigorifique peuvent être constatés à l’aide du thermomètre à bulbe mentionné précédemment. Le circuit présente des à-coups si la colonne du thermomètre se déplace avec un mouvement de va-et-vient entre deux positions extrêmes (supérieur à +/-0,5°C) pendant une période de deux à plusieurs minutes. b - Les à-coups
d’un circuit frigorifique peuvent être éliminés en procédant
comme suit : c - Si vous ne pouvez pas trouver un réglage tel que le circuit ne présente pas d’à-coups, il est possible que la capacité du détendeur soit trop grande et il faut remplacer soit la cartouche d’orifice, soit le détendeur complet en choisissant une dimension plus faible. Adaptation du détendeur à l’évaporateur et réciproquement, si le circuit ne présente pas d’à-coups : a - Si le circuit de l’évaporateur ne présente pas d’à-coups, cela peut signifier que l’évaporateur est en partie sous-alimenté en liquide. Il faut alors chercher un réglage de la surchauffe tel que l’évaporateur reçoive suffisamment de liquide pour que la quantité totale de liquide évaporée corresponde à la charge de l’évaporateur. b - Diminuer
la surchauffe du circuit de l’évaporateur en tournant par étapes
la tige de réglage vers la gauche jusqu’à ce que le thermomètre
indique que le circuit commence à présenter des à-coups. c - Si vous
n’arrivez pas à obtenir que le circuit de l’évaporateur
présente des à-coups, il se peut que la capacité du détendeur soit
trop faible, et la surface de l’évaporateur n’est pas
utilisé à plein. En conclusion,
si ce réglage ne vous permet pas d’obtenir le résultat désiré,
la source de l’anomalie doit être recherchée ailleurs soit
dans l’installation, soit dans le système de régulation de
celle-ci. Aperçu rapide de la détection des défauts : La capacité du détendeur est trop faible
A-coups dans le compresseur à la mise en route :
A-coups dans le compresseur pendant la marche de l’installation :
Pression d’évaporation trop faible, et/ou faible surchauffe :
Surchauffe importante, et/ou pression d’aspiration trop faible:
Le tube capillaire représenté ici constitue le plus simple de tous les organes de détente. Ce n’est rien de plus qu’un étranglement délibéré de la conduite de liquide. Du fait de son faible diamètre intérieur et de sa longueur, il crée une perte de charge considérable. On peut, par des essais successifs, couper le diamètre nécessaire. Cet organe n’est guère utilisé que sur les circuits de faible puissance dont la charge reste sensiblement constante, tel que réfrigérateurs ménagers, congélateurs domestiques, climatiseurs individuels, etc...
Avec le tube capillaire, le débit de liquide est déterminé par la différence de pression entre l'amont et l'aval. Comme pour le tube capillaire, l'orifice calibré détermine le débit de liquide par la perte de pression entre l'amont et l'aval. Toutefois un réglage, ou rattrapage est possible en remplaçant l'orifice calibré par simple démontage et remontage d'écrous.
Le détendeur électronique n'est souvent qu'une simple vanne motorisée par un moteur thermique, un moteur pas à pas ou un solénoïde. L'asservissement de ce détendeur se fait par un circuit électronique qui peut prendre en compte une grande quantité de paramètres.
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