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Comparaison de fonctionnement de détendeurs |
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Dans
tout ce cours, nous prendrons comme
support une installation au R22 qui
utilise une régulation thermostatique
et dont le réglage en régime
permanent assure une température
moyenne de chambre froide de -10°C.
Fonctionnement
du détendeur thermostatique classique.
Régime
permanent
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Nous
avons réglé le détendeur
afin qu'il maintienne 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. La surchauffe
étant de 5°C, nous
avons donc une température
au bulbe de -15°C. Dans le
bulbe du détendeur, nous
avons un mélange liquide
gaz de R22 à -15°C,
nous avons donc une pression Pb=1,9bar.
Nous sommes en régime permanent,
le détendeur est en équilibre.
nous avons donc Pb=Po+Pr. La pression
de réglage Pr=Pb-Po=0,5bar.
Durant cette démonstration,
nous garderons cette valeur de
réglage. Nous supposons
qu'a 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.
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Déplacement
de la consigne du thermostat pour
maintenir qcf=-20°C
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La
température de chambre froide
a chuté. Comme le Dqtotal
reste constant, nous avons
à
présent une température
d'évaporation qo=-30°C.
Cette température d'évaporation
nous donne une pression d'évaporation
Po=0,6bar. Le détendeur trouve
un nouveau point d'équilibre,
et nous pouvons encore appliquer
Pb=Po+Pr. N'ayant pas touché
au réglage, la pression dans
le train thermostatique est désormais
de Pb=0,6+,0.5=1,1bar. Des gaz se
sont condensés dans le bulbe,
nous avons donc moins de gaz et
plus de liquide. Ce mélange
liquide-gaz
à
une pression Pb=1,1bar a une température
de qb=-24°C.
La surchauffe est désormais
de -24-(-30)=6°C. Le détendeur
s'est fermé légèrement.
Comme la zone de surchauffe est
plus grande à cause de la
fermeture du détendeur, nous
avons moins de place pour le liquide.
nous avons donc une puissance frigorifique
Fo(-20°C)<
Fo(-10°C).
De plus le débit massique
à l'évaporateur a
chutté, nous avons à
présent une quantité
de liquide dans l'évaporateur
inférieure (0,8kg/h par exemple).
Ayant moins de liquide nous fournissons
moins de vapeurs, et la BP diminue.
Pasp=0,6bar. L'évaporateur
encore une fois est utilsé
de manière correcte.
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Déplacement
de la consigne du thermostat pour
maintenir qcf=0°C
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La
température de chambre froide
a augementé. Comme le Dqtotal
reste constant, nous avons
à
présent une température
d'évaporation qo=-10°C.
Cette température d'évaporation
nous donne une pression d'évaporation
Po=2,5bar. Le détendeur trouve
un nouveau point d'équilibre,
et nous pouvons encore appliquer
Pb=Po+Pr. N'ayant pas touché
au réglage, la pression dans
le train thermostatique est désormais
de Pb=2,5+,0.5=3bar. Du liquide
s'est évaporé dans
le bulbe, nous avons donc moins
de liquide et plus de gaz. Ce mélange
liquide-gaz
à
une pression Pb=3,1bar a une température
de qb=-6°C.
La surchauffe est désormais
de -6-(-10)=4°C. Le détendeur
s'est ouvert légèrement.
Comme la zone de surchauffe est
plus faible à cause de l'ouverture
du détendeur, nous avons
plus de place pour le liquide. nous
avons donc une puissance frigorifique
Fo(0°C)>
Fo(-10°C).
De plus le débit massique
à l'évaporateur a
augmenté, nous avons à
présent une quantité
de liquide dans l'évaporateur
supérieure (1,2kg/h par exemple).
Ayant plus de liquide on fournit
plus de vapeurs, et la BP augemnte.
Pasp=2,5bar. L'évaporateur
encore une fois est utilsé
de manière correcte.
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Fonctionnement
du détendeur thermostatique M.O.P.
Au
point MOP
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Nous
avons choisit un MOP(-15°C).
La première molécule
de liquide dans le bulbe va apparaitre
pour une température de
bulbe de -15°C. Nous avons
réglé le détendeur
afin qu'il maintienne 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. La surchauffe
étant de 5°C, nous
avons donc une température
au bulbe de -15°C. Dans le
bulbe du détendeur, nous
avons un mélange liquide
gaz de R22 à -15°C,
nous avons donc une pression Pb=1,9bar.
Nous sommes en régime permanent,
le détendeur est en équilibre.
On a donc Pb=Po+Pr. La pression
de réglage Pr=Pb-Po=0,5bar.
Durant cette démonstration,
nous garderons cette valeur de
réglage. nous supposons
qu'a 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.
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Déplacement
de la consigne du thermostat pour
maintenir qcf=-20°C
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La
température de chambre froide
a chuté. Comme le Dqtotal
reste constant, nous avons
à
présent une température
d'évaporation qo=-30°C.
Cette température d'évaporation
nous donne une pression d'évaporation
Po=0,6bar. Le détendeur trouve
un nouveau point d'équilibre,
et nous pouvons encore appliquer
Pb=Po+Pr. N'ayant pas touché
au réglage, la pression dans
le train thermostatique est désormais
de Pb=0,6+,0.5=1,1bar. Des gaz se
sont condensés dans le bulbe,
nous avons donc moins de gaz et
plus de liquide. Ce mélange
liquide-gaz
à
une pression Pb=1,1bar a une température
de qb=-24°C.
La surchauffe est désormais
de -24-(-30)=6°C. Le détendeur
s'est fermé légèrement.
Comme la zone de surchauffe est
plus grande à cause de la
fermeture du détendeur, nous
avons moins de place pour le liquide.
nous avons donc une puissance frigorifique
Fo(-20°C)<
Fo(-10°C).
De plus le débit massique
à l'évaporateur a
chutté, on a à présent
une quantité de liquide dans
l'évaporateur inférieure
(0,8kg/h par exemple). Ayant moins
de liquide nous fournissons moins
de vapeurs, et la BP diminue. Pasp=0,6bar.
L'évaporateur encore une
fois est utilsé de manière
correcte.
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Déplacement
de la consigne du thermostat pour
maintenir qcf=0°C
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La
température de chambre
froide a augementé. C'est
donc de l'air à 0°C
qui arrive sur la zone de surchauffe.
Cette augementation de température
a permis l'évaporation
de la seule molécule de
liquide du bulbe. Dans le train
thermostatique, il ne nous reste
que des vapeurs de fluide frigorigène,
ces vapeurs ne permettent plus
d'augmentation significative de
la pression du bulbe Pb. C'est
pourquoi on peut dire que Pb reste
contante et égale à
la pression si les vapeurs avaient
été saturées.
Pb=1,9bar. N'ayant pas touché
au réglage nous avons toujours
Pr=0,5bar. Le détendeur
trouve un point d'équilibre
et nous pouvons appliquer la formule
Pb=Po+Pr. On trouve Po=1,4bar.
La pression d'évaporation
est donc limitée a une
valuer maximale qui correspond
à celle du point MOP. L'ouverture
du détendeur à été
bridée. Il injecte donc
la meme quantité de liquide
qu'à -10°C. Les 1kg/h
de liquide injecté s'evporent
beaucoup plus vite car l'air d'entrée
d'évaporateur est plus
chaud. La zone de surchauffe est
grande et la surchauffe énorme.
Fo(0°C)=Fo(-10°C).
L'évaporateur piège
beaucoup d'eau car le Dqtotal
est élevé (20°C).
La pression d'aspiration se trouve
limitée et cela permet
sur les chambres froides à
basse température de ne
pas couper au relais thermique
du moteur du compresseur après
un dégivrage. Ne jamais
utilser un détendeur MOP
pour un fonctionnement au dessus
de son point MOP, sinon la surchauffe
d'aspiration sera énorme
et donc celle de refoulement aussi.
On risquera donc de détériorer
les joints de plaques à
cause d'un problème de
refroidssement de culasse.
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Fonctionnement
du détendeur capillaire.
En
régime permanent
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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'a 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.
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Déplacement
de la consigne du thermostat pour
maintenir qcf=-20°C
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Ce
capillaire a était calibré
pour injecter 1kg/h de liquide dans
l'évaporateur dans les conditions
précédentes. Comme
son DP
a augmenté, il va injecter
légèrement plus. Imaginons
qu'il injecte 1,2kg/h dans ces nouvelles
conditions de fonctionnement. Ces
1,2kg/h s'évaporent moins
bien car la température d'entrée
d'air et plus basse. Le capillaire
injecte plus alors que la capacité
d'évaporation a diminuée.
C'est donc un mélange liquide
gaz qui arrive dans la ligne d'aspiration.
Le compresseur subit donc des coups
de liquide ! Ce fonctionnement est
dangeureux. Il ne faut jamais utiliser
un capillaire en dehors de la plage
de fonctionnement pour laquelle
il a été calibré
! |
Déplacement
de la consigne du thermostat pour
maintenir qcf=0°C
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Cette
fois le DP
du capillaire a diminué,
le capillaire injecte donc moins
de fluide. Imaginons qu'il injecte
desormais 0,8kg/h de liquide dans
l'évaporateur. Ces 0.8kg/h
s'évaporent plus vite car
la température d'entrée
d'air et plus élevée.
Le capillaire injecte moins de
fluide alors que la capacité
d'évaporation de l'évaporateur
a augmentée. C'est donc
des gaz trop surchauffés
qui arrivent dans la ligne d'aspiration.
La température de refoulement
augmente dangeureusement. On risque
de détériorer la
culasse du compresseur, l'huile
et le fluide frigorigène.
Il ne faut jamais utiliser un
capillaire en dehors de la plage
de fonctionnement pour laquelle
il a été calibré
!
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