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LE MATERIEL FRIGORIFIQUE
Comparaison de fonctionnement de détendeurs

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

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.

 

Déplacement de la consigne du thermostat pour maintenir qcf=-20°C

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.

 

Déplacement de la consigne du thermostat pour maintenir qcf=0°C

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.

 

Fonctionnement du détendeur thermostatique M.O.P.

Au point MOP

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.

 

Déplacement de la consigne du thermostat pour maintenir qcf=-20°C

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.

 

Déplacement de la consigne du thermostat pour maintenir qcf=0°C

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.

 

Fonctionnement du détendeur capillaire.

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'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.

 

Déplacement de la consigne du thermostat pour maintenir qcf=-20°C

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

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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