Page du frigoriste : Le condenseur

LE MATERIEL FRIGORIFIQUE

Le condenseur

C’est l’appareil qui permet aux vapeurs HP qui sortent du compresseur de se condenser. Ainsi on va alimenter notre détendeur en liquide HP. Afin de permettre la condensation on peut utiliser deux médiums de refroidissement : l’air et l’eau (on peut même combiner les 2).

Fonctionnement d'un condenseur à air ventilé

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.

Sous refroidissement = température de condensation - température de sortie de condenseur

= q [BC] - q D

= 39 - 34 = 5°C

Un sous refroidissement du liquide HP est la certitude que la condensation soit terminée. C’est donc la garantie d’alimenter le détendeur en 100% liquide.

Que se passe t'il pour l'air qui passe sur le condenseur ?

qas : température de l’air en sortie de condenseur
qae : température de l’air à l'entrée du condenseur
qk : température condensation lue au manomètre HP

Dans l'exemple ci-dessus, l'air arrive sur le condenseur à une température de 25°C et il se réchauffe jusqu’à 31°C en prenant de la chaleur au fluide frigorigène :

Le Dq sur l'air = qas - qae = 31- 25 = 6°C

La pression de condensation est de 17 bar, ce qui équivaut pour le R404A à une température de condensation de 39°C:

Le Dq total = qk - qae = 39- 25 = 15°C

Généralement, on a pour un condenseur à air ventilé :

5 £ Dq air £ 10°C

10 £ Dq total £ 20°C

Et si il s'agit d'un condenseur à eau ?

Généralement, on a pour un condenseur à eau :

10 £ Dq eau £ 15°C

10 £ Dq entre la condensation et la sortie d'eau £ 20°C

Construction des condenseur à air :

condenseur à air ventilation forcée ( vertical )

condenseur à air ventilation forcée ( horizontal )

La batterie est composée d'ailettes (aluminium, acier, cuivre) serties sur des tubes (cuivre, acier). Le pas des ailettes est compris entre 2 et 5 mm.

La carrosserie est en tôle d'aluminium pour résister au maximum à la corrosion.
Les moto-ventilateurs sont en mono ou en triphasé ( en triphasé suivant le branchement on peut obtenir deux vitesses de rotation ).
La sortie de l'air peut se faire verticalement ou horizontalement.

Construction des condenseur à eau :

condenseur à eau verticaux

Les condenseurs à eau verticaux sont destinés à la construction d'armoire de conditionnement d'air et de pompe à chaleur.
Ils offrent la possibilité de stockage du fluide frigorigéne.

condenseurs à eau à doubles tubes concentriques (contre courant)

Ils sont constitués par deux tubes enfilés l’un dans l’autre.
Le fluide frigorigène circule entre les deux tubes.
Avec ce type de condenseur il faut utiliser un réservoir de liquide.

condenseur à eau multitubulaires

Les condenseurs à eau multitubulaires sont utilisés dans les domaines:
- Réfrigération commerciale et industrielle
- Conditionnement d'air
- pompe à chaleur eau/eau , air /eau

Les condenseurs multitubulaires peuvent être entièrement démonter pour réaliser des opérations d'entretien.

Refroidissement évaporatif :

Le refroidissement évaporatif permet de réaliser des économies d'énergie et d'eau.
il contribue à la protection de l'environnement.

Economie l'énergie

ce type de refroidissement permet d'utiliser des débits d'eau et d'air moins important. Ce qui entraîne une réduction de la consommation d'énergie.

Economie d'eau

La consommation de l'eau devient de plus en plus préoccupante. Il devient de plus en plus cher d'obtenir de l'eau de bonne qualité. il faut essayer d'éviter au maximum le gaspillage de l'eau. Les systèmes de refroidissement de type évaporatif permettent de répondre à ce problème. Par rapport à un équipement classique, on réduit la consommation de l'eau de 95 %.

C'est deux critères permettent de contribuer à la protection de l'environnement.

refroidisseur évaporatif :

Le fluide frigorigène circule à contre-courant de l'air dans un circuit fermé. De l'eau ruisselle sur les tubes du circuit. la chaleur est transmise à l'eau. L'air permet d'évacuer la chaleur et entraîne en faible vaporisation de l'eau. l'eau restante est récupérée et repart par l'intermédiaire d'une pompe vers les rampes de pulvérisation.

Tour de refroidissement :

L'eau provenant du condenseur est distribuée par l'intermédiaire d'une rampe de pulvérisation sur une surface de ruissellement ( packing ) qui ralentit le déplacement de l'eau ce qui permet un bon échange de chaleur avec l'air qui circule à contre-courant. L'eau refroidie en récupérée et retourne dans le circuit de refroidissement du condenseur.

Pour une tour de refroidissement :

Dq eau = 5K
Dq entre condensation et sortie eau = 5K
3 £ Dq entre entée eau au condenseur et température humide de l'air (approche) £ 7K

Remarques

Dans les systèmes de refroidissement à eau deux problèmes peuvent se poser :

Le tartre
La concentration en sels

Le tartre

les eaux contiennent des sels minéraux ( calcium, magnésium, sodium ).

la chaleur provoque la formation un dépôt ( le tartre ).
Ce dépôt diminue les échanges thermiques. Ce qui entraîne une diminution de la puissance des appareils.
Sur ces appareils, on procédera régulièrement à des opérations de détartrage.

La déconcentration en sels

L'eau est caractérisée par sa dureté ou son titre hydrométrique ( TH exprimé en degré français ) . Ce qui fait la dureté de l'eau, c'est la présence en plus ou moins grande quantité des sels de calcium et de magnésium. Ces sels, lorsque l'eau à complètement disparue forment du tartre.

1 ° TH correspond à 10 g de calcaire par m³ d'eau

Si TH = 0 °F eau très douce, absence de sels de calcium ou de magnésium.
Si TH = 10 °F eau douce.
Si TH = 40 °F eau très dure.

En fonctionnement, une partie de l'eau s'évapore mais les sels restent. Le remplissage automatique amène de la nouvelle eau, ce qui augmente la concentration en sels. On peut arriver à un Titre Hydrométrique très important.

Pour éviter cela, il faut procéder à des opérations de déconcentration.

Opérations de déconcentration:

TH de l'eau du réseau Déconcentration
10 °F = 1 fois le débit d'eau évaporé
20 °F = 2 fois le débit d'eau évaporé
30 °F = 4 fois le débit d'eau évaporé

Sur une tour de refroidissement, pour 100 kW de puissance frigorifique, il s'évapore environ 200l d'eau par heure.
Donc, le TH de l'eau est 20 °F. On règle la déconcentration sur 2 x 200 = 400 l/h