REFREGERATION  Définition  La réfrigération est une façon d'abaisser la température d'un local, qu'il s'agisse d'un frigo ménager, d'un congélateur industriel, de la climatisation d'une maison, d'un immeuble ou d'une voiture, le système reste quasiment le même. Seules les températures et les pressions de fonctionnement sont différentes aussi bien dans les locaux que dans le circuit frigorifiqueréfrigération

REFREGERATION  La solution industriellement reconnue consiste à utiliser les systèmes à compression. En effet le passage de l'état liquide à gazeux consomme des calories (ou produit des frigories) et les fluides frigorifiques ont des propriétés thermodynamiques qui nous permettent de créer un cycle de condensation / détente (Cycle de Carnot). En pratique, on observera deux techniques différentes d'échange de calorie :calories thermodynamiquesCycle de Carnot

REFREGERATION  Par conduction : Procédé retenu dans les systèmes à détente indirecte comme les pompes à chaleur par exemple.conduction pompes à chaleur  Par convection : Procédé retenu dans les systèmes ventilés comme les climatisations, mais aussi statique comme sur les condenseurs de réfrigérateur ménager (il s'agit de la grille noire qui se trouve derrière le réfrigérateur)convection climatisationsréfrigérateur

Le circuit frigorifique de base

 Tout système frigorifique à compression comprend au moins 6 éléments :  Compresseur (1),  Condenseur (2),  Détendeur (3),  Évaporateur (4),  Réfrigérant ou fluide frigorigène, Réfrigérantfluide frigorigène  Et enfin… l’huile du compresseur.

Le circuit frigorifique de base  Ces 6 éléments sont le strict minimum pour assurer le fonctionnement du système frigorifique. Aussi un circuit frigorifique doit être parfaitement anhydre. En effet le fluor contenu dans les principaux réfrigérants actuels risquerait de se dissoudre dans l’eau et ainsi de former de l’acide. L’eau est donc l’ennemi n°1 du circuit frigorifique.

Le circuit frigorifique de base  Comme dessiné sur ce schéma, le compresseur met en circulation le réfrigérant. Il sort de l’orifice HP du compresseur à l’état gazeux et très chaud. Il traverse alors le côté HP en commençant par le condenseur. compresseur  Lors de son passage dans le condenseur, le réfrigérant perd beaucoup de calories et se condense. On observe donc un changement d’état. La tuyauterie située entre le condenseur et le détendeur s’appelle à juste titre : ligne liquide.changement d’état

Le circuit frigorifique de base  Le détendeur est donc alimenté en réfrigérant à l’état liquide. Celui-ci crée une restriction c'est-à-dire une chute de pression du réfrigérant pour alimenter le coté BP. À la sortie du détendeur, on observe une chute de pression importante ainsi qu’une chute de température du réfrigérant. Le réfrigérant est alors en mélange c'est-à-dire 15% en gaz et 85% en liquide. (Ces valeurs de pourcentage sont données à titre d’exemple et à prendre avec précaution. L’important est de retenir qu’ici nous sommes en mélange.)

Le circuit frigorifique de base  système frigorifique  Tout système frigorifique sert à véhiculer des calories d’une zone à une autre. En effet, les calories absorbées par l’évaporateur sont ensuite évacuées par le condenseur. On a donc un transfert de calories (ou d’énergie) qui s’effectue de l’évaporateur vers le condenseur. On peut ainsi modéliser un système frigorifique ainsi :

Le circuit frigorifique de base

 Tout système frigorifique peut donc se définir comme : Pompe à chaleurPompe à chaleur  Cette modélisation n’est qu’une modélisation partielle du fonctionnement frigorifique. En effet, dans un système frigorifique il y a deux sources de calories :  Les calories absorbées à l’évaporateur  Les calories générées par le compresseur.

Le circuit frigorifique de base

 Par conséquent un système frigorifique est toujours plus puissant côté condenseur que côté évaporateur.  Exemple : Plaque signalétique d’une climatisation réversible.  P froid = 3000 W  P chaud = 3200 W

Le circuit frigorifique de base  Chaleur massique et chaleur latente  La chaleur massique est la quantité de chaleur à absorber ou à fournir pour provoquer une chute ou une élévation de température.chaleur massique  La chaleur latente est la quantité de chaleur à absorber ou à fournir pour provoquer un changement d’état.chaleur latente

Le circuit frigorifique de base  Lors d’un cycle de fonctionnement d’un système frigorifique, on observe une expérience similaire au niveau des deux échangeurs que sont le condenseur et l’évaporateur :  un changement d’état du réfrigérant au niveau du condenseur gaz → liquide (Restitution importante de calories) + une diminution relative de la température du réfrigérant (Restitution moindre de calories).  un changement d’état du réfrigérant au niveau de l’évaporateur : liquide → gaz (Absorption importante de calories) + une élévation relative de la température du réfrigérant (Absorption moindre de calories).

Le circuit frigorifique de base  Le compresseur frigorifiquecompresseur  Le compresseur a pour rôle de créer une Haute Pression d'un côté et une Basse Pression de l'autre et par conséquent, d'assurer la circulation du fluide dans le circuit frigorifique.  Le compresseur aspire et refoule toujours du réfrigérant en phase vapeur.

Le circuit frigorifique de base  Le condenseurcondenseur  Il existe plusieurs types de condenseur. Tout d'abord rappelons l'utilité d'un condenseur dans un système frigorifique.

Différentes notions sur les différences de température en certain point du circuit

 A – B : Désurchauffe  C : Température de condensation  C – D : Sous refroidissement  E : Température d’évaporation  E – F : Surchauffe à l’évaporateur  E – G : Surchauffe à l’aspiration  A – G : Surchauffe à la compression

GENERALITES La machine frigorifique à compression de vapeur est composée de 4 organes principaux qui sont :  le compresseur  le condenseur  le détendeur  l’évaporateur

GENERALITES Le fluide frigorigène décrit un cycle fermé en quatre phases à travers le circuit constitué des organes principaux : la compression du fluide gazeux la condensation du fluide gazeux la détente du fluide liquide la vaporisation du fluide liquide (production du froid

GENERALITES  Schéma de base d’une machine frigorifique.

COMPRESSEUR  Le compresseur aspire le fluide frigorigène gazeux (à bas niveau de température et de pression) issu de l’évaporateur, le comprime à un niveau plus haut de température et de pression puis le refoule vers le condenseur.

Le condenseur  Le condenseur est un échangeur de chaleur qui va permettre l’évacuation de la chaleur contenue dans le fluide frigorigène gazeux issu du compresseur en le liquéfiant. Cette condensation (liquéfaction) est obtenue par le refroidissement du fluide frigorigène gazeux à pression constante par un médium qui peut être de l’eau ou de l’air

Condenseur à air.

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

Le condenseur  la désurchauffe des vapeurs de fluide frigorigène (évacuation par chaleur sensible – tronçon AB)  la condensation des vapeurs (évacuation par chaleur latente – étape principale – tronçon BC)  le sous refroidissement du fluide frigorigène liquide (évacuation par chaleur sensible – tronçon CD)

Condenseur à air.  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 :

Condenseur à air.

 Sous refroidissement = température de condensation - température de sortie de condenseur = θ [BC] - θ D = = 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.

Le détendeur  Le détendeur permet de réduire la pression du fluide frigorigène liquide (création de pertes de charge) issu du condenseur avant son introduction dans l’évaporateur dans le but de permettre sa vaporisation à basse température dans l’évaporateur.  Il régule aussi la quantité de fluide frigorigène liquide arrivant à l'évaporateur en fonction des besoins de "froid" (uniquement pour les détendeurs thermostatiques).

Le détendeur

L’évaporateur  L’évaporateur est un échangeur de chaleur dans lequel le fluide frigorigène liquide à bas niveau de température et de pression va absorber la chaleur du milieu à refroidir (air ou eau) à pression constante devenant ainsi gazeux.  Cette absorption de chaleur s’effectue en deux étapes  l’évaporation du fluide frigorigène liquide (aspiration de chaleur latente – étape principale – tronçon AB)  la surchauffe des vapeurs issues de l’évaporation du fluide frigorigène liquide (aspiration de chaleur sensible – tronçon BC)

L’évaporateur

Association Moteur Compresseur  Association Moteur Compresseur  Lorsqu’on parle de compresseur, on sous entend moto compresseur, le compresseur étant la partie mécanique entraînée par un moteur électrique.  Suivant le type de liaison ou d’association entre les deux parties, on distingue :  les compresseurs hermétiques  les compresseurs ouverts  les compresseurs semi hermétiques ou semi ouverts

Association Moteur Compresseur  Les compresseurs hermétiques  Le moteur électrique et le compresseur sont enfermés dans la même enveloppe sans possibilité d’accès « en principe » à chacune des parties de manière isolée, l’ensemble est supporté généralement par ressorts pour éviter la transmission des vibrations.  Le compresseur aspire les vapeurs de fluide frigorigène à l’intérieur de l’enveloppe et le refoulement est effectué au travers d’une tuyauterie souple brasée à l’enveloppe.

Association Moteur Compresseur  Le moteur électrique est alimenté par des fils reliés à des bornes étanches.  L’étanchéité de ces compresseurs est assurée par des joints fixes (passage des fils et des tuyauteries).  Ce type de compresseur est utilisée pour les petites puissances (réfrigérateurs, climatiseurs…) et les moyennes puissances (refroidisseurs de liquides, armoires de climatisation…).

Schéma de principe d'une installation frigorifique :