4/10/2017 L’isobutane

4/10/2017 Formation froid L’isobutane R600a 18 - 02 - 01 A. Diouris

Un peu d’histoire ! Années 50 Années 60 4/10/2017 Un peu d’histoire ! Années 50 les réfrigérateurs furent un signe de modernité et devinrent un symbole d'aisance, comme la possession d'une radio ou d'une voiture leur demande grandit rapidement en 1953, un réfrigérateur de 60 l coûtait 70 % d'un salaire moyen durant ces années, la consommation d'énergie s'accroît de 60 % en Europe de l'Ouest Années 60 le boum économique de cette décennie entraîne la démocratisation du réfrigérateur qui devient un objet de consommation courante 18 - 02 - 01 A. Diouris

Un peu d’histoire ! Années 70 Années 80 première crise pétrolière 4/10/2017 Un peu d’histoire ! Années 70 première crise pétrolière la consommation d'énergie a augmenté de 250 % entre 1950 et 1970 les fabricants de réfrigérateurs tentent de réduire la consommation d'énergie de leurs appareils. C'est aussi le début des productions de masse (ou très grandes séries). en 1973, un réfrigérateur de 110 l coûte environ 25 % d'un salaire moyen Années 80 Prise de conscience des problèmes écologiques et tout particulièrement, le premier rapport scientifique démontrant le "trou dans la couche d'ozone" 18 - 02 - 01 A. Diouris

Un peu d’histoire ! Années 90 la décennie de l’écologie 4/10/2017 Un peu d’histoire ! Années 90 la décennie de l’écologie jamais auparavant les problèmes liés à l’environnement n’ont autant affecté l’industrie du « froid » un réfrigérateur de 120 l coûte 10 % du salaire moyen européen 18 - 02 - 01 A. Diouris

L ’environnement : un univers confus 4/10/2017 L ’environnement : un univers confus l’atmosphère ... … a mis 4 milliard d’années à se stabiliser dans sa forme actuelle 18 - 02 - 01 A. Diouris

L’environnement : un univers confus 4/10/2017 L’environnement : un univers confus depuis 50 ans l’homme modifie rapidement par son activité la composition de l’atmosphère 18 - 02 - 01 A. Diouris

L’environnement : un univers confus 4/10/2017 L’environnement : un univers confus la plupart des gaz rejetés par les rizières et les engrais chimiques ... … existent naturellement dans l’atmosphère ... … en quantité « homéopathique » 18 - 02 - 01 A. Diouris

L’environnement : un univers confus 4/10/2017 L’environnement : un univers confus le mélange atmosphérique est constitué pour l’essentiel : d’azote d’oxygène et de quelques gaz rares comme l’argon, le xénon et le krypton + de l’ozone et du gaz carbonique (quelques centaines de molécules pour un million environ) + des gaz très minoritaires (quelques milliardièmes du mélange total) Tous ces composés sont à base de chlore, d’azote, de brome ou d’hydrogène. 18 - 02 - 01 A. Diouris

L’environnement : un univers confus 4/10/2017 L’environnement : un univers confus tous ces gaz permettent de maintenir des précipitations un rayonnement solaire, et des températures stables, indispensables aux mécanismes de vie terrestre leur concentration dans l'atmosphère s'est mise à augmenter rapidement sous l'effet des activités humaines 0,4 % par an pour le gaz carbonique (CO2) 0,9 % pour le méthane 0,3 % pour le péroxyde d’azote 1,6 % pour l’ozone troposphérique 5 à 6 % pour les organo-halogénés 18 - 02 - 01 A. Diouris

4/10/2017 Le froid et les fluides 18 - 02 - 01 A. Diouris

4/10/2017 « O3 », l ’ozone l'ozone est une forme d'oxygène qui contient 3 atomes d'oxygène au lieu de 2 comme dans l'oxygène "ordinaire" que nous respirons la concentration d'ozone est à son maximum à une hauteur comprise entre 15 et 50 km d'altitude ; à cette hauteur, la couche d'ozone forme une barrière contre le rayonnement des ultraviolets B FORMATION DE L ’OZONE : O2 +  O + O O + O2  O3 CYCLE DE VIE DE L ’OZONE : O 3 +  O2 + O O 3 + O  O2 L ’OZONE TROPOSPHERIQUE : Cet ozone qui s'accumule à basse altitude et forme un brouillard jaunâtre au-dessus des agglomérations est un gaz très toxique (pour la faune et la flore) 18 - 02 - 01 A. Diouris

Pourquoi les CFC sont-ils dangereux ? L’ozone et le chlore 4/10/2017 Pourquoi les CFC sont-ils dangereux ? L’ozone et le chlore bien qu’ils soient plus lourds que l’air, les CFC sont entraînés vers la stratosphère par des vents ascendants même si le temps nécessaire à une molécule de CFC pour arriver dans la couche d’ozone est de 20 à 30 ans, ceux-ci sont très stables et arrivent « intacts » à ces hautes altitudes à cette altitude, libérés par les UV, les atomes de chlore des CFC se combinent avec un atome d’oxygène provenant de l’ozone pour produire une molécule d’oxyde de chlore et une molécule d’oxygène l’oxyde de chlore est très instable et très rapidement l’atome d’oxygène va se « lier » avec un autre atome pour former de l’oxygène l’atome de chlore va détruire une autre molécule d’ozone et ainsi de suite 18 - 02 - 01 A. Diouris

Pourquoi les CFC sont-ils dangereux ? L’ozone et le chlore 4/10/2017 Pourquoi les CFC sont-ils dangereux ? L’ozone et le chlore On considère qu’en moyenne un atome de chlore détruit 10 000 molécules d’ozone : CFCl 3 +  C Cl 2+ Cl Cl  + O3  ClO + O 2 ClO + O  Cl + O 2 l’atome de chlore détruit l’ozone sans être lui-même détruit les réfrigérants sont classés suivant leur capacité à détruire la couche d’ozone le R11 a été pris comme référence, et il lui a été donné le nombre 1 sur cette échelle le pouvoir de détruire la couche d’ozone est appelé O.D.P. (de l’anglais Ozone Depletion Potential) 18 - 02 - 01 A. Diouris

Pourquoi les CFC sont-ils dangereux ? L’ozone et le chlore 4/10/2017 Pourquoi les CFC sont-ils dangereux ? L’ozone et le chlore 18 - 02 - 01 A. Diouris

Conséquences de la diminution de la couche d’ozone 4/10/2017 Conséquences de la diminution de la couche d’ozone Augmentation du rayonnement ultraviolet B à la surface de la terre Changement de climat Impacts de la diminution de la couche d ’ozone Formation photochimique d ’ozone troposhérique Accumulation d ’ozone troposphérique et de particules acides aggravant la pollution de l ’air et les pluies acides Effets directs sur la santé humaine Détérioration des matériaux (peinture, plastique, caoutchouc) Atteintes à certains maillons de la chaîne alimentaire Affaiblissement du système immunitaire ( augmentation des maladies infectieuses, vaccination moins efficace) Diminution du plancton dans les océans et des prises de poissons Impact sur les récoltes et les forêts Augmentation de l ’incidence des cataractes et de la cécité Diminution du rendement de certaines récoltes et ralentissement de la croissance de différentes plantes Effets sur la santé humaine (maladies respiratoires et problèmes cardiaques) Augmentation de l ’incidence des cancers de la peau 18 - 02 - 01 A. Diouris

Effet de serre L’effet de serre est indispensable. 4/10/2017 Effet de serre L’effet de serre est indispensable. Les gaz à effet de serre sont principalement le gaz carbonique (CO2), le méthane (CH4), l’ozone (O3), les CFC, les HFC (le R134a), la vapeur d’eau….. Nous avons décidé de remplacer le R134a, utilisé dans les circuits frigorifiques, par un réfrigérant écologique : l’isobutane. Le gaz carbonique contribue pour 55 % à l’effet de serre ; il provient principalement de la production d’énergie. En Europe, la consommation d’énergie des réfrigérateurs et des congélateurs, représente 62 millions de tonnes d’émission de CO2 18 - 02 - 01 A. Diouris

Effet de serre Mais une augmentation de T° de 0,5°C entraînerait une 4/10/2017 Effet de serre Mais une augmentation de T° de 0,5°C entraînerait une élévation du niveau des océans de 20 cm. 18 - 02 - 01 A. Diouris

C F C Les CFC Les Fluoro Carbone Chloro C Cl F 4/10/2017 18 - 02 - 01 A. Diouris

Les CFC sont fabriqués à partir d’hydrocarbures tels que : ou 4/10/2017 Les CFC sont fabriqués à partir d’hydrocarbures tels que : H C le méthane CH4 C H l’éthane C2H6 ou 18 - 02 - 01 A. Diouris

4/10/2017 Les CFC dans lesquels les atomes d’hydrogène ont été remplacés par du fluor et/ou du chlore lorsque tous les atomes d’hydrogène ont été remplacés ... Cl F Cl F H C Dichlorofluorométhane CCl2F2 ou R12 -29,8°C Trichlorofluorométhane CCl3F ou R11 +23,7°C … le réfrigérant est dit « totalement halogéné » 18 - 02 - 01 A. Diouris

4/10/2017 Les HCFC un HCFC est un CFC qui contient encore des atomes d’hydrogène donc non totalement halogéné H C Monochlorodifluorométhane CHClF2 ou R22 -40,8°C Cl F 18 - 02 - 01 A. Diouris

Les HFC les HFC sont les produits qui ne contiennent pas de chlore 4/10/2017 Les HFC les HFC sont les produits qui ne contiennent pas de chlore C H F Tétrafluoroéthane CH2FCF3 ou R134a -26,5°C 18 - 02 - 01 A. Diouris

Les HC Un atome de carbone Méthane CH4 4/10/2017 Les HC les HC sont des hydrocarbures, c'est-à-dire des composés binaires de carbone et d'hydrogène (le pétrole et le gaz naturel sont des hydrocarbures) les HC ont été largement utilisés comme réfrigérants avant la découverte des CFC Un atome de carbone H C Méthane CH4 -170°C 18 - 02 - 01 A. Diouris

Les HC Deux atomes de carbone Ethane C2H6 -90°C H C 4/10/2017 18 - 02 - 01 A. Diouris

Les HC Trois atomes de carbone Propane C3H8 le plus utilisé 4/10/2017 Les HC Trois atomes de carbone H C Propane C3H8 -42°C le plus utilisé des HC par le passé 18 - 02 - 01 A. Diouris

Les HC Trois atomes de carbone Cyclopropane C3H6 -33°C C H 4/10/2017 18 - 02 - 01 A. Diouris

Les HC Quatre atomes de carbone Butane C4H10 -0,7°C H C 4/10/2017 18 - 02 - 01 A. Diouris

Les HC Quatre atomes de carbone Isobutane C4H10 -11,7°C C H 4/10/2017 18 - 02 - 01 A. Diouris

Les HC Quatre atomes de carbone Cyclobutane C4H8 +12°C C H 4/10/2017 18 - 02 - 01 A. Diouris

Les HC Cinq atomes de carbone Pentane C5H12 +36°C H C 4/10/2017 18 - 02 - 01 A. Diouris

Les HC Cinq atomes de carbone Cyclopentane C5H10 +49°C C H 4/10/2017 18 - 02 - 01 A. Diouris

Caractéristiques des substituts possibles aux C.F.C. 4/10/2017 Caractéristiques des substituts possibles aux C.F.C. 18 - 02 - 01 A. Diouris

Principales propriétés physiques du R600a, R134a et R12 4/10/2017 Principales propriétés physiques du R600a, R134a et R12 18 - 02 - 01 A. Diouris

Isobutane Nom : isobutane ou méthylpropane Couleur : sans 4/10/2017 Isobutane Nom : isobutane ou méthylpropane Couleur : sans Odeur : légèrement sucrée Formule chimique : C4H10 ou CH(CH3)3 Désignation (réfrigérant) : R600a Température d’ébullition : -11,7°C (à 1013 mbar) Potentiel de destruction d’ozone : 0 Effet de serre : 0 18 - 02 - 01 A. Diouris

Isobutane Point d’éclair : + 80°C Température d’inflammation : + 462°C 4/10/2017 Isobutane Point d’éclair : + 80°C Température d’inflammation : + 462°C 18 - 02 - 01 A. Diouris

Limites d ’explosion - Mélange de 1,8 à 8,5 % 4/10/2017 Isobutane Limites d ’explosion - Mélange de 1,8 à 8,5 % 18 - 02 - 01 A. Diouris

4/10/2017 Compresseur De nouveaux compresseurs ont été développés pour le R600a en raison de : sa pression de vapeur peu élevée sa pression d’évaporation très basse sa densité inférieure tant en phase liquide que gazeuse son rendement frigorifique plus faible A puissance égale (absorbée et restituée), la cylindrée de ces compresseurs est nettement plus importante 18 - 02 - 01 A. Diouris

Compresseur tous ces compresseurs sont à aspiration semi-directe 4/10/2017 Compresseur tous ces compresseurs sont à aspiration semi-directe il est donc indispensable de respecter le sens de raccordement des tubes de service et d'aspiration Compression Aspiration Aspiration pour des raisons de sécurité, leur démarrage est assuré par thermistances et le protecteur thermique est du type antidéflagrant 18 - 02 - 01 A. Diouris

4/10/2017 Compresseur La lubrification est assurée par de l’huile minérale dont la miscibilité avec le R600a est parfaite, notamment à basse température. A 16°C environ 72 % du R600a est dissout dans l'huile, à 32°C environ 50 % est dissout. Il en résulte, suivant la température de l’huile et le temps d’arrêt, un délais important entre la mise en marche du compresseur et le commencement de l’ébullition du fluide. En plus de ce phénomène, il peut se produire un blocage du compresseur lorsqu’il est froid du fait du manque de viscosité de l’huile. 18 - 02 - 01 A. Diouris

Compresseur Conditions : température d’évaporation - 23,3°C 4/10/2017 Compresseur Conditions : température d’évaporation - 23,3°C température de condensation + 55°C Légende : H = Hydrocarbure M = Mel V = Verdichter P = Unidad Hermetica D = Unidad Hermetica (petite puissance) 18 - 02 - 01 A. Diouris

4/10/2017 Condenseur Le coefficient global d'échange thermique reste pratiquement le même que celui du circuit chargé au R12 ou R134a Les condenseurs sont donc pratiquement identiques La pression de condensation est beaucoup plus basse (environ la moitié par rapport au R134a) Exemples de pressions relatives manométriques en bar 18 - 02 - 01 A. Diouris

4/10/2017 Évaporateur Le coefficient global d'échange thermique reste pratiquement le même que celui du circuit chargé au R12 ou R134a Toutefois, du fait de la cylindrée du compresseur, la vitesse de circulation du R600a est très élevée (en moyenne 38 cm / seconde), les évaporateurs ont été modifiés pour la réduire (capillaire) La pression d'évaporation est beaucoup plus basse 18 - 02 - 01 A. Diouris

4/10/2017 Filtre déshydrateur La structure moléculaire du R600a permet d'utiliser des tamis moléculaires ayant une porosité de 3 Ä Les tamis de type XH7 sont donc parfaitement adéquats pour être utilisés dans les circuits avec hydrocarbures En S.A.V., nous utilisons un filtre à 3 voies de 15 g de tamis moléculaires de type XH9. Ces tamis sont compatibles avec n'importe quel réfrigérant : hydrocarbures, R12, R134a, blend... 18 - 02 - 01 A. Diouris

4/10/2017 Thermostats Pour que nos appareils soient complètement écologiques (sans CFC), les thermostats sont également chargés à l'aide de gaz appartenant à la famille des hydrocarbures Les thermostats sont chargés à l'aide de gaz différents suivant leur température de fonctionnement Toutefois, le gaz le plus utilisé est le R290 (C3H8 - Propane) 18 - 02 - 01 A. Diouris

Règles de sécurité en S.A.V. 4/10/2017 Règles de sécurité en S.A.V. La nature même des hydrocarbures implique, lors des interventions, le respect de certaines règles de sécurité, et ceci pour éviter les risques d’incendie ou d’explosion Limites d’inflammabilité Point d’éclair : 80°C Température d’allumage : 462°C En dehors de ces conditions, les risques d’explosion ou d’inflammabilité sont exclus 18 - 02 - 01 A. Diouris

Règles de sécurité en S.A.V. 4/10/2017 Règles de sécurité en S.A.V. Même si les quantités de réfrigérant sont limitées, (environ 1/3 de la charge des appareils chargés avec du R134a) il ne faut jamais oublier que dans ces concentrations air/gaz, le risque existe Avant d’intervenir sur un circuit, il est impératif de respecter les règles de sécurité édictées dans le protocole d’intervention S.A.V.! 18 - 02 - 01 A. Diouris

4/10/2017 La normalisation Les appareil qui utilisent des fluides frigorigènes inflammables sont soumis aux règles de sécurités définies par la norme EN 60335-2-24/A53 Evaporateur intégré Dispositifs électriques classiques composés de : un interrupteur de lampe une lampe un thermostat R600 non autorisé R600 autorisé Evaporateur apparent Dispositifs électriques placés à l ’extérieur ou anti-déflagrants composés de : commandes électriques à l’extérieur une lampe antidéflagrante un thermostat Evaporateur apparent Dispositifs électriques classiques composés : un interrupteur de lampe une lampe un thermostat seuls les appareils répondant aux exigences de cette norme peuvent être chargés avec un fluide frigorigène inflammable 18 - 02 - 01 A. Diouris

4/10/2017 La normalisation Les appareil qui utilisent des fluides frigorigènes inflammables sont soumis aux règles de sécurités définies par la norme EN 60335-2-24/A53 R600 non autorisé R600 autorisé Evaporateur apparent Dispositifs électriques placés à l ’extérieur ou anti-déflagrants composés de : commandes électriques à l’extérieur une lampe antidéflagrante un thermostat seuls les appareils répondant aux exigences de cette norme peuvent être chargés avec un fluide frigorigène inflammable 18 - 02 - 01 A. Diouris

4/10/2017 Recherche des fuites Les détecteurs de fuites développés pour les fluides classiques (CFC, HCFC, HFC) réagissaient au fluor ou au chlore L'absence de ces molécules dans les hydrocarbures nécessite des détecteurs de fuites particuliers Les faibles pressions ainsi que le faible volume de réfrigérant dans les circuits font que les recherches de fuites sont plus délicates qu'auparavant pour deux raisons : Les fuites du côté haute pression sont comparables aux fuites sur des circuits avec CFC ou HFC. La pression du côté haute pression diminue ; le circuit se vide rapidement Les fuites du côté basse pression entraînent une entrée d'air dans le système. De ce fait, la pression augmente autant du côté haute pression, que du côté basse pression 18 - 02 - 01 A. Diouris

4/10/2017 Recherche des fuites Le réfrigérant se mélange avec de l'air ; la pression de vapeur du réfrigérant diminue ; sa température d'ébullition descend Ceci se traduit par : une température d’injection très basse une température parfois élevée en fin d’évaporateur une pression très élevée côté condenseur une température très élevée côté condenseur La recherche de fuite se fait après avoir rechargé le circuit : compresseur en marche pour une recherche côté haute pression pression stabilisée côté basse pression Pour faciliter la recherche, il est possible d'augmenter la pression interne à l'aide d’azote Dans ce cas, il ne faut en aucun cas mettre le compresseur en marche avant d'avoir complètement vidé le circuit (voir chapitre "recharge") 18 - 02 - 01 A. Diouris

Recharge d’un circuit Effectuer le vide du circuit 4/10/2017 Recharge d’un circuit Effectuer le vide du circuit Recharger le circuit à l’aide du R600a en phase liquide par la basse pression Il existe plusieurs méthodes de charge : cartouche avec charge préétablie cylindre de charge spécifique à l'isobutane balance de précision (tolérance +/- 1 gramme) Introduire une petite quantité de réfrigérant Mettre le compresseur en marche afin d'accélérer le processus de charge La charge est indiquée sur la plaque signalétique Si le compresseur : n’a pas été changé  mettre un gramme de moins dans le circuit a été changé  mettre la charge complète dans le circuit Tous les raccords doivent être effectués à l'aide de raccords LOKRING 18 - 02 - 01 A. Diouris

4/10/2017 Vidange d’un circuit Pour des raisons de sécurité, il est indispensable de se raccorder systématiquement sur le circuit à l'aide d'outil auto-perforant (pince ou autre) Le raccordement se fait sur le tube de service Les caractéristiques du R600a font que les pressions de stabilisation sont très basses. Ces pressions sont en fonction de la température ambiante et de la température de l'huile. A 16°C environ 72 % du R600a est dissout dans l'huile, à 32°C environ 50 % est dissout 18 - 02 - 01 A. Diouris

La pression est comprise entre 0 et 3 bar 4/10/2017 Vidange du circuit Appareil chargé et compresseur à l’arrêt La pression est comprise entre 0 et 3 bar Dans le cas où la pression relevée au manomètre est inférieure à 0 bar, l'appareil est probablement bouché. Dans ce cas, il est indispensable de se raccorder également au circuit par la haute pression (déshydrateur) Évacuer l'isobutane hors de la pièce à l'aide d'un tuyau raccordé à la pompe 18 - 02 - 01 A. Diouris

4/10/2017 Mise sous vide Les appareils utilisant le R600a comme fluide frigorigène ne nécessitent pas de rinçage du circuit avant la mise sous vide La continuité du circuit doit être vérifiée à l'aide d'azote sous pression L'évacuation du mélange gazeux doit être faite à l'extérieur de la pièce et à l'air libre 18 - 02 - 01 A. Diouris

Température d’ébullition de l’eau à une pression inférieure à 100 mmHg 4/10/2017 Température d’ébullition de l’eau à une pression inférieure à 100 mmHg 133 120 106 93 80 66 53 40 26 20 6,6 mbar mm/Hg Torr 18 - 02 - 01 A. Diouris

Mise sous vide Pompe à vide Compresseur 4/10/2017 on off 10 min 10 min 18 - 02 - 01 A. Diouris

Mise sous vide Pompe à vide Compresseur 4/10/2017 on off 10 min 10 min 18 - 02 - 01 A. Diouris

Mise sous vide : cas d’une fuite ou d’un bouchon 4/10/2017 Mise sous vide : cas d’une fuite ou d’un bouchon Après avoir réparé le circuit, monter un nouveau déshydrateur Raccorder le circuit à la pompe à vide Puis effectuer les opérations suivantes : Compresseur en marche 15 à 20 secondes (pompe à vide arrêtée) Pompe à vide en marche 5 minutes (compresseur arrêté) Compresseur en marche 1 minute (pompe à vide arrêtée) Pompe à vide en marche 10 minutes (compresseur arrêté) Ce principe permet d’évacuer le R600a dissout dans l’huile Plus la charge est petite, plus il est important de respecter ce principe Il est extrêmement important d’effectuer un vide poussé Dans le doute, il est recommandé d’effectuer un « cycle » de mise à vide supplémentaire 18 - 02 - 01 A. Diouris

Mise sous vide : échange d’un compresseur 4/10/2017 Mise sous vide : échange d’un compresseur Après avoir vidangé le circuit, couper les tuyaux de raccordement du compresseur à l’aide d’un coupe tube Remonter un nouveau compresseur Effectuer un vide poussé Obturer le compresseur défectueux avec des raccords unibague 18 - 02 - 01 A. Diouris

Interprétation des pressions 4/10/2017 Interprétation des pressions Outre son inflammabilité, un circuit au R600a se distingue d’un autre par : sa faible charge la miscibilité du réfrigérant dans l’huile sa faible pression d’équilibrage sa faible pression de condensation sa très faible (négative) pression d’évaporation En tenant compte de ces différents paramètres, il est possible d’interpréter « l’état » du circuit à l’aide d’un manomètre 18 - 02 - 01 A. Diouris

Interprétation des pressions 4/10/2017 Interprétation des pressions Compresseur à l’arrêt : La pression côté aspiration est comprise entre 0 et 3 bar (suivant la température ambiante) Diagnostic : Le circuit contient du R600a 18 - 02 - 01 A. Diouris

Interprétation des pressions 4/10/2017 Interprétation des pressions Le Compresseur tourne : La pression côté aspiration est comprise entre –0,1 et –0,6 bar (suivant la température ambiante) … … ou 900 à 400 mbar au Torrmètre Diagnostic : L’appareil fonctionne correctement La pression d’ébullition de l’isobutane à la pression ambiante est de –11,61°C 18 - 02 - 01 A. Diouris

Interprétation des pressions 4/10/2017 Interprétation des pressions Le Compresseur tourne : La pression côté aspiration est comprise entre 0 et 3 bar (suivant la température ambiante) Diagnostic : Le compresseur est défaillant 18 - 02 - 01 A. Diouris