Ce chapitre couvre l'ensemble des connaissances requises pour l'examen Sceau rouge concernant les compresseurs — le cœur de tout système frigorifique — ainsi que leurs organes moteurs (moteurs électriques, accouplements, transmissions). Vous y trouverez les principes de fonctionnement, les procédures d'installation et d'entretien, les calculs de rendement et de puissance, ainsi que les exigences réglementaires applicables au Canada. Chaque section est structurée pour correspondre directement aux objectifs du plan de formation national (NFPA) du métier.
Classification des compresseurs
Compresseurs ouverts, semi-hermétiques et hermétiques
Moteur remplaçable sans ouvrir le circuit, facile à entretenir
Risque de fuite au joint, encombrement
**Semi-hermétique**
Intégré au carter, accessible
Aucun (pas de joint d'arbre)
Commercial, froid industriel moyen
Pas de fuite d'arbre, réparable sur place
Moteur refroidi par le réfrigérant, risque de surchauffe
**Hermétique**
Intégré, soudé
Aucun
Résidentiel, commercial léger
Aucune fuite, compact, économique
Non réparable, remplacement complet requis
Point d'examen : Le joint d'arbre d'un compresseur ouvert doit être remplacé si une fuite de réfrigérant est détectée à cet endroit. La procédure exige de récupérer le réfrigérant, de déposer l'accouplement, puis de remplacer le joint en respectant le couple de serrage spécifié par le fabricant.
Compresseurs alternatifs (à piston)
Le compresseur alternatif fonctionne sur le principe du déplacement positif. Le piston se déplace dans le cylindre selon un mouvement de va-et-vient, créant une variation de volume qui aspire, comprime et refoule le réfrigérant.
Cycle théorique à quatre temps :
14.Admission — le piston descend, la soupape d'aspiration s'ouvre, le réfrigérant entre dans le cylindre.
15.Compression — le piston remonte, les deux soupapes sont fermées, la pression augmente.
16.Refoulement — la soupape de refoulement s'ouvre, le gaz comprimé sort du cylindre.
17.Détente — le gaz résiduel dans l'espace mort se détend avant le cycle suivant.
Volume balayé vs volume déplacé : Le volume balayé (Vₛ) est le volume théorique déplacé par le piston sur toute sa course. Le rendement volumétrique (ηᵥ) est le rapport entre le volume de gaz effectivement aspiré et le volume balayé. Il est toujours inférieur à 1 en raison de l'espace mort, des pertes de charge aux soupapes et du réchauffement du gaz.
Les compresseurs rotatifs utilisent un mouvement de rotation plutôt qu'alternatif. Les principaux types sont :
À palettes : un rotor excentré tourne dans un stator cylindrique. Des palettes coulissent dans des rainures et divisent l'espace en chambres de volume variable. Utilisés dans les petits systèmes résidentiels.
À spirale (scroll) : deux spirales imbriquées, l'une fixe, l'autre orbitante, créent des poches de gaz qui se déplacent vers le centre en se comprimant. Très utilisés en conditionnement d'air et pompes à chaleur.
À vis (screw) : deux rotors hélicoïdaux (mâle et femelle) engrènent et compriment le gaz. Utilisés dans les systèmes industriels de moyenne et grande puissance.
Avantages des compresseurs à vis : fonctionnement sans vibrations, débit élevé, rendement volumétrique supérieur, maintenance réduite (pas de soupapes).
Compresseurs centrifuges
Le compresseur centrifuge est un compresseur dynamique (non volumétrique). Le gaz est accéléré par la rotation d'une roue (impulseur) puis ralenti dans un diffuseur où l'énergie cinétique est convertie en pression.
Caractéristiques :
Débits très élevés (à partir de 500 TR et plus)
Pression de refoulement modérée
Courbe de performance avec risque de pompage (surge) à faible débit
Utilisés dans les grands systèmes de climatisation centraux (refroidisseurs d'eau)
Point d'examen : Le pompage (surge) se produit lorsque le débit chute sous le point minimal de la courbe de performance. Le compresseur alterne alors entre refoulement et aspiration, causant des vibrations sévères et des dommages potentiels. Les systèmes modernes sont équipés de contrôleurs anti-pompage qui ouvrent une vanne de dérivation (hot gas bypass) pour maintenir un débit minimal.
Organes moteurs et transmissions
Moteurs électriques
Les moteurs utilisés dans les systèmes frigorifiques sont principalement des moteurs à induction triphasés (industriel et commercial) ou monophasés (résidentiel et petit commercial).
Caractéristiques nominales :
Tension : 208 V, 230 V, 460 V, 575 V (Canada)
Fréquence : 60 Hz
Facteur de service (FS) : 1,15 pour la plupart des moteurs frigorifiques
Classe d'isolation : F (155 °C) ou H (180 °C)
Indice de protection IP : IP54 ou IP55 pour les environnements humides
Calcul du courant nominal :
I = (P × 1000) ÷ (√3 × U × cos φ × η)
Où :
I = courant (A)
P = puissance (kW)
U = tension entre phases (V)
cos φ = facteur de puissance (typiquement 0,80 à 0,90)
η = rendement du moteur (typiquement 0,85 à 0,95)
Exemple : Moteur triphasé de 15 kW, 460 V, cos φ = 0,85, η = 0,90.
La protection contre les surcharges est obligatoire selon le Code canadien de l'électricité, Chapitre V (C22.1). Les règles pertinentes incluent :
Règle 28-302 : protection contre les surcharges des moteurs — le dispositif doit être réglé à 125 % du courant nominal pour les moteurs avec facteur de service de 1,15 ou plus, et à 115 % pour les autres.
Règle 28-308 : protection contre les courts-circuits et les défauts à la terre — le fusible ou le disjoncteur doit être dimensionné selon le tableau 29 du Code.
Règle 28-310 : le sectionnement doit être visible et accessible.
Point d'examen : Pour un moteur de compresseur hermétique, le courant nominal utilisé pour le dimensionnement de la protection est le courant nominal de l'équipement (inscrit sur la plaque), et non le courant du moteur seul. La règle 28-312 précise les ajustements pour les compresseurs hermétiques.
Accouplements et transmissions
Type de transmission
Application
Avantages
Inconvénients
**Accouplement direct**
Compresseurs ouverts, gros systèmes
Aucune perte de transmission, alignement précis requis
Alignement critique, transmission des vibrations
**Courroies trapézoïdales**
Compresseurs ouverts moyens
Tolérance à l'alignement, variation de vitesse par poulies
Perte de puissance (2 à 5 %), usure des courroies
**Engrenages**
Compresseurs centrifuges, vis
Rapport fixe précis, grande puissance
Lubrification requise, bruit
Alignement d'accouplement : La procédure d'alignement utilise des comparateurs à cadran. Les tolérances typiques sont :
Désalignement parallèle : ≤ 0,05 mm
Désalignement angulaire : ≤ 0,05 mm par 100 mm de diamètre
Tension des courroies : La flèche (déflexion) au centre de la portée doit être d'environ 1/64 de pouce par pouce de longueur de portée (soit environ 1,5 mm par 100 mm). Une courroie trop tendue endommage les roulements ; trop lâche, elle glisse et surchauffe.
Calculs de performance et rendements
Rendement volumétrique
Le rendement volumétrique global (ηᵥ) d'un compresseur alternatif se calcule :
ηᵥ = 1 − C × [(P₂/P₁)^(1/n) − 1]
Où :
C = taux d'espace mort (rapport volume mort / volume balayé, typiquement 0,02 à 0,05)
P₁ = pression d'aspiration absolue (kPa)
P₂ = pression de refoulement absolue (kPa)
n = exposant polytropique (typiquement 1,1 à 1,3 pour les réfrigérants)
Exemple : Compresseur avec C = 0,04, P₁ = 300 kPa, P₂ = 1200 kPa, n = 1,2.
Le rapport de compression est le rapport entre la pression absolue de refoulement et la pression absolue d'aspiration.
R = P₂ ÷ P₁
Valeurs typiques :
Conditionnement d'air : 2,5 à 3,5
Réfrigération commerciale : 4 à 8
Congélation : 8 à 12
Au-delà de 12 : compression en deux étages requise
Point d'examen : Un rapport de compression trop élevé provoque une température de refoulement excessive, une dégradation de l'huile et une baisse du rendement volumétrique. La solution est la compression en deux étages avec refroidissement intermédiaire (injection de liquide ou échangeur).
Puissance et efficacité
Puissance indiquée (Pi) : puissance développée à l'intérieur du cylindre.
Pi = (Pm × Vs × N) ÷ 60
Où :
Pm = pression moyenne indiquée (kPa)
Vs = volume balayé (m³)
N = vitesse de rotation (tr/min)
Puissance à l'arbre (Pa) : puissance fournie au compresseur par le moteur.
Code canadien de l'électricité, Chapitre V (C22.1)
Les installations électriques des systèmes frigorifiques doivent respecter les règles suivantes :
Règle 26-256 : câblage des appareils de réfrigération — les conducteurs doivent être dimensionnés à 125 % du courant nominal de l'équipement.
Règle 28-602 : commande des moteurs de compresseurs — le démarreur doit être dimensionné selon le courant nominal de l'équipement.
Règle 28-604 : protection contre les surcharges pour compresseurs hermétiques — réglage maximal de 140 % du courant nominal de l'équipement.
Règle 26-258 : les appareils doivent être raccordés par un câble ou un conduit conforme.
CSA B52 — Code mécanique de la réfrigération
Cette norme canadienne régit la conception, l'installation et l'entretien des systèmes frigorifiques. Points clés :
Classification des systèmes selon le réfrigérant (groupe A1, A2, A3, B1, B2, B3) et la charge (faible, moyenne, élevée).
Sections 6 et 7 : exigences pour les salles des machines et les locaux techniques.
Section 9 : tuyauterie et raccordements — les tuyaux en cuivre doivent être conformes à la norme applicable et supportés à intervalles réguliers.
Section 11 : essais de pression — les systèmes doivent être soumis à un essai de pression de 1,1 fois la pression de service maximale (PSM) pour les côtés haute et basse pression.
CSA B149.1 — Code canadien du gaz naturel et du propane
Applicable lorsque les systèmes de réfrigération utilisent des brûleurs au gaz (absorptions) ou lorsque des appareils à gaz sont installés dans le même local. Les règles pertinentes incluent :
Règle 5.8 : ventilation des locaux contenant des appareils à gaz.
Règle 6.3 : évacuation des produits de combustion — les conduits doivent être dimensionnés selon le tableau 6.3.
Règlement sur les substances appauvrissant la couche d'ozone (RSACO)
Bien que ce soit un règlement fédéral (Environnement et Changement climatique Canada) et non un code, il est essentiel pour l'examen :
Interdiction d'émission intentionnelle de réfrigérants (CFC, HCFC, HFC).
Obligation de récupération avant toute intervention sur le circuit.
Tenue de registres pour les quantités de réfrigérant achetées et récupérées.
Certification obligatoire des techniciens (catégorie I à IV selon la charge et le type de système).
Procédures d'entretien et de dépannage
Mise en service d'un compresseur
137.Vérifications préalables : alignement, tension des courroies, sens de rotation (pour triphasé), niveau d'huile, pression de carter.
138.Préchauffage du carter : le réchauffeur de carter doit être alimenté au moins 12 heures avant le démarrage pour éviter le coup de liquide (migration de réfrigérant dans l'huile).
139.Démarrage : vérifier le courant de démarrage, la pression d'huile (différentiel de 100 à 300 kPa selon le fabricant), les températures de refoulement.
140.Réglages : pressostats haute et basse pression, contrôleur de débit d'huile, pressostat différentiel d'huile.
Diagnostic des pannes courantes
Symptôme
Cause probable
Vérification
Compresseur ne démarre pas
Pressostat HP ouvert, surcharge déclenchée, contacteur défectueux
Tester la continuité, vérifier les pressions, mesurer la tension
Court-cycle (démarrages fréquents)
Pressostat BP mal réglé, détendeur trop petit, charge insuffisante
Vérifier la pression d'aspiration, le sous-refroidissement
Bruit anormal
Coup de liquide, roulements usés, soupapes cassées
Écouter au stéthoscope, vérifier la température du carter
Mesurer le courant, vérifier la différence de température au condenseur
Pression d'huile insuffisante
Filtre à huile obstrué, niveau bas, pompe usée
Vérifier le différentiel d'huile, remplacer le filtre
Remplacement d'un compresseur
144.Récupération du réfrigérant conformément au RSACO.
145.Dépose : débrancher l'alimentation électrique, déposer les connexions de tuyauterie, retirer les supports.
146.Préparation du nouveau compresseur : vérifier la plaque signalétique, installer le réchauffeur de carter, purger l'azote de conservation.
147.Installation : braser avec un flux d'azote (débit de 5 à 10 L/min) pour éviter l'oxydation interne.
148.Essai d'étanchéité : pressuriser à l'azote à la PSM, vérifier avec un détecteur de fuites électronique ou de la solution savonneuse.
149.Tirage au vide : jusqu'à 500 microns (0,5 Torr) ou moins, maintenir pendant 30 minutes.
150.Mise en charge : introduire le réfrigérant en phase liquide côté liquide, compléter en phase vapeur côté aspiration.
151.Mise en service : suivre la procédure de démarrage décrite ci-dessus.
Pièges à éviter
154.Confondre pression absolue et pression manométrique dans les calculs de rapport de compression. Toujours utiliser les pressions absolues (manométrique + 101,3 kPa).
155.Oublier le facteur de service (FS) lors du dimensionnement de la protection. Un moteur avec FS de 1,15 peut fonctionner à 115 % de sa puissance nominale, mais la protection doit être réglée en conséquence.
156.Négliger la règle du 125 % pour le dimensionnement des conducteurs. Le courant nominal de l'équipement doit être multiplié par 1,25 pour déterminer la capacité minimale des conducteurs.
157.Utiliser la température au lieu de la pression pour vérifier la charge d'un système. La charge se vérifie par le sous-refroidissement (condenseur) et la surchauffe (évaporateur), pas par la pression seule.
158.Ignorer le réchauffeur de carter lors d'un arrêt prolongé. Sans préchauffage, le réfrigérant migre dans l'huile et provoque un coup de liquide au démarrage.
159.Confondre les types de compresseurs dans les questions sur les applications. Les compresseurs centrifuges ne sont pas utilisés pour les petits systèmes ; les compresseurs hermétiques ne sont pas réparables sur place.
160.Oublier les conversions d'unités : 1 TR = 3,517 kW = 12 000 Btu/h. Les questions de l'examen mélangent souvent les unités.
161.Ne pas connaître les limites du rapport de compression : au-delà de 12, la compression en deux étages est obligatoire pour éviter les températures de refoulement excessives.
162.Négliger les exigences de ventilation des salles des machines selon la CSA B52. La ventilation doit être calculée en fonction de la charge de réfrigérant et du groupe de sécurité.
163.Confondre les règles du Code canadien de l'électricité : la règle 28-604 (protection des compresseurs hermétiques) diffère de la règle 28-302 (protection des moteurs standard). Les pourcentages de réglage ne sont pas les mêmes.
Résumé
Les compresseurs se classent en trois catégories principales selon la construction (ouvert, semi-hermétique, hermétique) et en quatre types selon le principe de fonctionnement (alternatif, rotatif, vis, centrifuge).
Le rendement volumétrique dépend de l'espace mort, du rapport de compression et de l'exposant polytropique. Il est toujours inférieur à 100 %.
Le rapport de compression se calcule en pressions absolues. Les valeurs supérieures à 12 exigent une compression en deux étages.
Les moteurs électriques doivent être protégés conformément au Code canadien de l'électricité, Chapitre V : conducteurs à 125 % du courant nominal, protection contre les surcharges selon les règles 28-302 et 28-604.
La CSA B52 régit l'installation mécanique : classification des systèmes, essais de pression à 1,1 × PSM, ventilation des salles des machines.
Le RSACO impose la récupération des réfrigérants et la certification des techniciens.
Les procédures d'entretien comprennent la vérification de l'alignement, la tension des courroies, le préchauffage du carter et le tirage au vide jusqu'à 500 microns.
Les calculs de puissance utilisent les enthalpies du cycle frigorifique et les rendements (indiqué, mécanique, volumétrique).
Les conversions d'unités sont essentielles : 1 TR = 3,517 kW = 12 000 Btu/h.
Conseils finaux pour l'examen
Mémorisez les formules de base : rendement volumétrique, rapport de compression, courant triphasé, COP/EER.
Connaissez les valeurs typiques : rendement volumétrique (85–95 %), rapport de compression (2,5–12), facteur de service (1,15), microns pour le vide (500).
Relisez les règles du Code citées dans ce chapitre — les questions portent souvent sur les pourcentages exacts (125 %, 115 %, 140 %).
Entraînez-vous à convertir les unités rapidement : kPa ↔ psi (1 psi = 6,895 kPa), kW ↔ TR, °C ↔ °F.
Pour les questions de dépannage, raisonnez en termes de causes possibles : électriques (alimentation, protection), mécaniques (soupapes, roulements), thermodynamiques (charge, détendeur, condenseur).
Ce chapitre couvre l'ensemble des notions essentielles pour réussir la section « Compresseurs et organes moteurs » de l'examen Sceau rouge. Révisez chaque section, refaites les calculs d'exemple, et consultez les normes citées pour approfondir les détails réglementaires.
