Échangeurs de chaleur et organes de régulation de débit
Guide d'étude Red Seal Practice avec schémas.
Échangeurs de chaleur et organes de régulation de débit
Introduction au chapitre
Ce chapitre couvre deux familles d'équipements essentiels dans les systèmes de réfrigération et de climatisation : les échangeurs de chaleur (évaporateurs, condenseurs, refroidisseurs intermédiaires) et les organes de régulation de débit (détendeurs thermostatiques, capillaires, vannes électroniques). Pour l'examen Sceau rouge, vous devez non seulement comprendre les principes thermodynamiques, mais aussi savoir sélectionner, installer, diagnostiquer et entretenir ces composants conformément aux normes canadiennes. La maîtrise des calculs de charge thermique, des bilans énergétiques et des critères de sécurité est évaluée directement.
Échangeurs de chaleur : principes fondamentaux
Mécanismes de transfert thermique
Trois modes de transfert régissent le fonctionnement de tous les échangeurs :
Conduction : transfert à travers un solide (paroi du tube, ailette). Régie par la loi de Fourier : Q = k × A × ΔT / L, où k est la conductivité thermique (W/m·°C), A la surface, ΔT l'écart de température, L l'épaisseur.
Convection : transfert entre une surface et un fluide en mouvement. Coefficient de convection h (W/m²·°C) dépend de la vitesse, de la viscosité et de la rugosité.
Rayonnement : généralement négligeable dans les échangeurs de réfrigération, sauf dans les condenseurs évaporatifs exposés au soleil.
La résistance thermique totale R_total = 1/(h_i × A_i) + L/(k × A_m) + 1/(h_o × A_o) + facteurs d'encrassement. Le coefficient global U (W/m²·°C) est l'inverse de R_total. L'équation fondamentale de conception est :
Q = U × A × ΔT_m
où ΔT_m est la différence de température moyenne logarithmique (DTML) pour un échangeur à contre-courant ou à cocourant :
ΔT_m = (ΔT_1 − ΔT_2) / ln(ΔT_1 / ΔT_2)
Exemple de calcul : Un condenseur refroidi à l'eau reçoit le réfrigérant à 40 °C et le condense à 35 °C. L'eau entre à 25 °C et sort à 30 °C. À contre-courant : ΔT_1 = 40 − 30 = 10 °C, ΔT_2 = 35 − 25 = 10 °C. ΔT_m = 10 °C (cas particulier où ΔT_1 = ΔT_2). Si l'eau entrait à 20 °C et sortait à 30 °C : ΔT_1 = 10 °C, ΔT_2 = 15 °C, ΔT_m = (15 − 10) / ln(15/10) = 5 / 0,405 = 12,3 °C.
Classification des échangeurs
Type
Configuration
Application typique
Avantages
Inconvénients
Tubes et calandre
Faisceau de tubes dans une enveloppe
Condenseurs à eau, refroidisseurs de liquide
Robuste, facile à nettoyer
Encombrant, coûteux
À plaques
Plaques ondulées empilées
Échangeurs à plaques brasées (BPHE)
Compact, haute efficacité, faible charge de réfrigérant
Sensible à l'encrassement, difficile à réparer
À tubes ailetés
Tubes avec ailettes en aluminium ou cuivre
Évaporateurs à air, condenseurs à air
Grande surface, léger
Nettoyage difficile des ailettes
À double tube
Deux tubes concentriques
Petites capacités, liquide-liquide
Simple, entretien facile
Surface limitée
Pour l'examen, retenez que les échangeurs à plaques brasées sont de plus en plus courants dans les systèmes de 2 à 100 tonnes, car ils offrent un excellent coefficient U (jusqu'à 6000 W/m²·°C) et réduisent la charge de réfrigérant, ce qui répond aux exigences de la norme CSA B52 (Code mécanique de la réfrigération) concernant les limites de charge.
Évaporateurs
Rôle et classification
L'évaporateur absorbe la chaleur du milieu à refroidir. On distingue :
Évaporateurs à détente directe (DX) : le réfrigérant se vaporise dans les tubes, l'air ou l'eau circule à l'extérieur.
Évaporateurs noyés : le réfrigérant liquide recouvre complètement les tubes ; nécessitent un séparateur de liquide et un contrôle de niveau.
Évaporateurs à recirculation : le liquide est pompé en excès (taux de recirculation 3 à 5 fois), le séparateur renvoie le liquide non vaporisé.
Évaporateurs à air
Les évaporateurs à air (refroidisseurs d'air) sont classés selon la température de service :
Haute température (au-dessus de 0 °C) : entrepôts de fruits, climatisation.
Moyenne température (0 °C à −10 °C) : chambres froides pour produits laitiers.
Basse température (−10 °C à −40 °C) : congélation, surgélation.
Le dégivrage est critique. Quatre méthodes :
32.Dégivrage par air (cycle d'arrêt) : le ventilateur continue de faire circuler l'air ambiant. Simple, mais lent et inefficace sous 0 °C.
33.Dégivrage électrique : résistances chauffantes dans le bac et sur les ailettes. Contrôlé par minuterie ou par pression différentielle.
34.Dégivrage à eau : pulvérisation d'eau sur les ailettes. Efficace, mais nécessite un drainage et un traitement d'eau.
35.Dégivrage par gaz chaud : inversion du cycle ou injection de gaz chaud dans l'évaporateur. Le plus rapide, mais complexe.
Règle de l'examen : le dégivrage par gaz chaud nécessite un réservoir de liquide (accumulateur) dimensionné pour contenir tout le réfrigérant pendant le cycle de dégivrage, conformément à la CSA B52.
Évaporateurs à eau (refroidisseurs de liquide)
Les refroidisseurs de liquide (chillers) utilisent soit des tubes et calandre (côté eau dans les tubes), soit des plaques brasées. Le facteur d'encrassement (fouling factor) est crucial : il représente la résistance thermique additionnelle due aux dépôts. Les valeurs typiques sont :
Fluide
Facteur d'encrassement (m²·°C/W)
Eau de ville propre
0,00009
Eau de rivière traitée
0,00018
Eau de mer
0,00026
Eau de tour de refroidissement
0,00035
Un encrassement excessif réduit le transfert thermique, augmente la pression de refoulement (condenseur) ou la pression d'aspiration (évaporateur), et peut causer des dommages au compresseur.
Condenseurs
Types et sélection
Type
Fluide de refroidissement
Capacité typique
Considérations
À air
Air ambiant
1 à 500 tonnes
Ventilateurs, bruit, température ambiante élevée
À eau (tubes et calandre)
Eau de ville ou de tour
10 à 5000 tonnes
Traitement d'eau, coût de l'eau
Évaporatif
Air + eau
10 à 2000 tonnes
Consommation d'eau, entretien du bassin
Hybride (à air + désurchauffeur)
Air + eau
5 à 200 tonnes
Récupération de chaleur
Le condenseur évaporatif combine l'évaporation de l'eau et le refroidissement par air. La chaleur latente de vaporisation de l'eau (environ 2257 kJ/kg) permet d'évacuer une grande quantité de chaleur avec un débit d'air réduit. La pression de condensation est typiquement de 5 à 10 °C au-dessus de la température de bulbe humide ambiante, contre 10 à 15 °C au-dessus de la température de bulbe sec pour un condenseur à air.
Condenseurs à air : calcul de surface
La surface d'échange requise se calcule par :
A = Q_cond / (U × ΔT_m)
où Q_cond = Q_évap + W_comp (chaleur totale rejetée). Pour un système de 10 tonnes (35,2 kW) avec un COP de 3,0 : Q_évap = 35,2 kW, W_comp = 35,2 / 3,0 = 11,7 kW, Q_cond = 46,9 kW. Avec U = 25 W/m²·°C et ΔT_m = 12 °C, A = 46 900 / (25 × 12) = 156 m².
Piège courant : oublier d'ajouter la puissance du compresseur à la charge de condensation. La chaleur rejetée au condenseur est toujours supérieure à la puissance frigorifique.
Sous-refroidissement et désurchauffe
Le condenseur comporte trois zones :
52.Désurchauffe : le gaz chaud refroidit de la température de refoulement à la température de saturation.
53.Condensation : changement de phase à température constante (rejette environ 80 % de la chaleur totale).
54.Sous-refroidissement : le liquide refroidit sous la température de saturation (rejette 5 à 10 %).
Le sous-refroidissement (subcooling) est essentiel pour éviter la formation de vapeur (flash gas) dans la conduite de liquide. Il se mesure à la sortie du condenseur : sous-refroidissement = température de saturation − température du liquide. Une valeur typique est de 5 à 8 °C. Un sous-refroidissement insuffisant indique une charge de réfrigérant faible ou un condenseur encrassé.
Organes de régulation de débit
Rôle et fonctions
L'organe de régulation de débit (détendeur) doit :
Réduire la pression du réfrigérant liquide de la pression de condensation à la pression d'évaporation.
Contrôler le débit de réfrigérant pour que l'évaporateur soit alimenté correctement.
Maintenir une surchauffe (superheat) adéquate à la sortie de l'évaporateur pour protéger le compresseur.
La surchauffe est la différence entre la température réelle du gaz à la sortie de l'évaporateur et la température de saturation correspondant à la pression d'aspiration. Une surchauffe typique est de 5 à 10 °C pour un détendeur thermostatique.
Détendeur thermostatique (TEV)
Le TEV est le plus répandu. Il se compose de :
Bulbe sensible : fixé à la sortie de l'évaporateur, contient un fluide (charge) qui exerce une pression sur le diaphragme.
Diaphragme : sépare le côté haute pression du côté basse pression.
Ressort d'ajustage : règle la surchauffe statique.
Siège et pointeau : modulent le débit.
La force d'ouverture (pression du bulbe P_b) doit vaincre la force de fermeture (pression d'évaporation P_évap + pression du ressort P_ressort) :
P_b = P_évap + P_ressort
La surchauffe statique est la surchauffe minimale pour commencer à ouvrir (typiquement 3 à 5 °C). La surchauffe totale est la surchauffe au point de fonctionnement (5 à 10 °C). La surchauffe de fonctionnement = surchauffe totale − surchauffe statique.
Réglage du TEV : tourner la vis d'ajustage dans le sens horaire augmente la pression du ressort, donc augmente la surchauffe (moins de débit). Sens antihoraire diminue la surchauffe (plus de débit). Un tour complet modifie la surchauffe d'environ 2 à 3 °C selon le modèle.
Types de charges du bulbe :
Type de charge
Comportement
Application
Liquide (MOP)
Pression maximale de fonctionnement limitée
Protection du compresseur au démarrage
Gaz
Pression suit la température du bulbe
Large plage de températures
Adsorption
Réponse rapide, résiste aux coups de liquide
Systèmes à charge variable
Croisée (cross-charged)
Limite la pression maximale
Basses températures
Détendeur électronique (EEV)
Le détendeur électronique utilise un moteur pas-à-pas ou une vanne à impulsion. Il est contrôlé par un régulateur électronique qui mesure la surchauffe via deux capteurs (pression et température) ou via la température du gaz et la pression d'évaporation. Avantages :
Précision de surchauffe de ±0,5 °C (contre ±2 °C pour un TEV).
Réponse rapide aux variations de charge.
Fonctionnement stable à basse charge (modulation 10 à 100 %).
Possibilité de contrôle du niveau de liquide dans l'évaporateur.
Inconvénients : coût plus élevé, nécessite une alimentation électrique et un contrôleur, risque de coups de liquide si le capteur de température est mal positionné.
Tube capillaire
Le tube capillaire est un tube de cuivre de diamètre intérieur de 0,5 à 2,5 mm et de longueur de 1,5 à 6 m. Il agit comme un orifice à friction constante. Caractéristiques :
Débit fixe : ne s'adapte pas aux variations de charge.
Équilibrage des pressions : après l'arrêt, les pressions s'égalisent en 2 à 5 minutes, ce qui réduit le couple de démarrage du compresseur.
Charge de réfrigérant critique : le système doit être chargé avec précision (souvent ±5 %).
Protection contre les coups de liquide : un accumulateur d'aspiration est souvent requis.
Le tube capillaire est utilisé dans les petits systèmes (< 5 tonnes) : réfrigérateurs, congélateurs, déshumidificateurs, petits conditionneurs.
Détendeur à flotteur
Deux types :
Flotteur haute pression (côté liquide) : maintient un niveau constant dans le réservoir de liquide, alimente l'évaporateur par gravité. Utilisé dans les grands systèmes ammoniaqués.
Flotteur basse pression (côté évaporateur) : maintient un niveau constant dans l'évaporateur noyé. Le flotteur est dans un réservoir séparé, relié à l'évaporateur.
Comparaison des organes de régulation
Critère
TEV
EEV
Capillaire
Flotteur
Coût
Moyen
Élevé
Très faible
Élevé
Précision de surchauffe
±2 °C
±0,5 °C
Aucune (débit fixe)
N/A (niveau)
Adaptation à la charge
Bonne
Excellente
Aucune
Bonne (niveau)
Équilibrage des pressions
Non (sauf modèle spécial)
Non
Oui
Non
Entretien
Faible
Moyen (électronique)
Aucun
Moyen
Application typique
1 à 100 tonnes
1 à 500 tonnes
< 5 tonnes
> 100 tonnes (NH₃)
Dimensionnement et sélection
Critères de sélection d'un évaporateur
98.Charge thermique totale (W ou tonnes) : inclut les gains par les parois, les infiltrations, les produits, les ventilateurs, l'éclairage, les personnes.
99.Température de l'air ou du fluide : détermine la température d'évaporation (typiquement 8 à 12 °C sous la température de l'air pour un évaporateur à air).
100.Humidité relative : pour les applications de conservation, un ΔT plus faible (6 à 8 °C) maintient une humidité plus élevée.
101.Dégivrage : méthode choisie en fonction de la température et de l'humidité.
102.Espace disponible : dimensions, poids, accès pour l'entretien.
105.Température ambiante de conception : pour le Canada, les valeurs de conception varient selon la région (par exemple, 35 °C à Toronto, 30 °C à Vancouver, 32 °C à Montréal). Consultez les données climatiques de l'ASHRAE.
106.Différence de température (TD) : condenseur à air : 10 à 15 °C ; condenseur à eau : 5 à 8 °C ; condenseur évaporatif : 5 à 7 °C au-dessus du bulbe humide.
107.Altitude : au-dessus de 600 m, la densité de l'air diminue, ce qui réduit la capacité des condenseurs à air d'environ 2 % par 300 m.
Règle de dimensionnement rapide
Pour un condenseur à air, la capacité nominale est donnée pour un TD de 15 °C. Si le TD réel est différent, la capacité varie approximativement selon :
Exemple : Un condenseur nominal de 50 kW à TD 15 °C fonctionne à TD 12 °C. Capacité réelle = 50 × (12/15)^0,8 = 50 × 0,84 = 42 kW. Il faut donc un condenseur plus grand ou accepter une pression de condensation plus élevée.
Normes et codes canadiens
CSA B52 — Code mécanique de la réfrigération
La CSA B52 est la norme de référence au Canada pour la conception, l'installation et l'entretien des systèmes de réfrigération. Points clés pour les échangeurs et détendeurs :
Article 4.2 : Les échangeurs de chaleur doivent être conçus pour la pression maximale de service du côté réfrigérant. La pression de conception doit être au moins égale à la pression de saturation du réfrigérant à 54 °C (130 °F) pour les systèmes à détente directe.
Article 5.1 : Les évaporateurs et condenseurs doivent être munis de dispositifs de protection contre la surpression (soupapes de sûreté) si le volume interne dépasse 0,03 m³ et que le réfrigérant est inflammable ou toxique.
Article 6.3 : Les échangeurs à plaques brasées doivent être certifiés par un organisme accrédité (CSA, UL) et porter une plaque signalétique indiquant la pression maximale, la température maximale et le réfrigérant.
Article 7.2 : Les détendeurs doivent être dimensionnés pour le débit maximal du système à la pression de condensation minimale et à la pression d'évaporation maximale.
Code canadien de l'électricité (CCE), Chapitre V
Le Code canadien de l'électricité, Chapitre V (norme CSA C22.1) s'applique aux installations électriques des systèmes de réfrigération. Règles pertinentes :
Règle 8-200 : Calcul de la demande électrique pour les moteurs de compresseurs et de ventilateurs. La charge doit être calculée à 125 % du courant à pleine charge du moteur le plus puissant, plus 100 % des autres moteurs.
Règle 26-250 : Protection des moteurs contre les surcharges. Les dispositifs de protection doivent être conformes aux spécifications du fabricant.
Règle 28-602 : Sectionnement et protection des circuits de commande. Les transformateurs de commande doivent être protégés contre les surintensités.
Piège d'examen : Le CCE exige que les dégivreurs électriques (résistances) soient sur un circuit distinct avec une protection contre les surintensités calculée à 125 % du courant nominal, et que le thermostat de sécurité de fin de dégivrage soit câblé en série avec le contacteur.
CSA B149.1 — Code canadien du gaz naturel et du propane
Cette norme s'applique aux systèmes de réfrigération à absorption au gaz et aux chauffe-eau à gaz utilisés pour la régénération. Points clés :
Article 5.4 : Les appareils à gaz doivent être installés avec un dégagement minimal de 150 mm par rapport aux surfaces combustibles.
Article 6.2 : La ventilation des locaux contenant des appareils à gaz doit être conforme aux exigences de débit d'air de combustion.
Autres normes pertinentes
CSA C22.2 No. 120 : Exigences de sécurité pour les réfrigérateurs et congélateurs commerciaux.
ASHRAE 15 : Norme de sécurité pour les systèmes de réfrigération (adoptée par référence dans la CSA B52).
CAN/CSA C273 : Efficacité énergétique des refroidisseurs de liquide.
Procédures d'installation et de mise en service
Installation d'un détendeur thermostatique
135.Position du bulbe : fixer le bulbe sur une conduite horizontale, à la sortie de l'évaporateur, à 3 heures ou 9 heures (jamais en bas, pour éviter les poches d'huile). Le bulbe doit être en contact direct avec le tube, isolé thermiquement de l'ambiance.
136.Égalisation externe : pour les évaporateurs avec distributeur ou avec perte de charge > 0,3 bar, utiliser un TEV à égalisation externe. La conduite d'égalisation doit être raccordée à la sortie de l'évaporateur, après le bulbe.
137.Sens d'installation : le détendeur doit être installé avec le flux dans le sens indiqué par la flèche. La conduite de liquide doit être exempte de coudes serrés qui pourraient créer des poches de vapeur.
138.Filtre déshydrateur : installer un filtre déshydrateur en amont du détendeur pour protéger le siège et le pointeau des particules et de l'humidité.
Mise en service d'un système avec TEV
140.Vérification de la charge : mesurer le sous-refroidissement (5 à 8 °C) et la surchauffe (5 à 10 °C).
141.Réglage de la surchauffe : si la surchauffe est trop élevée (> 10 °C), tourner la vis dans le sens antihoraire (diminuer la surchauffe). Si elle est trop faible (< 3 °C), tourner dans le sens horaire.
142.Vérification du fonctionnement : observer le cycle. Le compresseur ne doit pas recevoir de liquide (coups de liquide). La pression d'aspiration doit être stable.
143.Test de la charge du bulbe : chauffer le bulbe avec la main — la pression d'aspiration doit augmenter. Refroidir le bulbe avec de la glace — la pression doit diminuer.
Diagnostic des pannes courantes
Symptôme
Cause probable
Vérification
Surchauffe élevée, pression d'aspiration basse
Charge de réfrigérant insuffisante
Mesurer le sous-refroidissement
Surchauffe élevée, pression d'aspiration normale
TEV sous-dimensionné ou obstrué
Vérifier le filtre, le pointeau
Surchauffe faible, pression d'aspiration élevée
TEV surdimensionné ou bulbe mal fixé
Vérifier le contact du bulbe
Fluctuation de la pression d'aspiration
Chasse au liquide (hunting)
Réajuster la surchauffe, vérifier l'égalisation
Givrage sur la conduite de liquide
Détendeur qui givre (humidité)
Remplacer le filtre déshydrateur
Calculs de bilan thermique
Bilan d'un évaporateur
La puissance frigorifique d'un évaporateur se calcule par :
Q_évap = ṁ_r × (h_sortie − h_entrée)
où ṁ_r est le débit massique de réfrigérant (kg/s), h_sortie l'enthalpie du gaz à la sortie (kJ/kg), h_entrée l'enthalpie du liquide à l'entrée (kJ/kg).
Exemple : R-134a, débit de 0,05 kg/s, enthalpie à l'entrée (liquide à 35 °C) = 249 kJ/kg, enthalpie à la sortie (gaz surchauffé à 10 °C) = 410 kJ/kg. Q_évap = 0,05 × (410 − 249) = 8,05 kW.
Bilan d'un condenseur
Q_cond = ṁ_r × (h_entrée_gaz − h_sortie_liquide)
Avec le même débit : h_entrée_gaz (à 70 °C) = 430 kJ/kg, h_sortie_liquide (à 35 °C) = 249 kJ/kg. Q_cond = 0,05 × (430 − 249) = 9,05 kW. La différence (9,05 − 8,05 = 1,0 kW) représente le travail du compresseur.
Efficacité d'un échangeur
L'efficacité ε = Q_réel / Q_max, où Q_max est le transfert maximal possible (limité par le fluide avec la plus petite capacité thermique). Pour un évaporateur à air :
Exemple : air entrant à 20 °C, sortant à 12 °C, température d'évaporation 5 °C. ε = (20 − 12) / (20 − 5) = 8 / 15 = 0,53 (53 %). Une efficacité supérieure à 60 % indique généralement un échangeur surdimensionné ou un débit d'air trop faible.
Entretien préventif
Échangeurs
Nettoyage des condenseurs à air : brosser les ailettes, souffler à l'air comprimé (de l'intérieur vers l'extérieur). Fréquence : trimestrielle en milieu urbain, mensuelle en milieu industriel.
Nettoyage des condenseurs à eau : détartrage chimique (acide phosphorique à 5-10 %) ou nettoyage mécanique (brosse rotative). Vérifier le facteur d'encrassement.
Inspection des évaporateurs : vérifier l'accumulation de givre, l'état des ailettes, le drainage du bac de condensats.
Analyse d'huile : prélever une huile du compresseur pour détecter l'acidité (indice d'acide < 0,05 mg KOH/g) et l'humidité.
Organes de régulation
TEV : vérifier l'étanchéité du diaphragme, l'état du pointeau, la fixation du bulbe. Remplacer le filtre déshydrateur si la pression différentielle dépasse 0,7 bar.
EEV : vérifier les connexions électriques, le signal du capteur de température (résistance Pt1000 ou thermistance NTC), la programmation du contrôleur.
Capillaire : vérifier qu'il n'est pas pincé ou obstrué. Un capillaire partiellement obstrué provoque une surchauffe élevée et une pression d'aspiration basse.
Pièges à éviter
170.Confondre surchauffe et sous-refroidissement : la surchauffe se mesure à la sortie de l'évaporateur (côté basse pression), le sous-refroidissement à la sortie du condenseur (côté haute pression). Ne jamais inverser les deux dans un diagnostic.
171.Oublier la puissance du compresseur dans le bilan du condenseur : Q_cond = Q_évap + W_comp. Un candidat qui calcule Q_cond = Q_évap perd des points.
172.Utiliser la DTML au lieu de la différence de température simple : pour un évaporateur à air, la DTML n'est pas applicable de la même manière. Utiliser la méthode du TD (température de l'air − température d'évaporation) pour les évaporateurs à air.
173.Négliger l'égalisation externe : un TEV à égalisation interne sur un évaporateur avec distributeur ou grande perte de charge provoque une surchauffe excessive. L'examen teste souvent cette distinction.
174.Ignorer les exigences de la CSA B52 pour les soupapes de sûreté : tout échangeur de plus de 0,03 m³ contenant un réfrigérant du groupe A2L, B2 ou B3 doit avoir une soupape de sûreté dimensionnée selon l'annexe A de la norme.
175.Calculer la charge de réfrigérant sans tenir compte du volume des échangeurs : la charge totale inclut le liquide dans le condenseur, l'accumulateur, la conduite de liquide et l'évaporateur. Un calcul incorrect conduit à un sous-refroidissement anormal.
176.Confondre les types de charges du bulbe du TEV : la charge MOP (Maximum Operating Pressure) limite la pression d'évaporation au démarrage, mais elle réduit aussi la capacité du détendeur à haute pression. Ne pas l'utiliser pour les systèmes à charge variable.
177.Oublier le facteur d'encrassement dans le dimensionnement : un échangeur dimensionné sans facteur d'encrassement sera sous-dimensionné en service réel. Le facteur d'encrassement doit être ajouté à la résistance thermique.
178.Ne pas vérifier la compatibilité des matériaux : le cuivre et l'aluminium ne doivent pas être en contact direct dans un système à ammoniac (NH₃). Utiliser des séparateurs ou des matériaux compatibles.
179.Négliger la purge d'air des condenseurs à eau : l'air accumulé réduit la surface de transfert et augmente la pression de condensation. Installer une purge automatique au point le plus haut.
Résumé
Les échangeurs de chaleur transfèrent la chaleur par conduction, convection et rayonnement, régis par l'équation Q = U × A × ΔT_m.
Les évaporateurs se classent par température de service et par méthode d'alimentation (détente directe, noyé, recirculation). Le dégivrage est essentiel sous 0 °C.
Les condenseurs rejettent la chaleur totale (évaporation + travail du compresseur). Le sous-refroidissement (5 à 8 °C) protège le détendeur contre le flash gas.
Les organes de régulation de débit comprennent le TEV (le plus courant), l'EEV (précis), le capillaire (débit fixe) et le flotteur (grands systèmes).
La surchauffe (5 à 10 °C) est le paramètre clé du diagnostic. Le réglage du TEV se fait par la vis de ressort.
Les normes canadiennes applicables sont la CSA B52 (mécanique de la réfrigération), le CCE Chapitre V (électrique) et la CSA B149.1 (gaz).
Les calculs de bilan thermique utilisent les enthalpies du réfrigérant. Le facteur d'encrassement doit être inclus dans le dimensionnement.
L'entretien préventif comprend le nettoyage des échangeurs, la vérification des détendeurs et l'analyse d'huile.
Questions de révision (style examen Sceau rouge)
190.Un condenseur à air a une capacité nominale de 40 kW à TD 15 °C. Quelle est sa capacité à TD 10 °C ?
196.Un TEV à égalisation interne est utilisé sur un évaporateur avec distributeur. Quel problème en résulte-t-il ?
a) Surchauffe excessive à la sortie
b) Sous-refroidissement insuffisant
c) Pression de condensation élevée
d) Coups de liquide au compresseur
(Réponse : a — la perte de charge dans le distributeur n'est pas compensée)
202.Selon la CSA B52, quelle est la pression de conception minimale pour un évaporateur R-410A ?
a) La pression de saturation à 54 °C
b) La pression de saturation à 40 °C
c) 1,5 fois la pression de service
d) La pression de refoulement maximale du compresseur
(Réponse : a — la pression de saturation à 54 °C est la référence standard)
208.Un système R-134a a un débit de 0,08 kg/s. L'enthalpie à l'entrée de l'évaporateur est de 250 kJ/kg et à la sortie de 405 kJ/kg. Quelle est la puissance frigorifique ?
a) 12,4 kW
b) 10,8 kW
c) 14,2 kW
d) 9,6 kW
(Réponse : a — 0,08 × (405 − 250) = 12,4 kW)
214.Quel est l'effet d'un filtre déshydrateur obstrué en amont d'un TEV ?
a) Surchauffe élevée et pression d'aspiration basse
b) Surchauffe faible et pression d'aspiration élevée
c) Sous-refroidissement élevé et pression de condensation basse
d) Aucun effet sur le fonctionnement
(Réponse : a — la restriction réduit le débit de liquide vers l'évaporateur)
