Tuyauterie, raccords et installation des systèmes

Introduction au chapitre

Ce chapitre couvre l'ensemble des connaissances requises pour l'examen Sceau rouge concernant la tuyauterie, les raccords et l'installation des systèmes de réfrigération et de climatisation. Vous devez maîtriser les matériaux, les techniques de jointoiement, les règles de sécurité, les calculs de dilatation et les exigences des normes nationales canadiennes. La maîtrise de ce contenu est essentielle, car les questions sur ce sujet représentent généralement 10 à 15 % de l'examen.

Matériaux de tuyauterie et leurs applications

Tubes en cuivre

Le cuivre est le matériau prédominant en réfrigération pour les lignes de liquide, d'aspiration et de refoulement. Vous devez connaître les trois types de dureté :

Type	Dureté	Utilisation typique
K	Souple (recuit)	Lignes de liquide, petits systèmes
L	Mi-dur	Lignes d'aspiration et de refoulement
M	Dur	Tuyauterie d'eau, rarement en réfrigération

Les dimensions nominales du tube de cuivre sont basées sur le diamètre extérieur (D.E.). L'épaisseur de paroi varie selon le type (K, L, M), ce qui affecte le diamètre intérieur (D.I.) et donc la capacité de débit. Pour les lignes de réfrigérant, on utilise généralement le type L ou K.

Règle pratique : La vitesse du réfrigérant dans les lignes d'aspiration doit être maintenue entre 4 et 10 m/s pour assurer le retour d'huile. Dans les lignes de liquide, la vitesse doit être inférieure à 1,5 m/s pour éviter le bruit et l'érosion.

Tubes en acier

L'acier noir (schéma 40 ou 80) est utilisé pour les systèmes à l'ammoniac (NH₃) et pour les grandes installations au R-22 ou R-134a. L'acier inoxydable est réservé aux applications spéciales (industrie alimentaire, produits corrosifs).

Le schéma (schedule) indique l'épaisseur de paroi. Le schéma 80 a une paroi plus épaisse que le schéma 40 pour le même diamètre nominal. Pour l'ammoniac, on exige généralement un schéma 80 pour les diamètres inférieurs à 2 pouces.

Tubes en plastique et autres matériaux

PVC : Uniquement pour les drains de condensat et les évents. Jamais pour le réfrigérant.

CPVC : Drains de condensat à haute température.

PEX : Eau glycolée dans les systèmes de boucle fermée.

Acier galvanisé : Interdit pour les lignes de réfrigérant (réaction chimique avec l'huile).

Raccords et techniques de jointoiement

Raccords à souder (brasage)

Le brasage (soldering en anglais, mais en français canadien on distingue le brasage tendre du brasage fort) utilise un métal d'apport dont le point de fusion est supérieur à 450 °C. En réfrigération, on utilise le brasage fort avec des alliages d'argent (15 %, 35 % ou 45 % d'argent).

Températures de fusion approximatives :

Alliage 15 % argent : 640 °C

Alliage 35 % argent : 700 °C

Alliage 45 % argent : 620 °C

Procédure correcte de brasage :

26.Couper le tube carrément avec un coupe-tube (jamais une scie à métaux pour le cuivre).

27.Ébavurer l'intérieur et l'extérieur du tube.

28.Nettoyer les surfaces avec du papier abrasif ou une brosse métallique.

29.Appliquer le flux (si requis par l'alliage) sur le tube mâle uniquement.

30.Emboîter le raccord et chauffer uniformément le raccord (pas le tube directement).

31.Appliquer la baguette d'apport lorsque le raccord est à température.

32.Laisser refroidir naturellement. Ne jamais tremper dans l'eau.

Trap à éviter : Chauffer directement le tube au lieu du raccord. Le métal d'apport sera attiré vers la zone la plus chaude, créant un joint incomplet.

Raccords mécaniques

Raccords à olive (flare) : Utilisés pour les petites lignes de liquide (1/4", 3/8", 1/2"). L'angle de l'évasement doit être de 45°. L'outil à évaser doit être bien centré pour éviter un évasement asymétrique.

Raccords à compression : Utilisés pour les tubes de cuivre de petit diamètre, principalement dans les systèmes de contrôle (capillaires).

Raccords à visser (NPT) : Filetages coniques pour l'acier. L'étanchéité est assurée par le joint de filetage (téflon ou pâte à joint). Le filetage NPT a un angle de 60° et une conicité de 1/16 par pouce.

Raccords soudés à l'arc (acier)

Pour l'acier, on utilise la soudure à l'arc (SMAW) ou la soudure TIG. Le TIG est préféré pour l'ammoniac car il produit un cordon propre sans scories. La pénétration complète est essentielle pour éviter les poches d'huile et la corrosion.

Calculs de dilatation thermique

La dilatation thermique du cuivre est de 0,0000167 m/m·°C (16,7 × 10⁻⁶ m/m·°C). Pour une ligne de 30 mètres avec un ΔT de 50 °C :

ΔL = L₀ × α × ΔT

ΔL = 30 m × 0,0000167 /°C × 50 °C = 0,025 m = 25 mm

Cette dilatation de 25 mm doit être absorbée par des boucles de dilatation ou des changements de direction naturels. La longueur minimale d'une boucle de dilatation se calcule par :

L = 2 × √(3 × E × D × ΔL / S)

Où :

E = module d'élasticité du cuivre (110 000 MPa)

D = diamètre extérieur du tube (mm)

ΔL = dilatation (mm)

S = contrainte admissible (généralement 70 MPa pour le cuivre)

Exemple : Pour un tube de 28,6 mm D.E. avec une dilatation de 25 mm :

L = 2 × √(3 × 110 000 × 28,6 × 25 / 70) = 2 × √(3 367 857) = 2 × 1835 = 3670 mm ≈ 3,7 m

Pentes et retour d'huile

Pentes recommandées

Type de ligne	Pente recommandée	Sens
Ligne d'aspiration horizontale	1/2 pouce par 10 pieds (4 mm/m)	Vers le compresseur
Ligne de liquide horizontale	1/4 pouce par 10 pieds (2 mm/m)	Vers le détendeur
Ligne de refoulement horizontale	1/2 pouce par 10 pieds (4 mm/m)	Vers le condenseur

Pièges à huile (siphons)

Un piège à huile doit être installé au pied de toute colonne montante (riser) de la ligne d'aspiration ou de refoulement lorsque la hauteur verticale dépasse 2,5 mètres. La règle générale :

Hauteur de colonne < 2,5 m : pas de piège requis

Hauteur de colonne > 2,5 m : piège à la base

Hauteur de colonne > 7,5 m : pièges à la base et au milieu (tous les 4 à 5 mètres)

Important : Dans les systèmes à capacité variable (compresseurs à vitesse variable), des pièges doubles ou des pièges à double montée sont parfois nécessaires pour assurer le retour d'huile à faible débit.

Isolation et protection des tuyauteries

Types d'isolants

Matériau	Plage de température	Utilisation
Caoutchouc cellulaire (Armaflex)	-40 °C à +105 °C	Lignes d'aspiration, liquide
Laine de verre	-50 °C à +450 °C	Tuyauterie chaude, vapeur
Polystyrène extrudé	-50 °C à +75 °C	Conduites frigorifiques
Mousse de polyuréthane	-60 °C à +100 °C	Tuyauterie basse température

Épaisseur minimale : L'isolant des lignes d'aspiration doit avoir une épaisseur suffisante pour éviter la condensation. La règle empirique : pour une température de surface de -10 °C et une humidité relative de 60 % à 24 °C, il faut au moins 25 mm de caoutchouc cellulaire.

Pare-vapeur

Le pare-vapeur est obligatoire sur la face extérieure de l'isolant des lignes froides. Il empêche la migration de la vapeur d'eau vers la surface froide. Les joints du pare-vapeur doivent être scellés avec un adhésif approprié. Une déchirure du pare-vapeur annule l'efficacité de l'isolant.

Supports et ancrages

Espacement des supports

Diamètre du tube (D.E.)	Espacement horizontal	Espacement vertical
1/4" à 3/8" (6-10 mm)	1,2 m	1,8 m
1/2" à 7/8" (12-22 mm)	1,8 m	2,4 m
1-1/8" à 2-1/8" (28-54 mm)	2,4 m	3,0 m
2-5/8" et plus (67 mm+)	3,0 m	3,6 m

Règle importante : Les supports ne doivent jamais comprimer l'isolant. Utiliser des colliers avec insert isolant ou des supports à double coquille. Les supports rigides (sans isolation) créent des ponts thermiques qui provoquent la condensation.

Ancrages fixes

Les ancrages fixes (points fixes) divisent la tuyauterie en sections de dilatation indépendantes. Ils doivent être placés :

Près des équipements lourds (compresseurs, condenseurs)

Aux changements de direction

De part et d'autre des vannes principales

Exigences du Code canadien de l'électricité, Chapitre V

Le Code canadien de l'électricité, Chapitre V (C22.1-21) régit l'installation électrique des systèmes de réfrigération. Les règles pertinentes pour la tuyauterie :

Règle 8-200 (section 8) : Taille des conducteurs

La capacité de courant des conducteurs doit être déterminée selon les tableaux du Code. Pour les compresseurs, le conducteur doit être dimensionné à 125 % du courant à pleine charge (FLA).

Règle 26-252 : Sectionnement et protection des moteurs

Chaque moteur doit avoir un sectionneur accessible et une protection contre les surcharges. Le sectionneur doit être visible ou verrouillable.

Règle 28-110 : Protection contre les surintensités

Le disjoncteur ou les fusibles doivent être dimensionnés selon le courant de démarrage du moteur. Pour un compresseur hermétique, utiliser le courant nominal (RLA) et non le FLA.

Trap à éviter : Confondre RLA (Running Load Amps) et FLA (Full Load Amps). Le RLA est utilisé pour le dimensionnement des protections de surcharge, tandis que le FLA est utilisé pour le dimensionnement des conducteurs.

Code CSA B149.1 (Gaz naturel et propane)

Le CSA B149.1 s'applique aux systèmes de chauffage au gaz, mais aussi aux installations de réfrigération utilisant des brûleurs à gaz. Points clés :

Article 5.4.1 : La tuyauterie de gaz doit être supportée à des intervalles ne dépassant pas 3 mètres.

Article 5.8.2 : Les raccords de tuyauterie de gaz doivent être accessibles pour inspection.

Article 6.2.1 : La pression d'essai doit être de 1,5 fois la pression de service, avec un minimum de 350 kPa (50 psi) pour les systèmes à basse pression.

Normes CSA pour la tuyauterie de réfrigération

CSA B52 (Code mécanique de la réfrigération)

Le CSA B52 est la norme de référence pour l'installation des systèmes de réfrigération au Canada. Points essentiels :

Article 4.2.1 : Les tuyauteries doivent être conformes aux spécifications de conception et protégées contre les dommages mécaniques.

Article 4.3.2 : Les tuyauteries traversant les murs, planchers ou toits doivent être protégées par des manchons.

Article 4.4.1 : Les vannes d'arrêt doivent être installées à des endroits accessibles.

Article 5.1.1 : Les essais de pression doivent être effectués conformément aux exigences de la norme.

Essais de pression selon CSA B52

Type d'essai	Pression	Durée	Critère
Essai de résistance	1,5 × pression de service	15 minutes	Aucune fuite
Essai d'étanchéité	Pression de service	30 minutes	Aucune chute de pression
Essai au réfrigérant	Pression de service avec réfrigérant	1 heure	Détection électronique

Procédure d'essai à l'azote :

101.Pressuriser à 10 % de la pression d'essai (maximum 100 kPa) et attendre 5 minutes.

102.Augmenter par paliers de 10 % jusqu'à la pression d'essai finale.

103.Maintenir la pression pendant 15 minutes minimum.

104.Vérifier les joints avec une solution savonneuse.

Important : Ne jamais utiliser d'oxygène ou d'acétylène pour les essais de pression. Utiliser uniquement de l'azote sec ou du CO₂.

Installation des vannes et accessoires

Vannes de service

Les vannes de service (vannes à pointeau) doivent être installées :

À l'entrée et à la sortie du compresseur

À l'entrée du détendeur

À la sortie du condenseur

De chaque côté du filtre déshydrateur

Filtres déshydrateurs

Le filtre déshydrateur doit être installé dans la ligne de liquide, entre le condenseur et le détendeur. Il doit être :

Accessible pour remplacement

Installé avec une vanne d'arrêt de chaque côté

Oriente dans le sens du débit (flèche sur le corps)

Voyants de liquide

Le voyant (sight glass) doit être installé dans la ligne de liquide, après le filtre déshydrateur. Un voyant plein de liquide clair indique une charge correcte. Des bulles indiquent un manque de réfrigérant ou une perte de charge excessive.

Soudage et sécurité

Équipement de protection individuelle (EPI)

Lunettes de sécurité avec écran facial pour le brasage

Gants de cuir résistants à la chaleur

Vêtements ignifuges

Protection respiratoire si ventilation insuffisante

Ventilation

Le brasage du cuivre produit des fumées d'oxyde de zinc et de cadmium (si l'alliage en contient). Une ventilation adéquate est obligatoire. Les alliages sans cadmium sont préférés pour des raisons de santé.

Risque d'incendie

Éloigner les matériaux combustibles d'au moins 3 mètres

Utiliser un écran coupe-feu lors du brasage à proximité de surfaces inflammables

Avoir un extincteur à portée de main

Ne jamais braser un tube contenant du réfrigérant sous pression

Procédures d'installation complètes

Installation d'une ligne d'aspiration

135.Dimensionnement : Choisir le diamètre selon les tableaux du fabricant du compresseur. Une ligne trop petite augmente la perte de charge et réduit la capacité. Une ligne trop grande réduit la vitesse et empêche le retour d'huile.

136.Pente : Installer avec une pente de 4 mm/m vers le compresseur.

137.Pièges à huile : Installer aux pieds des colonnes montantes.

138.Isolation : Isoler toute la ligne avec l'épaisseur calculée.

139.Supports : Espacer selon le tableau précédent.

140.Essai d'étanchéité : Pressuriser à la pression d'essai.

Installation d'une ligne de liquide

142.Dimensionnement : La perte de charge totale (frottement + statique) ne doit pas dépasser l'équivalent de 1 °C de saturation. Pour le R-134a, cela représente environ 30 kPa.

143.Sous-refroidissement : Un sous-refroidissement de 4 à 6 °C est recommandé pour éviter le flash gazeux dans la ligne de liquide.

144.Colonne montante de liquide : Pour chaque mètre de hauteur, la pression statique augmente d'environ 10 kPa (pour le R-134a). Une colonne de 10 mètres ajoute 100 kPa, ce qui peut provoquer un flash gazeux.

145.Vannes : Installer une vanne d'arrêt à l'entrée du détendeur.

Installation d'une ligne de refoulement

147.Pente : Vers le condenseur pour faciliter le drainage de l'huile.

148.Pièges : Aux pieds des colonnes montantes.

149.Isolation : Non requise pour l'efficacité, mais parfois nécessaire pour la protection du personnel (température de surface > 60 °C).

Calculs de perte de charge

Perte de charge dans les lignes de réfrigérant

La perte de charge totale (ΔP) dans une ligne se compose de :

Perte par frottement (dépend du diamètre, de la longueur, de la rugosité)

Perte statique (dépend de la hauteur et de la densité du fluide)

Formule simplifiée pour la perte statique :

ΔP_statique = ρ × g × h

Où :

ρ = masse volumique du réfrigérant liquide (kg/m³)

g = 9,81 m/s²

h = hauteur (m)

Exemple : R-134a liquide (ρ = 1200 kg/m³) dans une colonne de 8 mètres :

ΔP = 1200 × 9,81 × 8 = 94 176 Pa ≈ 94 kPa

Cette perte de 94 kPa correspond à environ 3 °C de saturation pour le R-134a. Elle est trop élevée et nécessite un sous-refroidissement supplémentaire ou un diamètre plus grand.

Longueur équivalente des raccords

Chaque raccord ajoute une longueur équivalente de tube droit. Valeurs typiques en diamètres équivalents :

Raccord	Longueur équivalente (en diamètres)
Coude 90°	30 D
Coude 45°	16 D
Té (passage direct)	20 D
Té (dérivation)	60 D
Vanne à bille ouverte	3 D
Vanne à pointeau ouverte	340 D

Exemple : Un coude 90° sur un tube de 28,6 mm D.E. équivaut à 30 × 28,6 = 858 mm de tube droit.

Purge et déshydratation du système

Purge à l'azote pendant le brasage

Lors du brasage des lignes de cuivre, une purge d'azote (flux de 0,5 à 1 L/min) doit être maintenue à l'intérieur du tube pour éviter la formation d'oxyde de cuivre (calebasse noire). Cette oxydation se forme à haute température et peut obstruer les détendeurs et endommager les compresseurs.

Déshydratation sous vide

Après l'installation et l'essai d'étanchéité, le système doit être déshydraté sous vide :

173.Connecter une pompe à vide (capacité ≥ 100 L/min) aux vannes de service.

174.Ouvrir toutes les vannes du système.

175.Tirer le vide jusqu'à 500 microns (0,5 Torr) ou moins.

176.Maintenir le vide pendant 30 minutes minimum.

177.Test de tenue au vide : Fermer la pompe et vérifier que la pression ne remonte pas au-dessus de 1000 microns en 10 minutes.

Micron : Unité de pression utilisée en déshydratation. 1 micron = 0,001 Torr = 0,133 Pa. L'atmosphère standard = 760 000 microns.

Méthode de triple évacuation

Pour les systèmes contenant de l'humidité, la triple évacuation est recommandée :

181.Premier vide jusqu'à 2000 microns.

182.Casser le vide avec de l'azote sec jusqu'à 0 kPa (pression atmosphérique).

183.Deuxième vide jusqu'à 1500 microns.

184.Casser le vide avec de l'azote.

185.Troisième vide jusqu'à 500 microns ou moins.

Cette méthode est plus efficace qu'un vide simple car elle élimine l'humidité par dilution successive.

Règles de sécurité spécifiques

Manipulation des réfrigérants

Ne jamais chauffer une bouteille de réfrigérant au-dessus de 52 °C.

Utiliser un détendeur sur les bouteilles de réfrigérant.

Porter des lunettes de protection et des gants lors de la manipulation.

Vérifier la pression de la bouteille avant de la connecter.

Travail en espace clos

Vérifier la concentration d'oxygène (minimum 19,5 %).

Utiliser un détecteur de réfrigérant.

Avoir un plan de sauvetage.

Coupure et ouverture des circuits

Avant de couper un tube contenant du réfrigérant :

199.Récupérer le réfrigérant avec une machine de récupération.

200.Purger à l'azote.

201.Vérifier l'absence de pression.

202.Couper avec un coupe-tube ou une scie (jamais avec une flamme).

Pièges à éviter

204.Confondre les types de cuivre : Le type M est plus mince que le type L. Utiliser le type M pour une ligne de réfrigérant peut causer une rupture par fatigue.

205.Oublier la purge d'azote pendant le brasage : L'oxydation interne détruit le système.

206.Dimensionner une ligne d'aspiration trop grande : La vitesse du gaz devient insuffisante et l'huile ne revient pas au compresseur.

207.Négliger les pièges à huile sur les colonnes montantes de plus de 2,5 mètres.

208.Utiliser un alliage de brasage sans argent pour les lignes de réfrigérant : Les joints peuvent se fissurer sous les vibrations.

209.Tremper le joint brasé dans l'eau : Cela crée des microfissures.

210.Ne pas tenir compte de la dilatation thermique : Les lignes non compensées se déforment et fuient.

211.Installer le filtre déshydrateur à l'envers : Le sens du débit est indiqué par une flèche.

212.Tirer le vide trop rapidement : L'humidité gèle dans la tuyauterie et ne s'évapore pas.

213.Utiliser un manomètre de basse pression pour un essai à haute pression : Risque d'éclatement du manomètre.

214.Oublier le pare-vapeur sur l'isolant des lignes froides : Condensation et dégâts d'eau.

215.Confondre RLA et FLA pour le dimensionnement des protections électriques.

216.Installer une vanne d'arrêt dans une ligne d'aspiration sans prise de service : Impossible de faire des diagnostics.

217.Ne pas vérifier la compatibilité des matériaux avec le réfrigérant (ex. : joints en néoprène avec le R-1234yf).

Résumé

Le cuivre type L est le matériau standard pour les lignes de réfrigérant. L'acier schéma 80 est requis pour l'ammoniac.

Le brasage fort avec alliage d'argent (15-45 %) est la méthode de jointoiement privilégiée. Chauffer le raccord, jamais le tube directement.

La dilatation thermique du cuivre est de 0,0000167 m/m·°C. Des boucles de dilatation sont nécessaires pour les longues lignes.

Les pentes des lignes horizontales : aspiration et refoulement vers le compresseur/condenseur (4 mm/m), liquide vers le détendeur (2 mm/m).

Les pièges à huile sont obligatoires au pied des colonnes montantes de plus de 2,5 mètres.

L'essai de pression se fait à l'azote sec, par paliers, jusqu'à 1,5 fois la pression de service.

La déshydratation sous vide doit atteindre 500 microns et tenir le vide (pas plus de 1000 microns en 10 minutes).

Le CSA B52 est la norme de référence pour l'installation. Le Code canadien de l'électricité, Chapitre V régit les aspects électriques (règles 8-200, 26-252, 28-110).

La purge d'azote pendant le brasage est obligatoire pour prévenir l'oxydation interne.

Les supports doivent être espacés selon le diamètre du tube et ne jamais comprimer l'isolant.

Conseils finaux pour l'examen

Mémorisez les valeurs numériques clés : pentes, espacements, températures de fusion, pressions d'essai.

Pour les questions de calcul, identifiez d'abord la formule appropriée, puis vérifiez les unités (mètres vs millimètres).

Les questions sur les pièges à huile et les pentes sont très fréquentes. Relisez ces sections avant l'examen.

Connaissez la différence entre le brasage tendre et le brasage fort, et les températures associées.

Pour les questions sur les normes, retenez les numéros d'articles principaux du CSA B52 et les règles du Code de l'électricité mentionnées dans ce chapitre.

Bonne préparation pour votre examen Sceau rouge. La maîtrise de la tuyauterie est fondamentale pour la réussite de l'examen et pour votre carrière de mécanicien en réfrigération et climatisation.

Tuyauterie, raccords et installation des systèmes