L'évaporateur détermine l'efficacité du système de réfrigération

Les techniciens de maintenance se demandent souvent comment la température de l'espace réfrigéré d'un système de réfrigération peut être si élevée lorsque la température de l'évaporateur est si froide. Ce que le technicien de maintenance ne réalise pas, c'est que c'est le niveau d'activité ou de remplissage de l'évaporateur avec le réfrigérant à vaporisation (changement de phase) qui détermine le contenu de refroidissement ou l'efficacité de tout système de réfrigération. Un évaporateur peut être très froid mais inactif avec beaucoup de surchauffe, le privant de ses capacités d'absorption de chaleur.

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Dans l'exemple suivant, le technicien de maintenance trouve une température d'évaporateur très froide avec une température d'espace réfrigéré élevée. La surchauffe de l'évaporateur est également très élevée, ce qui signifie que le système a un évaporateur inactif.

Une vérification de service est recommandée lors de l'analyse d'un système, de sorte que le technicien de service installe des jauges et des thermistances sur un refroidisseur de système de réfrigération sous-chargé, R-134a, à porte fermée, à température moyenne, qui intègre un récepteur liquide côté haut, un compresseur à piston et un TXV comme dispositif de mesure. Le technicien enregistre les valeurs suivantes :

Une faible pression d'évaporateur de 3,94 pouces Hg entraîne une basse température d'évaporateur de -20 °F. Les deux sont dus au fait que le compresseur est privé de réfrigérant. Le compresseur essaie d'aspirer du réfrigérant dans ses cylindres, mais il n'y a pas assez de réfrigérant pour le satisfaire. Tout le côté bas du système connaîtra une basse pression et des basses températures. Ce scénario confondra souvent les techniciens de maintenance car la température de l'évaporateur est si froide (-20 °F) et la température de l'espace réfrigéré est si chaude (46 °F).

La plupart des systèmes de réfrigération à moyenne température tentent de maintenir les températures de l'espace réfrigéré entre 35° et 37°F, selon l'application. Cependant, le technicien de service doit examiner la surchauffe de l'évaporateur pour voir à quel point l'évaporateur est actif ou plein avec le réfrigérant vaporisé (changement de phase).

Étant donné que l'évaporateur est privé de réfrigérant à cause de la sous-charge, il y aura des surchauffes élevées de l'évaporateur. Dans ce scénario de service, la surchauffe de l'évaporateur est de 30 °F, ce qui signifie que l'évaporateur manque de réfrigérant et n'est pas très actif (voir Figure 1). Ceci, à son tour, entraînera des surchauffes (totales) élevées du compresseur.

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Figure 1:Un évaporateur inactif avec une abondance de surchauffe.

La température de refoulement du compresseur de 215 °F est élevée par rapport aux systèmes normaux et est causée par le fait que l'évaporateur et le compresseur fonctionnent à une surchauffe élevée avec des taux de compression élevés. Lorsqu'il est sous-chargé, ne vous attendez pas à ce que le TXV contrôle la surchauffe, car le TXV peut voir une combinaison de vapeur et de liquide à son entrée. L'évaporateur sera privé de réfrigérant et fonctionnera à haute température. En conséquence, le compresseur, à chaque coup de compression, surchauffera encore plus le réfrigérant.

Les taux de compression seront également élevés, en raison des faibles pressions de l'évaporateur, donnant au système une chaleur de compression supérieure à la normale. Des taux de compression élevés donneront au système des rendements volumétriques très faibles et provoqueront des inefficacités indésirables avec de faibles débits de réfrigérant. Le compresseur devra comprimer des vapeurs à pression beaucoup plus faible provenant de la conduite d'aspiration à la pression de condensation, ce qui nécessite une plage de compression plus grande et un taux de compression plus élevé.

La plus grande plage de compression de la pression inférieure de l'évaporateur à la pression de condensation est ce qui provoque le travail de compression et génère une chaleur de compression supplémentaire. Cette chaleur accrue peut être vue par la température de refoulement élevée du compresseur de 215°F ; cependant, en raison des débits de réfrigérant inférieurs des rendements volumétriques inférieurs, une charge thermique quelque peu faible est perçue par le compresseur. Cette faible charge est ce qui empêche la température de décharge de devenir trop élevée. N'oubliez pas que des taux de compression plus élevés et des surchauffes plus élevées sont à l'origine de la température de refoulement élevée et que la ligne de refoulement voit toute la surchauffe arriver au compresseur, la chaleur du moteur générée et la chaleur de compression.

La limite pour toute température de refoulement mesurée à environ 3 pouces du compresseur sur la conduite de refoulement est de 225°F. L'arrière de la soupape de décharge est généralement d'environ 50 ° à 75 ° F plus chaud que la conduite de décharge, ce qui en ferait environ 275 ° à 300 ° F. Cela pourrait vaporiser l'huile autour des cylindres et provoquer une usure excessive, et à 350 °F, l'huile se décomposera et une surchauffe du compresseur se produira bientôt. La surchauffe du compresseur est l'un des problèmes de terrain les plus graves d'aujourd'hui, alors essayez de maintenir les températures de refoulement en dessous de 225°F pour une plus longue durée de vie du compresseur.

Lorsque le compresseur voit des vapeurs très chaudes provenant des relevés de surchauffe élevés, les gaz entrant dans le compresseur seront extrêmement dilatés et auront une faible densité. Le taux de compression sera élevé à partir de la faible pression d'aspiration, entraînant de faibles rendements volumétriques, et le compresseur ne pompera pas beaucoup de réfrigérant. Tous les composants du système seront privés de réfrigérant.

Le récepteur ne recevra pas suffisamment de réfrigérant liquide du condenseur en raison du manque de réfrigérant dans le système, ce qui affamera la conduite de liquide et peut même faire bouillonner un voyant si la condition est suffisamment grave. Le TXV ne verra pas les pressions normales et peut même essayer de faire passer le liquide et la vapeur de la ligne de liquide affamée. Le TXV sera également affamé et on ne peut pas s'attendre à ce qu'il contrôle la surchauffe de l'évaporateur.

Le point liquide 100% saturé dans le condenseur sera très bas, ce qui provoquera un faible sous-refroidissement du condenseur. Le condenseur ne recevra pas assez de vapeur de réfrigérant pour le condenser en un liquide et alimenter le récepteur. Le sous-refroidissement du condenseur est un bon indicateur de la charge de réfrigérant dans le système.

Parce que l'évaporateur et le compresseur sont privés de réfrigérant, le condenseur sera également privé de réfrigérant. Le fait d'affamer le condenseur réduira la charge thermique sur le condenseur car il ne voit pas autant de réfrigérant pour rejeter la chaleur. Avec moins de chaleur à rejeter du compresseur, le condenseur sera à une température plus basse. Cette température plus basse entraînera une pression plus basse dans le condenseur du fait de la relation pression/température à saturation. La différence de température entre la température de condensation et la température ambiante est le CTOA. Comme le condenseur voit de moins en moins de chaleur du compresseur à cause de la sous-charge de réfrigérant, le CTOA diminuera.

Des surchauffes élevées entraîneront une expansion extrême des vapeurs d'entrée du compresseur provenant de la conduite d'aspiration, ce qui diminuera leur densité. Les vapeurs à faible densité entrant dans le compresseur signifient de faibles débits de réfrigérant à travers le compresseur, ce qui entraînera une faible consommation d'ampères, car le compresseur n'a pas à travailler aussi fort pour comprimer les vapeurs à faible densité. Un faible débit de réfrigérant entraînera également une surchauffe des compresseurs refroidis par réfrigérant.

Vous trouverez ci-dessous les sept symptômes ou signes révélateurs d'un système à faible niveau de réfrigérant :

N'oubliez pas non plus que ce sont les unités thermiques britanniques (Btu) qui déterminent la quantité de chaleur absorbée par l'évaporateur, et non sa température. La température est simplement une mesure de l'intensité de la chaleur de quelque chose, pas de son contenu calorifique.

John Tomczyk est professeur émérite HVACR, Ferris State University, Big Rapids, Michigan, et co-auteur de Refrigeration & Air Conditioning Technology, publié par Cengage Learning. Contactez-le à [email protected].