Les pièges à huile protègent le compresseur

ACCUMULATION: Une fois que l'huile est dans le système de tuyauterie, elle aura tendance à se loger ou à s'accumuler dans les points bas de la tuyauterie du système. (Avec l'aimable autorisation de Pixabay)

Le lubrifiant dans les systèmes de réfrigération et de climatisation a de nombreuses fonctions importantes. Même si le réfrigérant en circulation est le fluide de travail requis pour le refroidissement, le lubrifiant ou l'huile est nécessaire pour la lubrification des pièces mécaniques mobiles du compresseur.

L'huile minimise l'usure mécanique en réduisant la friction. L'huile maintient également un joint entre le côté haut et le côté bas du compresseur. Sans une lubrification appropriée, les vannes, les volutes d'accouplement, les vis et les aubes du compresseur ne feraient pas correctement l'étanchéité. Les résultats seraient des pressions de réfrigérant côté haut entrant dans le côté bas du système de réfrigération. Les segments de piston dans un compresseur alternatif et les aubes rotatives dans les compresseurs centrifuges dépendent de l'huile de lubrification pour empêcher le soufflage autour des pistons et des aubes. L'huile agit également comme un amortisseur de bruit dans le compresseur et transfère la chaleur des pièces mobiles et rotatives du compresseur.

Les compresseurs de réfrigération et de climatisation qui contiennent une pompe à huile située à l'extrémité de leurs vilebrequins sont considérés comme ayant un système de lubrification forcée. Le vilebrequin est relié à la pompe à huile et fournit de l'énergie, ce qui fait tourner la pompe à huile. La pompe à huile est en fait calée dans le vilebrequin du compresseur. Les pompes à huile forcent l'huile à travers des trous percés ou des galères d'huile dans le vilebrequin et la livrent aux roulements, aux bielles et souvent à un refroidisseur d'huile à tube et à ailettes.

Les pompes à huile peuvent être du type à engrenages ou à excentrique. Les pompes à huile à engrenages ont généralement un engrenage en étoile qui presse l'huile à une pression plus élevée. Les pompes à huile de type excentrique utilisent un type de mécanisme excentrique pour également presser l'huile dans un volume de plus en plus petit, ce qui ajoute de la pression à l'huile. Cette pression supplémentaire est appelée pression d'huile nette.

Les petits compresseurs HVACR ont généralement une sorte de système de lubrification de type splash. Ces systèmes peuvent avoir une écope d'huile qui écope et jette l'huile dans tout le carter, provoquant un brouillard d'huile lorsque le vilebrequin tourne. Dans les petits et les grands systèmes, l'huile tombe ensuite dans le carter pour être filtrée et récupérée par la pompe à huile ou le mécanisme d'éclaboussures. Dans des conditions idéales, l'huile est conçue pour rester dans le carter du compresseur ; cependant, les conditions idéales existent rarement dans le monde réel, ce qui signifie qu'il y aura de l'huile qui s'échappe du carter du compresseur et pénètre dans la tuyauterie du système. Cette huile qui s'est échappée doit éventuellement être renvoyée dans le carter du compresseur, sinon des restrictions, des pannes et des inefficacités du système se produiront.

Dans des conditions normales, il y aura toujours une petite quantité d'huile qui s'échappe du carter d'un compresseur et circule avec le réfrigérant dans le système de tuyauterie. C'est pour cette raison que l'huile réfrigérante et le réfrigérant lui-même doivent être solubles l'un dans l'autre. C'est la vitesse du réfrigérant en circulation qui ramène l'huile dans le carter du compresseur. Si les deux n'étaient pas solubles l'un dans l'autre, ce phénomène ne pourrait pas se produire. C'est pourquoi le dimensionnement des conduites, des serpentins et des vannes est essentiel pour maintenir la vitesse du réfrigérant requise pour un retour d'huile correct.

Pendant le cycle d'arrêt d'un compresseur, et en particulier pendant un long arrêt, le réfrigérant voudra voyager ou migrer vers un endroit où la pression est la plus basse. La migration du réfrigérant est définie comme le réfrigérant, liquide ou vapeur, se déplaçant vers la conduite d'aspiration ou le carter du compresseur pendant le cycle d'arrêt.

Le carter a généralement une pression inférieure à celle de l'évaporateur en raison de l'huile qu'il contient. L'huile de réfrigération a une très faible pression de vapeur et le réfrigérant s'y écoulera, que le réfrigérant soit à l'état vapeur ou liquide. Si l'huile n'avait pas une pression de vapeur très basse, elle se vaporiserait chaque fois qu'une basse pression existait dans le carter ou lorsqu'un vide était tiré sur le carter.

Étant donné que la migration de réfrigération peut se produire avec de la vapeur de réfrigérant, la migration peut se produire en montée ou en descente. Lorsque la vapeur de réfrigérant atteint le carter, elle est absorbée et se condense dans l'huile. Une fois que ce phénomène se produit, le réfrigérant liquide sera au fond de l'huile dans le carter car il est plus lourd que l'huile.

Lorsque le compresseur est finalement allumé après un long cycle d'arrêt ou d'arrêt, ou rallumé, la chute de pression soudaine du carter fera clignoter le mélange d'huile et de réfrigérant dans le carter. Le niveau d'huile dans le carter va alors baisser et les pièces mécaniques peuvent être rayées. Une mousse d'huile apparaîtra et une combinaison d'huile et de réfrigérant peut être forcée autour des segments de piston et pompée par le compresseur dans le système de tuyauterie. Des appels de courant élevés, une surchauffe du moteur et des vannes cassées peuvent se produire. De plus, l'huile qui s'est échappée du carter et est entrée dans le système de tuyauterie doit maintenant être renvoyée dans le carter du compresseur pour maintenir un niveau d'huile sain dans le carter.

Si le compresseur est situé dans une ambiance froide, la migration aura lieu encore plus rapidement, car une ambiance froide entraînera une pression de vapeur encore plus faible dans le carter du compresseur. La migration aura même lieu d'un accumulateur de ligne d'aspiration vers un compresseur en raison de la différence de pression de vapeur.

Une fois que l'huile est dans le système de tuyauterie, elle aura tendance à se loger ou à s'accumuler dans les points bas de la tuyauterie du système. L'évaporateur est une autre zone populaire d'accumulation d'huile, car c'est le composant le plus froid avec les plus grands tubes, donc la vitesse de réfrigérant la plus lente. L'huile enregistrée dans l'évaporateur recouvrira la paroi interne du serpentin et réduira le transfert de chaleur à travers les parois, entraînant une perte de capacité et de mauvaises performances. Le compresseur sera privé d'une partie de son huile de carter et fonctionnera avec un niveau d'huile inférieur à la normale, ce qui peut marquer ou endommager les pièces mécaniques du compresseur.

Une huile à viscosité trop élevée sera également difficile à renvoyer d'un évaporateur et provoquera sûrement une obstruction de l'huile. Habituellement, la chaleur des réchauffeurs de dégivrage réchauffera et fluidifiera l'huile dans l'évaporateur afin qu'elle puisse être renvoyée au compresseur une fois que le compresseur démarre. Cela ne se produira que si la bonne viscosité (épaisseur) de l'huile est utilisée.

Si une conduite d'aspiration est surdimensionnée, la vitesse du réfrigérant sera réduite. Cela empêchera l'huile de se déplacer à travers la conduite d'aspiration vers le carter du compresseur. N'oubliez pas que c'est la vitesse du réfrigérant qui déplacera l'huile dans la tuyauterie du système de réfrigération. Voici les façons dont un évaporateur peut devenir saturé d'huile :

Souvent, les systèmes sans bons séparateurs d'huile ou pas du tout auront des points d'accumulation d'huile dans la tuyauterie (voir Figure 1). Comme mentionné précédemment, le réfrigérant et l'huile se mélangent lorsqu'ils sont utilisés correctement dans un système de réfrigération ou de climatisation, et le fin brouillard d'huile qui voyage avec le réfrigérant s'accumule et s'accumule généralement aux points bas et aux colonnes montantes dans la tuyauterie du système. Parfois, la vapeur de réfrigérant poussera ce bouchon d'huile vers le prochain point bas, jusqu'à ce que l'huile retourne enfin au compresseur.

FIGURE 1: Les systèmes sans bons séparateurs d'huile ou pas du tout auront des points d'accumulation d'huile dans toute la tuyauterie. (Avec l'aimable autorisation de John Tomczyk)

De gros bouchons d'huile revenant à certains compresseurs peuvent endommager les plaques de soupape et le train de roulement interne si la pression hydraulique augmente trop dans les cylindres. Pour éviter que cela ne se produise, des pièges à huile sont nécessaires dans la tuyauterie du système (voir Figure 2). La fonction d'un piège à huile est d'empêcher la formation de gros bouchons d'huile. Ceci est accompli en emprisonnant une petite quantité d'huile dans le piège et en la renvoyant progressivement au compresseur.

FIGURE 2: La fonction d'un piège à huile est d'empêcher la formation de gros bouchons d'huile. (Avec l'aimable autorisation de John Tomczyk)

Comme indiqué ci-dessus, c'est la vitesse du réfrigérant qui transporte l'huile dans un système de réfrigération et de climatisation. Lorsque l'huile adhère aux parois latérales de la tuyauterie, la vitesse du gaz réfrigérant balaie les petites particules d'huile en suspension. C'est pourquoi les tuyauteries de réfrigération et/ou de climatisation ne doivent jamais être surdimensionnées. Une tuyauterie surdimensionnée ralentira les vitesses du réfrigérant, provoquant un mauvais retour d'huile.

Au fur et à mesure que l'huile s'accumule dans le siphon (Figure 2), il y a une restriction de la surface interne du tuyau. Cela fait que le gaz réfrigérant se déplace plus rapidement lorsqu'il passe à côté de l'huile accumulée dans le piège. C'est ce réfrigérant à vitesse plus élevée qui captera les minuscules gouttelettes d'huile de surface hors du piège. Les petites gouttelettes d'huile seront ensuite transportées soit vers le compresseur, soit vers le piège à huile suivant. Les pièges à huile sont constamment alimentés et vidés d'huile à un rythme progressif, ce qui protège les compresseurs des gros bouchons d'huile. Il est recommandé qu'il y ait des pièges à huile dans toutes les conduites de transport de vapeur du système pour assurer un bon retour d'huile.

Les conduites verticales ou ascendantes - appelées colonnes montantes - font circuler le réfrigérant vers le haut. S'il y a de l'huile mélangée au réfrigérant, elle aura tendance à retomber au bas de la colonne montante en raison de la longue montée jusqu'au sommet de la colonne montante combattant la gravité tout le long. C'est pourquoi il devrait y avoir un piège au bas de la colonne montante. Il devrait également y avoir un piège à huile tous les 15 à 20 pieds de colonne montante pour aider à stocker temporairement l'huile pendant qu'elle se dirige vers le haut de la colonne montante (voir la figure 3). Cela est dû au fait que le mélange réfrigérant/huile perd progressivement de la vitesse au fur et à mesure qu'il monte dans la colonne montante.

FIGURE 3: Il devrait également y avoir un piège à huile tous les 15 à 20 pieds de colonne montante pour aider à stocker temporairement l'huile pendant qu'elle se dirige vers le haut de la colonne montante. (Avec l'aimable autorisation de John Tomczyk)

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].