Comprendre ce que signifie une tonne de refroidissement

FONDANT : La chaleur latente de fusion de la glace est de 144 Btu/livre, ce qui signifie que 144 Btu sont absorbés pour chaque livre de glace fondue en eau. (Photo du personnel).

Les techniciens de service confondent souvent la puissance du moteur (hp) avec des tonnes de réfrigération. Une idée fausse courante est que 1 tonne de réfrigération équivaut à 1 CV. Cette affirmation n'est vraie que dans certaines des applications à haute température comme la climatisation. En effet, dans les applications de réfrigération à moyenne et basse température, 1 ch équivaut rarement à 1 tonne de réfrigération.

EN SAVOIR PLUS

• Entretien et maintenance

• Réfrigération

Une tonne de réfrigération est un taux de transfert de chaleur, pas une quantité de chaleur. Une tonne équivaut à la chaleur absorbée par la fonte de 2 000 livres (1 tonne) de glace à 32 °F en 24 heures (1 jour). Cela équivaut à 12 000 Btu/h ou 12 000 Btuh. Btu/hr et Btuh sont souvent utilisés de manière interchangeable et signifient la même chose : 12 000 Btuh équivaut également à 200 Btu/min puisqu'il y a 60 minutes dans 1 heure. La formule mathématique ci-dessous montre comment 1 tonne de refroidissement équivaut à 12 000 Btuh.

(2 000 lb de glace) x (144 Btu/lb) ÷ (24 heures) = 12 000 Btuhso, 1 tonne de refroidissement = 12 000 Btuh ou 200 Btu/min

Remarque : La chaleur latente de fusion de la glace est de 144 Btu/lb, ce qui signifie que 144 Btu sont absorbés pour chaque livre de glace fondue en eau.

Lorsqu'un équipement de réfrigération ou de climatisation est évalué pour 1 tonne de refroidissement, cela signifie que l'équipement doit évacuer la chaleur à un taux de 12 000 Btuh. Cependant, un équipement qui enlève 12 000 Btu en 30 minutes aurait une capacité de 2 tonnes. Si l'équipement de refroidissement élimine 12 000 Btu en 4 heures, sa capacité n'est que de ¼ de tonne. Notez que dans les trois scénarios, 12 000 Btu d'énergie thermique sont supprimés ; cependant, le rythme ou la vitesse à laquelle ces systèmes supprimaient les 12 000 Btu déterminaient la capacité du système en tonnes.

Il existe des variables dans chaque type de système qui détermineront la capacité de ce système.

Pression évaporateur : Une pression plus élevée dans l'évaporateur signifierait que le volume du cylindre du compresseur subit également une pression plus élevée. Cela signifie que les cylindres subissent une vapeur plus dense à chaque descente. Cette vapeur de densité plus élevée à l'intérieur des cylindres du compresseur augmente le débit massique de vapeur de réfrigérant à travers le compresseur et augmente ainsi la capacité.

Chaque fois que vous remplissez un volume fixe (cylindre du compresseur) avec une pression plus élevée, davantage de molécules de gaz réfrigérant seront présentes, entraînant une densité de réfrigérant plus élevée. Le débit massique de réfrigérant à travers le compresseur est un produit de la cylindrée du piston et de la densité du réfrigérant remplissant le cylindre. Les unités de débit massique sont en livres/minute :

Débit massique = (déplacement du piston) x (densité du réfrigérant) livres/minute = pieds cubes/minute livres/pieds cubes

Efficacité volumetrique: Lorsque la pression de l'évaporateur augmente, le taux de compression diminue, ce qui, à son tour, augmente l'efficacité volumétrique des cylindres du compresseur. Les pressions du système côté haut et bas peuvent être exprimées sous la forme d'un rapport appelé taux de compression. Le taux de compression est défini comme la pression de refoulement absolue divisée par la pression d'aspiration absolue :

Taux de compression = pression de refoulement absolue ÷ pression d'aspiration absolue

La plupart des techniciens de service se rendent compte que leurs jauges de service indiquent zéro lorsqu'elles ne sont pas connectées à un système, même s'il y a une pression d'environ 15 psi sur les jauges exercée par la pression atmosphérique. C'est parce que ces jauges sont calibrées pour lire zéro à la pression atmosphérique. Par conséquent, afin d'utiliser la pression de refoulement et d'aspiration réelle ou absolue à une pression manométrique nulle ou supérieure, un technicien doit ajouter 14,696 psi, soit environ 15 psi, à la lecture du manomètre.

Lorsqu'il s'agit de pression absolue, psia est utilisé pour étiqueter l'amplitude de la pression, et psig étiquette l'amplitude de la pression lorsqu'il se réfère à la pression manométrique. Un taux de compression de 6 à 1 est exprimé par 6:1 et signifie simplement que la pression de refoulement est six fois supérieure à la pression d'aspiration.

Une efficacité volumétrique élevée signifie qu'une plus grande partie du volume du cylindre du piston est remplie de nouveau réfrigérant provenant de la conduite d'aspiration et non de gaz de volume de dégagement ré-expansés. Plus l'efficacité volumétrique est élevée, plus la quantité de nouveau réfrigérant qui sera introduite dans le cylindre à chaque course descendante du piston est grande, et donc plus de réfrigérant circulera à chaque révolution du vilebrequin. Le système aura désormais une meilleure capacité et une plus grande efficacité. De plus, plus la pression d'aspiration est élevée, moins il y a de réexpansion des gaz de refoulement, car les gaz de refoulement subissent moins de réexpansion à la pression d'aspiration plus élevée et la soupape d'aspiration s'ouvrira plus tôt.

Décompresser: Plus la pression de refoulement est faible, moins il y a de réexpansion des gaz de refoulement dans le volume de jeu du cylindre pour atteindre la pression d'aspiration. La quantité de déplacement du piston remplie par de nouvelles vapeurs de réfrigérant dépend des pressions du système et de la conception de la vanne. Un technicien de service peut contrôler, dans une certaine mesure, la hauteur ou la baisse de la pression de refoulement et d'aspiration. Si les pressions de décharge (condensation) peuvent être maintenues basses et la pression d'aspiration (évaporation) peut être maintenue aussi élevée que possible sans affecter la température du produit réfrigéré, le taux de compression sera faible et l'efficacité volumétrique sera élevée. Cela entraînera un débit massique plus élevé de réfrigérant à travers le compresseur et augmentera la capacité du système.

Surchauffe compresseur : En prenant la température de la conduite d'aspiration entrant dans le compresseur et la pression d'aspiration à ce point et en la convertissant en une température de saturation, la différence entre les deux est la surchauffe du compresseur. Plus la surchauffe du compresseur est élevée, plus les gaz réfrigérants entreront dans le compresseur. Cela entraînera une densité de réfrigérant plus faible et un débit massique de réfrigérant plus faible à travers le compresseur. Le technicien de maintenance peut s'assurer que le compresseur n'a pas trop de surchauffe.

Il y a un changement d'environ 1 % de capacité pour chaque 10 °F de changement total de surchauffe. À mesure que la surchauffe totale augmente, la capacité diminue. Cette règle empirique doit être utilisée à des fins de service uniquement et non à des fins de conception. D'autres facteurs qui affectent la quantité de surchauffe du compresseur que le compresseur voit sont la longueur et l'isolation des conduites d'aspiration, la température ambiante ou environnante à laquelle la conduite d'aspiration est exposée et les échangeurs de chaleur liquide/conduite d'aspiration présents. Consultez toujours le fabricant du compresseur pour savoir quelle est la température idéale du gaz de retour du compresseur ou quelle est la température maximale du gaz de retour autorisée pour votre application de compresseur.

Sous-refroidissement : Plus le réfrigérant est sous-refroidi avant d'entrer dans l'évaporateur, plus le système aura de capacité de refroidissement. Ce phénomène se produit parce que le liquide plus froid entrant dans l'évaporateur n'a pas besoin de flasher autant pour se refroidir jusqu'à la température d'évaporation associée à la pression de l'évaporateur. Moins il y a de clignotement, plus il y aura d'effet de réfrigération net (NRE) dans l'évaporateur. Il y a environ un demi-pourcent de changement de capacité pour chaque 1°F de changement de sous-refroidissement liquide. À mesure que le sous-refroidissement augmente, la capacité augmente. Cette règle empirique doit être utilisée à des fins de service uniquement et non à des fins de conception.

En conclusion, maintenir le gaz de retour du réfrigérant vers le compresseur aussi dense que possible augmentera la capacité du système. De plus, maintenir les pressions d'aspiration aussi élevées que possible sans sacrifier la température du produit et maintenir la pression de refoulement aussi basse que possible augmentera également la capacité du système. De plus, plus il y a de sous-refroidissement liquide entrant dans l'évaporateur, plus la capacité du système sera élevée.

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].