Etude Des Chambres Froides

Ministère de l'Enseignement Supérieur, de la Recherche  Scientifique et de la Technologie  Université de Sousse  Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de  Technologie de Sousse 

 

Fascicule de Travaux Pratiques 

  ETUDE DES CHAMBRES FROIDES Troisième année LMD Energétique   

Réalisé par : Nizar BEN EZZINE   

Année universitaire 2009‐2010 

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1. Présentation Générale Ce banc permet l'étude complète d'une installation frigorifique de réfrigération positive avec deux chambres froides à température différentes.   

THEME ABORDE

NUMERO

VIDANGE ET NETTOYAGE DE L’INSTALLATION

1

CHARGEMENT DU GAZ ET CONTROLE DE L’ETANCHEITE DU CIRCUIT

2

MISE EN MARCHE DE L’INSTALLATION ET VERIFICATION DE L’INTERVENTION DES DISPOSITIFS DE SECURITE

3

ANALYSE DU FONCTIONNEMENT ET DE L’UTILITE DU REGULATEUR DE PRESSION ET ETALONNAGE DES DETENDEURS THERMOSTATIQUE DES DEUX CHAMBRES FRIGORIFIQUE

4

UTILISATION DU DIAGRAMME DE MOLLIER COMME INSTRUMENT DE DIAGNOSTIC

5

CALCUL DU RENDEMMENT GLOBAL

6

CALCUL DES COEFFICIENTS D’ECHANGE THERMIQUE

7

ANALYSE DU COMPORTEMENT DE L’INSTALLATION FRIGORIFIQUE EN FONCTION DE LA VARIATION DU DEBIT DE LIQUIDE, DU DEBIT D’AIR ENVOYE AU CONDENSEUR ET DE LA PRESSION EXERCEE PAR LE REGULATEUR DE PRESSION

8

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2. DESCRIPTIF DES SOUS PARTIES 2.1. PARTIE COMPRESSEURS L'installation possède un groupe de condensation comme le montre la photo ci dessous.

1 6 2 7 3 8

4

9

5

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1

Variateur du ventilo-condenseur

2

Condenseur

3

Réservoir de liquide

4

Ventilo-condenseur

5

Electrovanne de simulation condenseur encrassé

6

Soupape de sécurité

7

Vanne de service Haute Pression

8

Compresseur hermétique

9

Electrovanne de simulation de défaut clapet compresseur

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2.2. CAISSONS ISOTHERMES L’installation est pourvut de deux caissons isothermes afin de permettre le fonctionnement à deux températures différentes.

4 

1 

2 

3 

5

1 : Ventilateur évaporateur 2 : Evaporateur 1 3 : Evaporateur 2 4 : Caisson isotherme 5 : Porte du caisson isotherme

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2.3. CIRCUIT FLUIDIQUE Ci-dessous la photo du circuit fluidique

1  7 

2 

8 3  9 

4 

10

5 

11  6 

12  13 

1 : Manomètre Basse Pression 2 : Manomètre Haute Pression 3 : Pressostat Haute Pression de régulation 4 : Pressostat Basse Pression de régulation 5 : Pressostat Haute et Basse pression de sécurité 6 : Echangeur liquide vapeur 7 : Détendeur thermostatique à égalisation de pression interne 8 : Electrovanne de simulation de prise en glace de l’évaporateur 9 : Débitmètre fluide frigorigène 10 : Deshydrateur 11 : Voyant liquide 12 : Vanne à pression constante d’évaporation 13 : Thermostat électronique

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2.4. COFFRET ELECTRIQUE Le coffret électrique de l’installation frigorifique permet l'alimentation de l'installation et comprend la puissance et la commande.

1  2 

7

3 

8

4 

9

5 

10 

6 

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1.

Voltmètre

2.

Ampéremètre

3.

Wattmètre

4.

Bornier de raccordement des terres

5.

Disjoncteur

6.

Contacteur

7.

Sectionneur cadenassable

8.

Bouton rotatif pour les pannes

9.

Variateur du ventilo-condenseur

10.

Transformateur

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2.5. TABLEAU DE COMMANDE En face avant de l’installation ce trouve le panneau de commande et la partie interface hommemachine.

1  4 

2 

5 6 

7 

3 

8 

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1.

Voyant de mise sous tension

2.

Bouton rotatif pour mise en place des pannes détaillé ci-après

3.

Variateur pour ventilo-condenseur

4.

Ampèremètre

5.

Voltmètre

6.

Wattmètre

7.

Mise en route système

8.

Arrêt d’urgence

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3. LISTE DES PANNES 3.1. PANNE 1 : DEFAUT KLIXON DU COMPRESSEUR La panne s’actionne en tournant le bouton rotatif désigné sur la photo ci-dessous

L’interrupteur ouvre le contact du klixon.

Le KLIXON est un bilame placé sur le corps du compresseur qui permet de couper l’alimentation du compresseur en cas de surchauffe excessive de celui-ci Les causes d’une surchauffe au compresseur peuvent être dues à plusieurs causes telles que : •

Température de condensation trop élevée.

•

Manque d’huile.

•

Trop de fluide (condenseur noyé).

•

Piston ou autres organes du compresseur grippés.

•

Vanne de service fermé.

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3.2. PANNE 2 : DEFAUT PRESSOSTAT BP DE REGULATION La panne s’actionne en tournant le bouton rotatif désigné sur la photo ci-dessous

L’interrupteur bloque le fonctionnement du pressostat de régulation basse pression.

Le pressostat Basse Pression de régulation permet d’arrêter le fonctionnement du compresseur lorsque la basse pression atteint la consigne réglée, la régulation utilisé sur l’installation étant une régulation pump down à chaque arrivé à température l’électrovanne seras coupé provoquant le tirage au vide de la partie BP de l’installation le compresseur seras coupé par le pressostat BP de régulation Les causes du disfonctionnement du pressostat Basse Pression de régulation peuvent être les suivantes : •

Erreur de câblage.

•

Pressostat Hors Service.

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3.3. PANNE 3 : ARRET CONDENSEUR La panne s’actionne en tournant le bouton rotatif désigné sur la photo ci-dessous

L’interrupteur arrête le fonctionnement du ventilateur condenseur.

Le ventilateur condenseur ne tourne plus causant une augmentation important de la Haute Pression jusqu'à coupure par le pressostat Haute Pression de sécurité.

Les causes du disfonctionnement ventilateur condenseur peuvent être les suivantes :

•

Erreur de câblage.

•

Pressostat Hors Service.

•

Relais thermique coupé suite à une surcharge sur le moteur (encrassement bloquant sa rotation ou objet)

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3.4. PANNE 4 : DEFAUT COMBINE PRESSOSTATIQUE DE SECURITE La panne s’actionne en tournant le bouton rotatif désigné sur la photo ci-dessous

L’interrupteur arrête le fonctionnement du pressostat HBP de sécurité.

Le Pressostat HBP est coupé empêchant le fonctionnement du compresseur

Les causes du disfonctionnement du combiné pressostatique de sécurité peuvent être les suivantes :

•

Erreur de câblage.

•

Pressostat Hors Service.

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3.5. PANNE 5 : ARRET VENTILATEUR EVAPORATEUR La panne s’actionne en tournant le bouton rotatif désigné sur la photo ci-dessous

L’interrupteur arrête le fonctionnement du ventilateur de l’évaporateur.

Le ventilateur de l’évaporateur ne fonctionne plus, la basse pression descend jusqu'à coupure du pressostat Basse Pression de régulation, la température dans la chambre froide descend très difficilement Les causes du disfonctionnement ventilateur condenseur peuvent être les suivantes : •

Erreur de câblage.

•

Relais thermique coupé suite à une surcharge sur le moteur (prise en glace complète de l’évaporateur).

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3.6. PANNE 6 : ENCRASSEMENT CONDENSEUR   La panne s’actionne en tournant le bouton rotatif désigné sur la photo ci-dessous

L’interrupteur arrête ouvre l’électrovanne de bypass du condenseur.

En actionnant le bouton rotatif on alimente la bobine de l’électrovanne permettant ainsi au fluide de by-passer le condenseur, entrainant un accroissement de la Haute Pression pouvant aller jusqu'à la coupure par le pressostat HBP de sécurité Les causes du disfonctionnement condenseur peuvent être les suivantes :

•

Encrassement du ventilateur condenseur entrainant une diminution des échanges.

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3.7. PANNE 7 : DEFAUT CLAPETS COMPRESSEURS   La panne s’actionne en tournant le bouton rotatif désigné sur la photo ci-dessous

L’interrupteur ouvre l’électrovanne de bypass du compresseur.

En actionnant le bouton rotatif on alimente la bobine de l’électrovanne permettant ainsi au fluide de by-passer le compresseur, le gaz sortant du compresseur à haute pression est directement aspiré par le cotés basse pression du compresseur, entrainant un accroissement de la Basse Pression et une diminution de la Haute pression. Les causes du disfonctionnement des clapets du compresseur :

• • •

Coup de liquide répété au niveau du compresseur. Mauvais fonctionnement du détendeur ou mauvais réglage. Charge fait du cotés Basse Pression en phase liquide.

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3.8. PANNE 8 : DESHYDRATEUR BOUCHE   La panne s’actionne en tournant le bouton rotatif désigné sur la photo ci-dessous

L’interrupteur ouvre l’électrovanne ou est placé le deshydrateur bouché et ferme le passage standrard.

En actionnant le bouton rotatif on dés alimente l’électrovanne de circulation classique pour bifurquer le passage du fluide vers le deshydrateur bouché.La basse pression diminue jusqu'à atteindre la valeur de consigne du pressostat BP de régulation Les causes d’un deshydrateur bouché :

• •

Limailles de cuivre dans l’installation. Pates d’étanchéité bouchant l’orifice du deshydrateur

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3.9. PANNE 9 : EVAPORATEUR PRIS EN GLACE   La panne s’actionne en tournant le bouton rotatif désigné sur la photo ci-dessous

L’interrupteur ouvre l’électrovanne Bypass de l’évaporateur.

En actionnant le bouton rotatif on alimente la bobine de l’électrovanne situé sur la ligne by passant le passage dans l’évaporateur. Ceci entraine une diminution de la basse pression pouvant entrainer une coupure au niveau du pressostat BP de régulation.

Les causes d’un évaporateur pris en glace :

• •

Problème de l’horloge de dégivrage. Disjoncteur des résistances de dégivrage coupé.

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3.10. PANNE 10 : DEFAUT ELECTROVANNE   La panne s’actionne en tournant le bouton rotatif désigné sur la photo ci-dessous

L’interrupteur ouvre l’électrovanne Bypass de l’électrovanne de régulation.

En actionnant le bouton rotatif on alimente la bobine de l’électrovanne situé sur la ligne by pass de l’électrovanne de régulation. Lorsque que la chambre atteint sa température le thermostat coupe l’électrovanne de régulation mais le fluide continu à passer par le bypass on continue donc a refroidir la chambre. Les causes d’une électrovanne défectueuse :

• • • •

Corps d’électrovanne HS. Pate d’étanchéité qui bloque la fermeture de l’électrovanne. Problème de câblage de l’électrovanne Problème de câblage du thermostat

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3. TRAVAUX PRATIQUES : MANIPULATIONS TP 1 : VIDANGE ET NETTOYAGE DE L’INSTALLATION Objectif : L’élève doit être capable en 4 heures d’effectuer la vidange d’une installation frigorifique et d’en assurer le nettoyage.

On donne : 9 9 9 9 9 9 9

Le kit complet d’une chambre froide. La notice technique et d’utilisation de l’installation. Le dossier pédagogique. Un manifold. Une station de récupération. Une balance électronique. Une bouteille de récupération.

On demande:

1. Prise en main de l’installation 1 Réaliser le schéma fluidique complet de l’installation en s’aidant des documentations à votre disposition (annexe 1). 2 Effectuer une description de l’installation frigorifique sur ½ pages (annexe 2).

2. Manipulations 1 Installaler le manifold sur les lignes de récupération 27 et 33.

2 Raccorder la station de récupération et la bouteille de récupération de fluide frigorigène. 3 A l’aide des documentations techniques de la station de récupération effectuer la récupération du fluide frigorigène contenu dans l’installation frigorifique (annexe 3). 4 Remplir la fiche d’intervention (annexe 4). 5 Procéder au nettoyage complet de l’installation.

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TP 2 : CHARGEMENT DU GAZ ET CONTROLE DE L’ETANCHEITE DU CIRCUIT

Objectif : L’élève doit être capable en 4 heures d’effectuer la charge en fluide frigorigène d’une installation frigorifique et de vérifier l’étanchéité du circuit.

On donne : 9 9 9 9 9 9 9 9

Le kit complet d’une chambre froide. La notice technique et d’utilisation de l’installation. Le dossier pédagogique. Un manifold. Une clef à cliquet frigoriste Une balance électronique. Une bouteille de R134a. Un détecteur de fuite électronique.

On demande:

1. Prise en main de l’installation 1 Réaliser le schéma fluidique complet de l’installation en s’aidant des documentations à votre disposition (annexe 1). 2 Effectuer une description de l’installation frigorifique sur ½ pages (annexe 2). 3 Compléter en rouge le schéma de principe en faisant apparaitre les éléments nécessaire à la charge d’une installation frigorifique. 4 Lister les étapes de montage d’un manifold (annexe 3). 5 Lister les étapes nécessaires pour la charge d’une installation frigorifique (annexe 3).

2. Manipulations 1 Installaler le manifold sur les vannes de service 14 et 21.

2 Raccorder la bouteille de fluide frigorigène. LMD énergétique 

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3 Réaliser une pré-charge de l’installation en phase liquide par la vanne de service Haute Pression. 4 Réaliser le complément de charge en phase gazeuse par l’intermédiaire de la vanne de service Basse Pression. 5 Remplir la fiche d’intervention (annexe 4) 6 Une fois la charge de l’installation terminer remplir le tableau de relevés (annexe 5). 7 A l’aide du détecteur de fuite électronique procéder à la détection de fuite sur toute l’installation. 8 Remplir la fiche de contrôle d’étanchéité (annexe 6) 9 Nettoyage complet de ‘l’installation.

TP 3 : MISE EN MARCHE DE L’INSTALLATION ET VERIFICATION DE L’INTERVENTION DES DISPOSITIFS DE SECURITE LMD énergétique 

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Objectif : L’élève doit être capable en 4 heures d’effectuer la mise en marche de l’installation et de vérifier l’intervention des dispositifs de sécurité.

On donne : 9 Le kit complet d’une chambre froide. 9 La notice technique et d’utilisation de l’installation. 9 Le dossier pédagogique.

On demande:

1. Prise en main de l’installation 1 Réaliser le schéma fluidique complet de l’installation en s’aidant des documentations à votre disposition (annexe 1). 2 Effectuer une description de l’installation frigorifique sur ½ pages (annexe 2). 3 Entourer en rouge les éléments de sécurité de l’installation.

2. Manipulations 1 Lister les vérifications préliminaires à effectuer sur l’installation avant de procéder à la mise en route (annexe 3). 2 Lister les étapes de la mise en route de l’installation (annexe 3). 3 Mettre en route l’installation. 4 En actionnant le commutateur S6 vérifier le seuil de coupure du pressostat Haute Pression de sécurité. 5 En actionnant les commutateurs S2 et S8 vérifier le seuil de coupure du pressostat Basse Pression de sécurité. 6 Consigner les réglages sur la fiche d’intervention (annexe 4). LMD énergétique 

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7 Régler le pressostat Basse Pression de sécurité sur 0,5 bar et le pressostat Haute Pression sur 16 bars en vous aidant des documents constructeur. 8 Nettoyage complet de ‘l’installation.

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TP 4 : ANALYSE DU FONCTIONNEMENT ET DE L’UTILITE DU REGULATEUR DE PRESSION ET ETALONNAGE DES DETENDEURS THERMOSTATIQUE DES DEUX CHAMBRES FRIGORIFIQUE

Objectif : L’élève doit être capable en 4 heures d’analyser le fonctionnement du régulateur de pression et d’étalonner les détendeurs thermostatiques.

On donne : 9 Le kit complet d’une chambre froide. 9 La notice technique et d’utilisation de l’installation. 9 Le dossier pédagogique.

On demande:

1. Prise en main de l’installation 1 Réaliser le schéma fluidique complet de l’installation en s’aidant des documentations à votre disposition (annexe 1). 2 Effectuer une description de l’installation frigorifique sur ½ pages (annexe 2). 3 Entourer en rouge le régulateur de pression d’évaporation et les détendeurs thermostatiques.

2. Manipulations 1 Mettre en route l’installation. 2 Ouvrir la vanne 32 laisser l’installation ce stabiliser et analyser les pressions d’évaporation de la chambre 1 et de la chambre 2 (annexe3). 3 Fermer la vanne 32 laisser l’installation ce stabiliser et analyser les pressions d’évaporation de la chambre 1 et de la chambre 2 (annexe 3). 4 Oter le capuchon de la vanne de régulation de pression de condensation et régler la pression d’évaporation de la chambre 2 à 8°C. LMD énergétique 

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5 Oter l’écrou du détendeur de la chambre 1 et visser la vis de réglage au maximum. 6 Dévisser la vis de réglage du détendeur par ¼ de tour et consigner les relevés dans le tableau (annexe 4) attendre la stabilisation du système après chaque intervention environ 10 minutes jusqu'à l’obtention d’une surchauffe de 5K. 7 Effectuer la même opération sur le détendeur thermostatique de la chambre 2 (annexe 5 ) 8 Nettoyage complet de ‘l’installation.                                

TP 5 : UTILISATION DU DIAGRAMME DE MOLLIER COMME INSTRUMENT DE DIAGNOSTIC LMD énergétique 

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Objectif : L’élève doit être capable en 4 heures de tracer sur un diagramme enthalpique le cycle thermodynamique de l’installation sur un diagramme de mollier et dez l’utiliser comme un instrument de diagnostic

On donne : 9 Le kit complet d’une chambre froide. 9 La notice technique et d’utilisation de l’installation. 9 Le dossier pédagogique.

On demande:

1. Prise en main de l’installation 1 Réaliser le schéma fluidique complet de l’installation en s’aidant des documentations à votre disposition (annexe 1). 2 Effectuer une description de l’installation frigorifique sur ½ pages (annexe 2).

2. Manipulations 1 Mettre en route l’installation. 2 Attendre que l’installation ce stabilise (10 minutes) et procéder au premier relevé de température (annexe 3). 3 Effectuer un second relevé après 20 minutes de fonctionnement (annexe 3). 4 Tracer sur le diagramme enthalpique le cycle de l’installation après 10 minutes de fonctionnement et après 20 minutes (annexe 4 et 5) 5 Actionner le bouton rotatif S5, attendre 10 minutes et effectuer un nouveau relevé (annexe 6). 6 Tracer le diagramme enthalpique (annexe 7). 7 Analyser le nouveau tracé en comparaison avec les premiers tracés et commenter (annexe 8). LMD énergétique 

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8 Ouvrir les vannes 36 et 37 et fermer la vanne 22 (utilisation de l’échangeur liquide – vapeur) 9 Après dix minutes de fonctionnement faire un nouveau relevé (annexe 9) 10 Tracé le nouveau cycle sur le diagramme (annexe 10) 11 Commenter ce cycle par apport aux autres (annexe 11) 12 Nettoyage complet de ‘l’installation.                  

TP 6 : CALCUL DU RENDEMMENT GLOBAL

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Objectif : L’élève doit être capable en 4 heures de tracer sur un diagramme enthalpique le cycle thermodynamique de l’installation sur un diagramme de mollier et calculer le rendement global de l’installation

On donne : 9 Le kit complet d’une chambre froide. 9 La notice technique et d’utilisation de l’installation. 9 Le dossier pédagogique.

On demande:

1. Prise en main de l’installation 1 Réaliser le schéma fluidique complet de l’installation en s’aidant des documentations à votre disposition (annexe 1). 2 Effectuer une description de l’installation frigorifique sur ½ pages (annexe 2).

2. Manipulations 1 Mettre en route l’installation. 2 Attendre que l’installation ce stabilise (15 minutes) et procéder au relevé de température (annexe 3). 3 Tracer sur le diagramme enthalpique le cycle de l’installation (annexe 4) 4 Calculer la puissance consommée par le compresseur. 5 Calculer la puissance au condenseur. 6 Calculer la puissance à l’évaporateur de la chambre 1. 7 Calculer la puissance à l’évaporateur de la chambre 2. 8 Calculer le COP froid de l’installation.

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9 Calculer le COP chaud de l’installation. 10 Nettoyage complet de ‘l’installation.                                          

TP 7 : CALCUL DES COEFFICIENTS D’ECHANGE THERMIQUE

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Objectif : L’élève doit être capable en 4 heures de tracer sur un diagramme enthalpique le cycle thermodynamique de l’installation sur un diagramme de mollier et de calculer les coefficients d’échange thermique.

On donne : 9 9 9 9

Le kit complet d’une chambre froide. La notice technique et d’utilisation de l’installation. Le dossier pédagogique. Un anémomètre.

On demande:

1. Prise en main de l’installation 1 Réaliser le schéma fluidique complet de l’installation en s’aidant des documentations à votre disposition (annexe 1). 2 Effectuer une description de l’installation frigorifique sur ½ pages (annexe 2).

2. Manipulations 1 Mettre en route l’installation. 2 Attendre que l’installation ce stabilise (15 minutes) et procéder au relevé de température (annexe 3). 3 Tracer sur le diagramme enthalpique le cycle de l’installation (annexe 4) 4 Calculer la puissance au condenseur coté fluide frigorigène (annexe 5). 5 Calculer la puissance au condenseur coté air (annexe 5). 6 Calculer le rendement du condenseur (annexe5). 7 Modifier le réglage du variateur condenseur en diminuant la vitesse de rotation. 8 Attendre que l’installation ce stabilise (15 minutes) et procéder au relevé de température (annexe 6). LMD énergétique 

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9 Tracer sur le diagramme enthalpique le cycle de l’installation (annexe 7) 10 Calculer la puissance au condenseur coté fluide frigorigène (annexe8). 11 Calculer la puissance au condenseur coté air (annexe 8). 12 Calculer le rendement du condenseur (annexe 8). 13 Remettre le variateur du ventilateur condenseur en puissance maximale. 14 Actionner le bouton rotatif S5. 15 Attendre que l’installation ce stabilise (15 minutes) et procéder au relevé de température (annexe 9). 16 Tracer sur le diagramme enthalpique le cycle de l’installation (annexe 10) 17 Calculer la puissance à l’évaporateur 1 (annexe 11). 18 Calculer la puissance sur l’évaporateur 2 (annexe 11) 19 Commenter les résultats (annexe 11) 20 Nettoyage complet de ‘l’installation.  

ANNEXE 1

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RELEVES FRIGORIFIQUES, ELECTRIQUES Nature du fluide frigorigène Pression d’évaporation Pression de condensation Température d’évaporation Température de condensation Température au bulbe détendeur Température aspiration compresseur Température refoulement compresseur Température sortie condenseur Température entrée détendeur Intensité absorbée au compresseur Tension absorbée au compresseur Puissance absorbé par le compresseur

ANNEXE 2

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ANNEXE 3

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P cond ff = ___________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ P cond air = __________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ Rend cond =__________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ __________________________________________________________________

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