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Machine frigorifique

Température d'eau glacée

Mesure / lecture de la température par thermomètre digital.

Si possible, l'augmentation du point de consigne augmente le rendement.

Mesure prise à l'emplacement du thermomètre à aiguille
dont la précision est parfois sujette à caution...

Régime d'eau glacée

Mesure des températures de départ et de retour de l'eau glacée, par thermomètre digital.

Si, à puissance maximale, l'écart est inférieur à 5 K, le débit d'eau peut être réduit (économie électrique + diminution du risque d'érosion).

Température à la Basse Pression : T°(BP)

La mesure directe de la température d'évaporation est très difficile. On réalise plutôt la lecture de la basse pression BP au manomètre, que l'on traduit en température d'évaporation en fonction du type de fluide utilisé.

Si l'écart entre T°évaporation et la T°eau sortie évaporateur > 6 à 7 K, il y a encrassement et donc chute de rendement. Si l'écart subsiste après le nettoyage (en général, un détartrage à l'acide), il faut envisager l'extension de la surface de l'évaporateur.

Il faut ici particulièrement faire attention au risque de gel de l'évaporateur. En principe, il existe un thermostat de sécurité antigel sur la sortie de l'évaporateur. Si la température descend sous les 3°C, la machine est mise à l'arrêt.

Il est d'ailleurs possible que la baisse de température de fonctionnement de l'évaporateur soit la conséquence d'une réduction de la surface d'échange de l'évaporateur (par exemple, en bouchant des tubes qui auraient éclaté sous l'effet du gel, suite à un fonctionnement de la machine frigo avec une irrigation en eau insuffisante).

Pour connaître la température d'évaporation à partir de la mesure de la basse pression, voici une table de correspondance entre la température et la pression relative mesurée à l'aspiration de la machine frigorifique pour quelques fluides frigorigènes :

Intensité absorbée par le compresseur

A puissance nominale, mesurer l'intensité à la pince ampèremétrique sur chaque phase, les valeurs doivent être peu différente et proche ou inférieures à celle de la plaque signalétique. On peut forcer l'allure de la machine frigorifique pendant cette mesure (en abaissant la demande à l'évaporateur, par exemple).

L'idéal dans ce domaine est toujours de comparer d'une année à l'autre... Donc il faut noter les valeurs mesurées.

Il vaut en général mieux de ne pas faire confiance aux ampèremètres présents sur la machine.

Si l'on passe de 1 à 2 étages et que l'intensité ne bouge pas, c'est qu'il y a des clapets cassés.

Pression et température de condensation à la Haute Pression : T°(HP)

La mesure directe de la température de condensation est très difficile. On réalise plutôt la lecture de la haute pression HP au manomètre, que l'on traduit en température de condensation en fonction du type de fluide utilisé. Si c'est du R22, la double indication (pression-température) est souvent inscrite sur le manomètre.

La valeur de la pression varie suivant le système, sauf compresseur à vis : HP-BP = 10 bar.

La variation de la Haute Pression (le plus bas possible, suivant la technologie de fabrication) réduit la consommation électrique.

Ecart de température entre le condenseur et le fluide refroidissant : T°(HP)

Mesurer l'écart entre la température de condensation et la température du fluide refroidissant.

Pour un condenseur à eau, si l'écart entre T°condensation et la T°eau sortie condenseur > 6 à 10 K, il y a encrassement et donc chute de rendement. Si le dT° dépasse 15 K, il faut envisager l'extension de la surface du condenseur.

Pour un condenseur à air, l'écart entre la température de condensation et la température de l'air à l'entrée doit être de l'ordre de 15 à 20 K à pleine charge. A charge partielle, le delta T° doit diminuer proportionnellement.

Si ces écarts sont dépassés malgré un détartrage régulier, c'est que le condenseur est trop petit. Or toute augmentation de 1° de cet écart entraîne 3% de consommation en plus.

Remarque : pour connaître la température de condensation, lire la haute pression, et se référer tableau de correspondance température/pression du fluide frigorigène (Exemple pour le R22, R134a et R407c)

Sous-refroidissement

Mesurer température ligne liquide (T°liq), à l'entrée du détendeur, au moyen d'un thermomètre de contact, puis la comparer à la température de condensation T°(HP), déduite de la valeur de la Haute Pression.

Sauf pour les détendeurs à capillaire, le sous-refroidissement (qui est la différence T°(HP) - T°(liq)) doit se situer entre 5 et 7 K.

Une augmentation du sous-refroidissement augmente la puissance frigorifique de la machine frigorifique et son efficacité énergétique. Le travail compresseur reste en effet constant alors que la plage d'évaporation s'accroît. Concrètement, pour une situation type donnée, on a observé 0,8% d'accroissement du COP par degré d'augmentation du sous-refroidissement pour du R-22 et 1%/K pour du R-134a (source : "Le froid efficace dans l'industrie"- Ademe- France).

Si une faible valeur est rencontrée, c'est l'indication :

  • soit d'un manque de fluide frigorigène (fuite ?),
  • soit d'un encrassement du condenseur (mauvaise condensation, donc peu de liquide ?).

S'il s'agit d'un détendeur à capillaire (petites installations du type climatiseur), le sous-refroidissement doit être plus faible car à l'arrêt, il y aura égalisation des pressions Haute et Basse; donc du liquide pénétrera dans l'évaporateur; donc risque de coup de liquide au démarrage si la quantité est trop importante.

Surchauffe

Mesurer température d'aspiration (T°asp) au moyen d'un thermomètre de contact

Pour les détendeurs thermostatiques, la différence entre la T°évaporation(BP) et T°aspiration à l'entrée du compresseur = 6 K à 8 K. Pour les détendeurs électroniques, la différence entre la T° BP et T° asp = 3 K.

Une réduction de la surchauffe permet une augmentation de la puissance frigorifique, mais :

  • une surchauffe trop faible peut provoquer des coups de liquide au compresseur,

  • une surchauffe trop forte entraîne une usure prématurée des compresseurs par élévation de leur température de refoulement.

Température de refoulement

Mesurer la température à la sortie du compresseur.

La température dépend du fluide (pour un condenseur à air : 60 ... 70°C). Avec du fluide 410c, on peut atteindre une température de 110°C. Il est bon d'avoir les données du fabricant.

Si la température de refoulement en sortie de compresseur est élevée, c'est peut être qu'il y a présence d'incondensables (air, eau). Il y a alors risque de dégrader rapidement l'huile...

Test : si la machine est à l'arrêt, le condenseur se met entièrement à la température extérieure (condenseur à air). En mesurant à ce moment la pression, elle doit correspondre à la valeur théorique correspondant à la température du fluide du fluide. Si elle est plus élevée, c'est le signe qu'il y a des incondensables dans le circuit (par exemple, un nettoyage à l'azote qui n'aurait pas été bien tiré au vide).

Aspect extérieur des compresseurs et organes associés

Traces de condensation (isolation défectueuse ou pas d'isolation).

A protéger si risque de corrosion avec fuites (eau ou frigorigène) - Éviter les risques de rejet à l'égout public de rouille, etc

Corps d'évaporateur

Dégradation éventuelle de l'isolation (passage de vapeur d'eau) + absence de corrosion de la surface.

Risque de perforation à long terme avec perte de fluide frigorigène.

Clapets cassés ?

Il s'agit de 2 tests comparatifs à réaliser d'année en année :

  • la mesure du temps de "pump down". C'est le temps en seconde entre l'arrêt de la vanne magnétique avant le détendeur et l'arrêt du compresseur sur la Basse Pression. Si ce temps s'allonge, c'est l'indication qu'il y a des fuites aux clapets.

  • la mesure du temps pour que les pressions s'équilibrent à l'arrêt de la machine. Si les clapets sont cassés, la Haute Pression descend très vite.

Type de frigorigène

Vérification du type de fluide utilisé : CFC (interdit) , HCFC (interdit), HFC (réduction d’utilisation règlementaire entre 2015 et 2030), autre ...?

Circuit du frigorigène

Absence de fuites (pas de traces d'huile au sol, corrosion de brasures, etc).

Défaut d'étanchéité soupape, perte de fluide à l'atmosphère, dégradation de la couche d'ozone si CFC, HFCF + frais de remplissage.
R
emplacer la soupape si risque de rupture.

Bombe aérosol.

Détecteur électronique.

pH du fluide frigorigène

Couleur de l'indicateur d'humidité sur ligne liquide / test d'acidité sur échantillon d'huile.

Si pH acide, vérifier l'étanchéité du circuit, réparer les fuites, changer l'huile, remplacer la cartouche du déshydrateur (ou en installer une) et tirer au vide (de préférence avec de l'azote "R").

Résistance de carter

Durant l'arrêt des compresseurs à pistons, la température de carter doit être env. 40°C.

En fonctionnement, le carter ne doit pas être froid, il ne doit pas condenser et encore moins givrer. On admet qu'il doit avoir à peu près la température ambiante du local. S'il est trop froid, un réglage s'impose par le frigoriste.

Si le carter n'est pas chauffé, risque de grippage au démarrage du compresseur, avec destruction du bobinage du moteur.

Compteurs d'heures (h) compresseurs ou groupe frigo

Existence du compteur (sinon à placer), vérification du fonctionnement + relevés.

Période ± 3 000 h/an , valeur courante de 1 250 h à 1 800 h en non modulant.

Compteurs de démarrage (d) compresseurs

Existence du compteur (sinon à placer), vérification du fonctionnement + relevés.

Si le total est supérieur à 6 000/mois, vérifier la régulation.

Dimensionnement du groupe frigorifique

Calculer le cycle moyen (h/d) c-à-d quotient des deux valeurs ci-avant. Cela ne fonctionne pas sur les appareils modulants (compresseur à vis, par exemple).

Si la valeur est inférieure à 10 minutes, la puissance est à réduire dans la mesure du possible ou la régulation de mise en cascade est mal réglée (voir technologie appliquée).

Niveaux

Ils sont surveillés plus que mesurés. Ce sont :

  • le niveau de frigorigène dans la bouteille accumulatrice de liquide, dans les séparateurs basse ou moyenne pression,

  • le niveau d'huile dans le système d'alimentation en huile de compresseurs en parallèle,

  • le niveau d'eau dans le bac de rétention d'eau de la tour de refroidissement ou du condenseur "évaporatif".

On contrôlera également :

La qualité de passage du fluide frigorigène dans le voyant liquide : il ne doit pas y avoir de bulles. S'il y a des bulles, cela traduit, dans la plupart des installations, un manque de fluide et donc probablement une fuite.

 

La présence d'humidité dans le circuit frigorifique modifie la couleur dans le voyant (dry = sec, wet = humide).

La présence d'humidité peut gravement endommager le groupe froid, notamment par la corrosion des vernis sur les enroulements.

 

Une fuite de fluide provoque un fonctionnement prolongé du compresseur (mais à puissance moindre) et des ventilateurs du condenseur. Le rendement est donc dégradé.

Dans les 2 cas, un dépannage rapide par le frigoriste est nécessaire.

Quels paramètres enregistrer ?

Lorsqu'une régulation numérique est mise en place, la question des points de mesure à relever pour la maintenance se pose. Reprenons ici les recommandations citées dans l'ouvrage "Le froid efficace dans l'industrie" publié par l'Ademe. Elle est donnée à titre de check-list car encore faut-il disposer du temps pour analyser les résultats...!

Pressions

  • pressions du frigorigène : d'évaporation, de condensation, intermédiaire (dans le cas d'un cycle biétagé),
  • pressions différentielles d'huile des compresseurs,
  • pressions de refoulement des diverses pompes : de frigorigène (circuit noyé), de frigoporteur, d'eau, etc.

Températures

  • Du frigorigène : à l'entrée des compresseurs, à la sortie de ceux-ci, à la sortie de la bouteille accumulatrice de liquide, à l'entrée des régleurs, à la sortie des évaporateurs, etc.

  • Des milieux refroidis :

    • températures des chambres froides des cuisines collectives,
    • températures de bacs à liquides refroidis,
    • températures d'entrée et de sortie de l'évaporateur de la boucle d'eau glacée

  • Des milieux de refroidissement : températures d'entrée et de sortie d'eau du condenseur, température de l'air entrant dans un condenseur à air, etc.

  • Du carter du compresseur 

Débits

La mesure du fluide frigorigène est peu courante, et c'est souvent dommage, les quelques mesures pratiquées le sont sur l'eau. Le coût relativement faible des capteurs est certainement une explication.

États logiques

  • état de marche ou d'arrêt d'un compresseur,
  • état d'ouverture ou de fermeture d'un robinet électromagnétique ou d'une vanne motorisée,
  • fonctionnement ou non du dégivrage de tel évaporateur, etc.

États analogiques (ou numériques)

  • position, exprimée en fraction de charge, du tiroir de réglage d'un compresseur à vis,
  • degré d'ouverture d'un robinet motorisé, d'un détendeur,
  • nombre de cylindres en fonction dans un compresseur, etc.

Puissances ou consommations électriques

  • de machines sur lesquelles on fait porter l'attention, par exemple pour en optimaliser le fonctionnement : compresseurs, pompes, ventilateurs, etc.

Temps

  • temps de marche d'une machine en vue de l'homogénéisation du temps de fonctionnement de machines en parallèle, etc.

Exemples d'utilisation de ces mesures

  1. La connaissance des pressions et des températures d'entrée et de sortie d'un compresseur est un indicateur de son bon fonctionnement. Les valeurs nominales devraient toujours se trouver à proximité de l'équipement, car si la température de refoulement est plus élevée qu'elle le devrait, il y a un risque que les clapets ne soient plus étanches, ce qui nécessite une intervention.

  2. A partir des températures et du débit d'eau traversant le condenseur, on peut déduire la quantité d'énergie échangée. En y ajoutant la température de condensation du fluide frigorigène, on peut connaître le coefficient d'échange thermique du condenseur et le comparer à sa valeur initiale. Si elle décroît fortement, ce sera l'indication d'un entartrage ou de présence de boues à éliminer par un nettoyage de l'échangeur.

Tour de refroidissement

En général

La tour de refroidissement constitue un consommateur d'eau et d'énergie non négligeable.

On vérifiera le bon fonctionnement des ventilateurs, la tension et alignement des courroies pour réduire le risque de dégâts mécaniques dûs à un mauvais entraînement (courroies, paliers, roulements), générant en plus du bruit.

En dehors des actions d'amélioration de la régulation de la tour (par exemple : 1° agir sur le ventilateur, 2° agir sur la vanne 3 voies mélangeuses), il existe diverses mesures d'exploitation reprises ci-dessous.

Astuce : comment reconnaître le type de tour de l'extérieur ? On reconnait une tour fermée parce qu'elle a 4 tuyaux (2 pour l'eau à refroidir venant du condenseur, 2 pour l'alimentation en eau de pulvérisation); par contre, une tour ouverte n'a que les tuyaux venant du condenseur)

Tour de refroidissement à circuit ouvert

Dans ces installations, le condenseur a tendance à se boucher du fait du calcaire qu'il y a dans l'eau potable qui sert de fluide de refroidissement. L'entartrage autour de tubes d'échangeur forme isolant et par conséquent la température de condensation augmente avec pour conséquence une augmentation de puissance électrique absorbée. Il est donc très important de détartrer régulièrement les condenseurs.

Il se peut aussi que les nids d'abeilles dans lesquels ruisselle l'eau dans la tour de refroidissement se désagrègent avec le temps, et les petits morceaux de plastique qui se détachent se déposent dans le condenseur.

Il en va de même des parties rouillées des tuyauteries, souvent encore enrobées de calcaire qui finissent aussi dans le condenseur et qui bouchent alors directement les tubes du condenseur d'un coup.

On peut combattre l'introduction des grosses particules en posant un filtre grossier à l'entrée du condenseur.

Corrosion de l'habillage est à protéger pour retarder mise au rebut et ainsi limiter la production de déchets.

On sera attentif également au risque de développement de la légionelle puisque la température de l'eau y est très favorable (30 à 50°C). Une désinfection chimique avec de l'hypochlorite de sodium (eau de Javel) y sera régulièrement réalisée. Si l'installation est critique (risque de contamination par respiration du panache de vapeur d'eau poussé par le vent), une désinfection continue devra y être réalisée.

Tours de refroidissement en circuit fermé

Dans ces installations, le fluide à refroidir circule dans un réseau fermé mais on fait ruisseler de l'eau potable (en général naturellement chargée en calcaire) sur les faisceaux de tuyaux pour augmenter le refroidissement.

Donc là aussi, le principal problème est le calcaire qui se dépose autour des tuyaux à refroidir dans la tour, mais qui ne peut heureusement pas entrer dans le circuit puisqu'il est fermé.

Il faut là aussi régulièrement détartrer l'intérieur de la tour pour éviter que ne diminuent les qualités d'échange de chaleur.

Débit d'eau de déconcentration

Le débit de déconcentration en sel de l'eau de la tour constitue une source de consommation d'eau importante. Il est possible remplacer le débit de déconcentration des tours fermées par une purge régulière.

Pour définir le réglage du débit, il y a lieu soit de vérifier la conductivité de l'eau (en micro-siemens), soit de comparer la concentration en ions chlore avec celle de l'eau du réseau (par exemple, elle ne peut pas être 3 fois plus forte que la valeur initiale). Valeurs à préciser auprès du fournisseur du matériel.

Danger de gel dans les tours de refroidissement

L'eau qui se trouve dans les tours de refroidissement peut geler s'il fait froid. Pour éviter ce phénomène, on équipe les tours de résistances chauffantes électriques.

Il sera très utile de vérifier la régulation du système de chauffage de l'eau du bac.

Il est bien évident que ces corps de chauffe ne doivent fonctionner qu'en cas de nécessité, càd en cas de fonctionnement réel de la tour en hiver.

Pour une tour à circuit ouvert, il faut en hiver vidanger le circuit jusqu'au condenseur, ne pas oublier d'arrêter la pompe de circulation et débrancher le corps de chauffe électrique pour éviter qu'il ne marche par inadvertance. Dès ce moment, l'installation froid ne peut plus fonctionner.

Pour une tour en circuit fermé, la démarche est la même, mais l'installation peut continuer à fonctionner, l'air étant assez froid pour assurer seul les besoins en refroidissement.

Aéro-refroidisseurs ou condenseurs à air

  

Nettoyage des batteries

Dans les condenseurs refroidis à l'air, le principal problème est le nettoyage des batteries, car le genre de construction de ces appareils ne prévoit presque jamais de filtres anti-poussières.

Il est donc nécessaire de dépoussiérer et enlever régulièrement les feuilles mortes et autres déchets, faute de quoi, le débit d'air diminuant, les qualités d'échange diminuent aussi, ce qui entraîne une diminution de la puissance frigorifique et une augmentation de la puissance électrique absorbée. Le serpentin peut être nettoyé à l'aide d'un compresseur à air ou à eau à basse pression (travail à réaliser de préférence par un frigoriste car les ailettes sont peu résistantes mécaniquement).

Une augmentation de 5 K de la température de condensation (suite à l'encrassement) entraîne une augmentation de consommation électrique de 10 à 15 %.

Corrosion

L'habillage de l'équipement contre la corrosion est à protéger pour retarder mise au rebut et ainsi limiter la production de déchets.

Régulation

Vérifier la bonne régulation de la pression de condensation (enclenchement de la cascade de ventilateurs, pour contribuer à abaisser le plus possible la pression de condensation.

Déclenchements du compresseur par forte température extérieure

Si le compresseur déclenche régulièrement par période de forte chaleur, c'est suite au pressostat HP (Haute Pression) : la condensation se fait à trop niveau de pression.

Le frigoriste risque malheureusement de diagnostiquer une insuffisance de puissance de l'installation (ce qui est exact) et de proposer un remplacement par un compresseur plus puissant. Mais la nouvelle installation sera alors surpuissante toute l'année...

Si le fabricant l'autorise, il vaut mieux augmenter le seuil de pression de déclenchement du compresseur. La machine frigorifique pourra alors continuer à fonctionner, tout en donnant temporairement une puissance frigorifique plus faible que sa valeur nominale. L'inconfort résultant sera limité.

On étudiera également si ce n'est pas le condenseur qui est sous-dimensionné par rapport au compresseur : une augmentation de surface de condensation améliorera le rendement toute l'année.

Lors d'une panne d'une cascade de compresseurs, on pourra soit redémarrer l'installation avec un seul compresseur (bénéficiant de l'ensemble de la surface du condenseur, il verra la température de condensation fortement diminuer), soit arroser le condenseur...!

Nuisances acoustiques

Si la nuisance sonore est surtout importante aux basses fréquences, il est possible que les machines tournantes (ventilateur du condenseur, moteur du compresseur,...) soient mal équilibrées.

Ce défaut s'accentue avec l'usure des équipements.

Deux solutions pour améliorer la situation :

 

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