Tout savoir sur les compresseurs frigorifiques
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Qu'est-ce que le compresseur piston : régulation par by-pass d'un cylindre ?
Lorsque l'on détermine la puissance nécessaire pour une installation ou un compresseur, on tient compte des besoins maximaux. Dans la plupart des cas, il n'est pas nécessaire de fonctionner à pleine puissance. Il existe plusieurs façons d'ajuster la puissance frigorifique d'un compresseur selon la demande, notamment en mettant hors service un ou plusieurs cylindres d'un compresseur à piston.
Bien qu'il ne soit pas le système le plus écoénergétique de nos jours et qu'il ne réduise pas l'usure de la machine, la désactivation de certains cylindres reste une méthode fiable pour réduire la puissance. Par exemple, dans un compresseur à 3 cylindres, chaque cylindre représente un tiers de la puissance totale. Bien que l'utilisation d'un variateur de fréquence ne soit pas optimal en termes de progressivité, ce système reste souvent suffisant, notamment pour les installations multi-étagées.
En situation de fonctionnement normal à pleine puissance, le compresseur suit les étapes suivantes :
- Aspiration (gaz froids, basse pression)
- Clapet d'aspiration
- Piston
- Clapet de refoulement
- Clapet de retenue au refoulement
- Refoulement (gaz chauds, haute pression)
- Orifice d'égalisation HP
- Vanne électromagnétique
- Orifice égalisation BP
- Clapet de by-pass
En situation de fonctionnement en by-pass avec puissance réduite, la vanne électromagnétique est sous tension. Le pointeau de la vanne libère l'orifice BP, remplaçant rapidement la HP. Le clapet de by-pass s'ouvre en raison de la pression du ressort, tandis que le clapet de retenue ferme le passage vers la tuyauterie HP. Cela a pour effet d'empêcher la compression, mettant ainsi le cylindre hors service.
Qu'est-ce que le dimensionnement d'un compresseur volumétrique ?
Comprendre le fonctionnement d'un compresseur volumétrique : explications et formules clés
Pour saisir pleinement le dimensionnement et le fonctionnement d'un compresseur volumétrique, certains termes essentiels doivent être maîtrisés. Voici les points essentiels à retenir ainsi que des formules clés à titre informatif.
Le principe de base d'un compresseur volumétrique repose sur la compression d'un fluide contenu dans un cylindre à volume variable. En utilisant un piston, le volume est réduit progressivement pour augmenter la pression du fluide. Une fois comprimé, le fluide est expulsé vers la tuyauterie à haute pression et température.
Puissance frigorifique : cette mesure indique l'énergie absorbée par le fluide frigorigène par unité de temps, déterminant la puissance du compresseur en kW. Elle dépend de facteurs tels que le fluide utilisé, les pressions de fonctionnement, la vitesse de rotation et les températures d'évaporation et de condensation.
Volume aspiré : il s'agit du volume réel de vapeur froide aspiré par le compresseur en m^3/h, calculé par la formule Va = qm * vm * 3600.
Cylindrée : la cylindrée constitue le volume balayé par la course du piston entre le point haut et bas, calculé par Cylindrée = π (D^2 / 4) x C x NB.
Volume balayé : ce volume représente la quantité de fluide balayé par le ou les pistons en 1 heure, calculé par Vb = C x n x 60.
Taux de compression : c'est le rapport entre la pression de refoulement et la pression d'aspiration, influençant le rendement volumétrique du compresseur.
Rendement volumétrique : indiquant le rapport entre le débit de volume aspiré et le volume balayé du compresseur, dépendant de plusieurs facteurs mentionnés.
Puissance théorique : cette puissance exprimée en kW nécessaire pour la compression des vapeurs dépend du taux de compression et des pertes de charge mécaniques.
Qu'est-ce que le démarrage d'un compresseur monophasé ?
Les compresseurs frigorifiques de petite puissance (type monophasé) utilisés dans les réfrigérateurs et les meubles réfrigérés positifs ou négatifs ont plusieurs modes de démarrage en fonction de la puissance du compresseur et du couple de démarrage associé.
La construction de ces compresseurs comprend deux enroulements différents :
- L'enroulement Principal, plus robuste et plus gros, conçu pour supporter l'intensité nominale du moteur.
- L'enroulement de démarrage, composé d'un fil plus fin et plus résistant au passage du courant.
Démarrage par CTP : Ce mode de démarrage est le plus simple ; il implique l'insertion d'une thermistance (semi-conducteur) entre l'enroulement principal et l'enroulement de démarrage. La thermistance CTP (Coefficient Température Positive) augmente sa résistance en fonction de sa température. Au démarrage du compresseur, l'enroulement principal étant sous tension, la thermistance CTP offre une résistance pratiquement nulle, ce qui alimente également l'enroulement de démarrage, permettant ainsi au moteur de démarrer. Lorsque l'intensité traversant la CTP croît après une à deux secondes, sa température et sa résistance augmentent, interrompant l'alimentation de l'enroulement de démarrage. Ce démarrage convient aux installations avec détendeur à capillaire.
Démarrage PSC : Principalement utilisé dans les petites installations frigorifiques dotées de compresseurs à faible couple de démarrage et avec détendeur à capillaire, ce démarrage implique l'utilisation d'un condensateur en série avec l'enroulement de démarrage pour améliorer le couple.
Démarrage RSIR : Ce mode de démarrage utilise un relais d'intensité ou un relais de tension pour garantir un couple suffisant au démarrage du compresseur.
Relais d'intensité : L'intensité initiale au démarrage active le relais d'intensité pour permettre le démarrage du moteur. Si l'intensité en marche normale devient insuffisante, le relais s'ouvre pour désactiver l'enroulement de démarrage.
Relais de tension : Au démarrage, l'enroulement principal et l'enroulement de démarrage sont alimentés via le contact du relais de tension. Lorsque la vitesse nominale est atteinte, la tension augmente suffisamment pour ouvrir le contact et couper l'alimentation de l'enroulement de démarrage.
Démarrage CSIR : Identique au démarrage RSIR, ce montage ajoute un condensateur en série avec l'enroulement de démarrage pour améliorer le couple, adapté pour les détendeurs thermostatiques nécessitant un couple important.
Qu'est-ce que la lubrification des compresseurs ?
Afin d'optimiser la durabilité des compresseurs, une lubrification adéquate est essentielle. L'huile joue un rôle crucial en réduisant les frottements et en dissipant la chaleur générée par l'activité mécanique, en assurant ainsi le bon fonctionnement des pièces mobiles.
Lubrification par barbotage (compresseurs à pistons) : Ce système basique consiste à immerger les têtes de bielle dans l'huile du carter, dissipant de manière aléatoire de l'huile. Il convient aux compresseurs de faible puissance ne dépassant pas 900 tr/min pour éviter une émulsion excessive. Certains compresseurs intègrent un système plus sophistiqué où l'huile projetée ruisselle sur les parois pour être recueillie dans une auge en communication avec l'arbre d'entraînement, assurant une distribution centrifuge aux points nécessitant de la lubrification.
Lubrification par pompe à huile (compresseurs à pistons) : Une pompe située à l'extrémité de l'arbre achemine l'huile filtrée par une crépine dans des canaux dédiés pour lubrifier les paliers et les axes des pistons. La pompe, avec ses lobes fixes et mobiles, comprime l'huile aspirée jusqu'à son refoulement.
Lubrification des compresseurs hermétiques (piston, scroll) : Dans ce type de compresseur, l'arbre creux avec une rainure hélicoïdale plonge dans l'huile, constituant ainsi le circuit d'aspiration. La rotation de l'arbre génère une force centrifuge aspirant l'huile dans l'arbre pour la répartir sur les pièces en mouvement, puis retourne dans le carter par gravité.
Lubrification des compresseurs à vis : Les compresseurs à vis requièrent une injection directe d'huile entre les deux rotors généralement sous pression HP. L'huile réduit l'usure mécanique en assurant un contact optimal constant entre les rotors. Un séparateur d'huile est nécessaire pour séparer l'huile du fluide frigorigène.
Qu'est-ce que le compresseur centrifuge ?
Le compresseur centrifuge, adapté aux installations de froid et de climatisation de forte puissance à partir de 1000 kW, est idéal pour les grands centres commerciaux et industriels.
Le fonctionnement du compresseur centrifuge est similaire à celui des pompes centrifuges de circulation. Il est composé d'une roue entraînée par un moteur tournant à grande vitesse, équipée d'aubes ou d'ailettes inclinées qui convertissent l'énergie mécanique en pression et énergie cinétique. Un diffuseur situé en aval convertit une grande partie de cette énergie cinétique en pression.
Étant donné que ces compresseurs ont un faible taux de compression, plusieurs roues en série sont généralement utilisées, reliées par des diaphragmes pour faire circuler l'air comprimé d'une roue à l'autre.
Les compresseurs centrifuges peuvent être semi-hermétiques avec un moteur électrique ou ouverts, séparant la partie compresseur et la partie moteur par un accouplement, permettant l'utilisation de différents types de moteurs.
Pour réduire la puissance des compresseurs centrifuges, on peut ajuster le débit d'air à l'entrée en modifiant l'angle des ailettes, ce qui permet de diminuer la puissance absorbée. Une autre méthode est de varier la vitesse de rotation pour contrôler le débit et le taux de compression, bien que cela puisse entraîner des problèmes de pression minimale au refoulement et de vibrations lors d'un fonctionnement à faible puissance.
Qu'est-ce que la régulation de la puissance des compresseurs ?
Les méthodes de régulation de puissance d'un compresseur pour une adaptation optimale à la demande :
Les solutions les plus simples :
Tout ou rien (TOR): Le mode de fonctionnement le plus commun et simple consiste à mettre en marche ou à arrêter le compresseur pour maintenir la température du médium. Cependant, ce mode entraîne des fluctuations importantes de température et des pics de consommation.
Régulation Pump Down: Cette méthode repose sur l'utilisation d'une électrovanne pilotée par le thermostat d'ambiance. Lorsque le thermostat détecte une demande, l'électrovanne est activée, augmentant la pression dans la tuyauterie. Une fois que la pression atteint le seuil défini, le compresseur démarre. Une fois que la température cible est atteinte, le compresseur reste en marche jusqu'à ce que la pression descende à un certain niveau et déclenche l'arrêt.
Régulations spécifiques :
Mise hors service de cylindre: Ce système assez répandu pour les compresseurs à pistons consiste à désactiver un cylindre en bloquant les clapets d'aspiration ou en court-circuitant la basse pression.
Vanne d'injection gaz chauds: Cette vanne ajuste la puissance du compresseur en prélevant des gaz chauds du refoulement pour les réintroduire dans l'évaporateur, garantissant une basse pression correcte lors des variations de charge.
Tiroir mobile: Utilisé uniquement pour les compresseurs à vis, cette régulation modifie la puissance en déplaçant un tiroir le long de la vis pour ajuster la compression des gaz.
Les méthodes plus modernes :
Variation de vitesse ou inverter: Cette approche permet d'ajuster la vitesse du compresseur en fonction de la demande, modifiant ainsi sa puissance. L'inverter (DC) est une technologie connue pour cette adaptation ou un variateur de fréquence peut également être utilisé.
Compresseur digital Scroll: Ce type de compresseur est composé de deux spirales permettant de réguler la capacité frigorifique en fonction de la demande, offrant ainsi une solution simple et efficace pour la régulation de la puissance d'un compresseur.
Qu'est-ce que le compresseur Discus ?
La conception évolutive des compresseurs Discus a conduit à des performances remarquables et une fiabilité inégalée dans l'industrie du froid et de la climatisation. Ce compresseur piston classique se distingue par l'intégration de clapets coniques dans sa plaque à clapet, réduisant l'espace mort haut et améliorant ainsi son efficacité énergétique par rapport aux clapets traditionnels à lames. L'optimisation de la forme annulaire diminue l'échauffement du processus de compression et réduit les pertes de charge, assurant une admission et une refoulement uniformes du gaz autour des clapets Discus.
Pour des performances optimales, les compresseurs Discus sont dotés de plaques à clapets conçues spécifiquement en fonction de la plage d'application (basse, moyenne, haute température). Ils offrent une efficacité supérieure, consommant jusqu'à 15 % de moins que les compresseurs classiques tout en fournissant une puissance frigorifique plus élevée. Cette technologie a permis de réduire la puissance requise des moteurs électriques pour les applications à basse et moyenne température.
Ces compresseurs offrent une modulation de puissance polyvalente, pouvant être réalisée de deux manières : par la suppression d'un cylindre (pour les compresseurs semi-hermétiques à plusieurs cylindres) ou par la réduction de la vitesse de rotation du compresseur grâce à un variateur de fréquence (allant de 10 à 100 %).
Qu'est-ce que le compresseur à vis ?
Il existe deux types de compresseurs à vis :
Compresseur mono-vis : Le compresseur mono-vis a une gamme plus limitée, allant de 300 à 5 000 m3/h. Il est composé d'un rotor principal (vis sans fin) avec des cannelures hélicoïdales et de deux satellites revêtus de Téflon, disposés de chaque côté du rotor. Pour assurer l'étanchéité, de l'huile est injectée sur la vis. Pendant la rotation de la vis, le fluide remplit les canaux de la vis, puis les satellites réduisent le volume dans les cannelures, permettant la compression dans la partie supérieure du compresseur pour un satellite et dans la partie inférieure pour l'autre satellite. Le gaz comprimé est ensuite évacué par des orifices des deux côtés des satellites.
Compresseur bi-vis : Le compresseur bi-vis, un type volumétrique rotatif, est constitué d'un rotor mâle et d'un rotor femelle avec une denture hélicoïdale, utilisé pour des débits volumiques de 100 à 10 000 m3/h. Les deux rotors tournent à grande vitesse en sens opposé, permettant l'aspiration, la compression et le refoulement du gaz de manière continue le long des vis, des orifices d'aspiration aux orifices de refoulement.
Étant donné que les rotors tournent en sens opposés, l'espace augmente à mesure qu'ils avancent, aspirant le gaz, puis diminue en comprimant le gaz et le refoulant par un orifice en fin de parcours. Ce compresseur nécessite une lubrification abondante pour assurer l'étanchéité et le refroidissement des rotors en formant un film. La variation de puissance de 15 à 100% peut être obtenue en modulant la vitesse ou en ajustant un tiroir pour n'utiliser qu'une partie de la longueur des vis pour la compression. Ce compresseur fiable et nécessitant peu d'entretien est adapté pour des puissances allant de 30 kW à 1 000 kW.
Qu'est-ce que le compresseur inverter ?
L'inverter n'est pas un type de compresseur en soi, mais plutôt un mode de fonctionnement. Les compresseurs rotatifs ou scroll sont particulièrement adaptés à la technologie inverter en raison de leurs types de transmissions.
Qu'est-ce qu'un compresseur inverter? Contrairement aux compresseurs traditionnels qui fonctionnent à vitesse fixe, l'inverter peut ajuster sa vitesse en fonction de la demande en variant la fréquence du courant. Cela permet une adaptation constante du volume aspiré et de la puissance du compresseur aux besoins de l'espace, offrant ainsi une flexibilité accrue et une consommation optimisée. Un avantage supplémentaire de cette technologie est l'élimination des fluctuations de température observées avec les compresseurs traditionnels tout ou rien.
Il existe deux types d'inverter principaux:
Inverter avec compresseur fonctionnant sur courant alternatif: Ce type privilégie les compresseurs scroll associés à des moteurs triphasés en raison de leur simplicité et de leur robustesse. La variation de vitesse s'effectue par l'augmentation ou la réduction de la fréquence du courant, rendue possible par des platines électroniques.
Inverter avec compresseur à moteur courant continu (DC): Cette technologie est largement utilisée de nos jours pour sa fiabilité et son coût réduit. Les compresseurs avec moteur courant continu sont alimentés en tension continue à partir d'une source alternative (monophasée ou triphasée). Ils se composent d'un rotor à aimant permanent et de stators créant un champ magnétique tournant.
Pour alimenter correctement un compresseur à moteur DC, trois étapes sont essentielles:
- Redressement du courant alternatif pour obtenir un courant continu en supprimant les alternances négatives.
- Utilisation de bobines et condensateurs pour lisser ce courant et le rendre stable.
- Distribution séquentielle du courant continu aux stators contrôlée par un microprocesseur et un IPM. Ce contrôle de la vitesse permet d'adapter le fonctionnement du compresseur en fonction de la demande.
En conclusion, les compresseurs inverter offrent une solution efficace pour répondre aux besoins variables en climatisation, offrant flexibilité, efficacité énergétique et stabilité de température.
Qu'est-ce que le compresseur digital Scroll ?
En matière de froid et de climatisation, il est essentiel de pouvoir ajuster facilement la puissance fournie par le compresseur en fonction de la demande. Une solution efficace pour réguler cette puissance est d'utiliser un compresseur Digital Scroll.
Le compresseur Digital Scroll, composé de deux spirales - l'une fixe et l'autre mobile, est entraîné par un moteur électrique. La vitesse du compresseur reste constante, ce qui permet d'adapter la puissance en réponse à la demande grâce à l'utilisation d'une vanne solénoïde placée entre l'aspiration et la partie supérieure du compresseur. Lorsque la vanne est activée, la haute pression communique avec la chambre de modulation, et un mécanisme soulève la spirale fixe, interrompant la compression. Une fois la vanne désactivée, la spirale fixe reprend sa position initiale, permettant à la compression de reprendre à pleine charge.
Ce type de compresseur offre une large plage de capacité de puissance de 10 % à 100 %. Par exemple, si un cycle dure 30 secondes et qu'on a besoin de 80 % de la puissance du compresseur, la vanne sera alimentée pendant 6 secondes (pas de compression) et désalimentée pendant 24 secondes (compression). Ce contrôle est rendu possible grâce à une régulation de type PWM ou régulation à largeur d'impulsion, qui génère un signal à fréquence définie avec des cycles contrôlés.
En ce qui concerne la gestion de l'huile, étant donné que le compresseur fonctionne toujours à vitesse constante, les problèmes de migration d'huile sont réduits. Lorsque la vanne électromagnétique n'est pas alimentée et que le compresseur fonctionne à pleine puissance, l'huile migre normalement dans le circuit frigorifique. En revanche, lorsque la vanne est activée par cycle, la vitesse du compresseur reste constante, la compression est interrompue, et l'huile demeure dans le carter.
Qu'est-ce que le fonctionnement et la technologie du compresseur Scroll ?
Le compresseur scroll, également connu sous le nom de compresseur spiro-orbital, a été inventé en 1905. Cependant, ce n'est que dans les années 1970 qu'Arthur Little, un américain, apporta des modifications majeures pour relancer cette technologie. Ce n'est qu'à partir des années 1980 que les fabricants japonais de conditionneurs d'air adoptèrent le compresseur scroll.
Se basant sur le concept du compresseur rotatif, ce compresseur se compose de deux spirales : l'une fixe et l'autre en mouvement orbital pour créer la compression. La chambre d'aspiration entoure ces deux spirales tandis que le refoulement se produit au centre où le gaz s'échappe par un orifice.
Contrairement au compresseur à piston, le compresseur scroll ne présente aucun espace mort, ce qui lui confère une efficacité volumétrique élevée. La compression dans ce type de compresseur est continue, assurant un fonctionnement fluide et constant.
Les avantages du compresseur scroll incluent un faible niveau sonore, une grande polyvalence, une consommation réduite, une robustesse accrue, ainsi qu'un fonctionnement simultané de l'aspiration, de la compression et du refoulement. De plus, ce compresseur est idéal pour les applications nécessitant une variation de vitesse, grâce par exemple à un variateur de fréquence.
La caractéristique déterminante du compresseur scroll est sa compliance. En cas de présence de liquide dans la chambre de compression, les spirales du Scroll peuvent se désolidariser, évitant ainsi tout dommage majeur à la mécanique, contrairement aux compresseurs à piston. Cela assure une durée de vie prolongée et réduit le risque de panne coûteuse.
Un autre avantage notable des compresseurs Scroll est leur capacité à démarrer avec une tension deux fois inférieure à celle des compresseurs à piston, et à un temps de démarrage quatre fois plus court à tension égale. Cependant, il est crucial de respecter le sens de rotation spécifique (moteur triphasé) pour assurer un fonctionnement optimal et éviter les risques liés à la compression.
Qu'est-ce que les compresseurs rotatifs ?
Compresseur à piston roulant : Une Amélioration pour les Moteurs de Recherche
Le compresseur à piston roulant est un dispositif doté d'un piston cylindrique en rotation pour générer de la compression. Le piston, excentré sur son axe, est séparé par une palette assurant l'étanchéité des deux chambres : une d'aspiration et une autre de refoulement.
En action, le piston aspire la vapeur basse pression à travers l'orifice d'admission. La vapeur se trouve capturée dans l'espace entre la paroi et le piston, et à mesure que cet espace se réduit, la vapeur est comprimée progressivement. Ensuite, la vapeur haute pression (surchauffée) est expulsée par l'orifice de refoulement.
Ce type de compresseur, largement utilisé pour les petites et moyennes puissances, offre une grande souplesse de fonctionnement, un couple régulier et un bon niveau sonore.
Compresseur Rotatif à Palettes : Une Alternative Efficace
Dans le compresseur rotatif à palettes, un rotor excentré tourne dans le sens horaire grâce à un moteur électrique. En déplacement axial à l'intérieur du rotor, les pallettes génèrent des volumes distincts pour l'aspiration, la compression et le refoulement en contact direct avec le carter.
Le fonctionnement de ce compresseur est très flexible puisque la compression s'effectue de manière progressive. Offrant un rendement élevé, un faible niveau sonore et sans espace mort, il se distingue du compresseur à piston. Principalement utilisé pour les compresseurs d'air, il est rarement employé en climatisation.
Qu'est-ce que le compresseur à piston ?
Un moteur électrique actionne un piston en rotation par l'intermédiaire d'un vilebrequin ou d'un excentrique. Lorsque le piston descend, il crée une dépression qui ouvre le clapet d'aspiration, permettant au gaz de l'évaporateur d'entrer dans le cylindre. Ensuite, le gaz est comprimé lorsque le piston remonte, pour finalement être refoulé lorsque le piston atteint le point le plus haut et ouvre le clapet de refoulement.
Les compresseurs de ce type, qu'ils soient à un cylindre (<3CV) ou à plusieurs cylindres (>3CV), sont robustes mais peuvent ne pas être optimaux en termes de niveau sonore en raison du type de transmission. Cette technologie, encore largement utilisée, est appelée à être remplacée par des compresseurs à spirale ou inverter.
Types de compresseurs à piston :
Compresseur hermétique : Intégrant le moteur et le compresseur dans un boîtier en acier scellé, ce type de compresseur assure une petite capacité de refroidissement. L'huile dans la partie inférieure lubrifie les pièces mobiles tout en refroidissant le moteur électrique.
Compresseur semi-hermétique : Composé de deux parties distinctes dans un même boîtier, ce compresseur associe compresseur et moteur électrique. La lubrification est assurée par une pompe à huile mue par l'axe du rotor. Sa principale caractéristique est l'accessibilité aux organes internes en cas de panne.
Composants des compresseurs à piston :
Le carter : Enveloppe principale du compresseur renfermant les pistons et l'huile nécessaire à la lubrification.
Vilebrequin : Transforme le mouvement rotatif du moteur électrique en mouvement alternatif.
Les bielles : Transmettent le mouvement alternatif aux pistons, requérant résistance et légèreté.
Les pistons : Assurent la compression et l'aspiration du fluide avec des segments flexibles assurant l'étanchéité.
Les soupapes : Gèrent le flux de gaz entre la chambre d'aspiration et de refoulement.
Garnitures d'étanchéité : Séparent l'extérieur du carter tout en permettant la rotation de l'arbre vilebrequin, existant sous deux types, à soufflet ou à bague.
Siège social
Orgel Climatisation Chauffage SASU
520 avenue Janvier Passero
06210 Mandelieu-la-Napoule
06 84 05 99 81
contact@orgel-climatisation-chauffage.fr
Immatriculation
Siret n°924 894 769 00018
au capital de 1000,00€
TVA n°FR95924894769
Attestation de capacité n° 5068468
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