Ce guide se concentre sur les systèmes qui utilisent le réfrigérant-22 (R-22). Bien que les exigences générales soient les mêmes pour les systèmes qui utilisent d'autres réfrigérants, les vitesses et les chutes de pression diffèrent.
L'examen des changements physiques que le réfrigérant subit dans le cycle de réfrigération aidera à démontrer certaines exigences que la conception de la tuyauterie doit répondre.
Réfrigération de compression de vapeur
La figure ci-dessous illustre un cycle de réfrigération de compression de vapeur de base. Le réfrigérant entre dans l'évaporateur sous la forme d'un mélange frais à basse pression de liquide et de vapeur (A). La chaleur est transférée au réfrigérant de l'air relativement chaud qui est refroidi, faisant bouillir le réfrigérant liquide. La vapeur de réfrigérant résultante (b) est ensuite pompée de l'évaporateur par le compresseur, ce qui augmente la pression et la température de la vapeur.
La vapeur de réfrigérant à haute pression à haute pression résultante (C) pénètre dans le condenseur où la chaleur est transférée à l'air ambiant, qui est à une température inférieure à celle du réfrigérant. À l'intérieur du condenseur, la vapeur de réfrigérant se condense en liquide et est sous-refroidi. Ce réfrigérant liquide (D) coule ensuite du condenseur au dispositif d'extension. Cet appareil crée une chute de pression qui réduit la pression du réfrigérant à celle de l'évaporateur. À cette basse pression, une petite partie du réfrigérant se fasse bouillir (ou clignote), refroidissant le réfrigérant liquide restant à la température de l'évaporateur souhaité. Le mélange frais de réfrigérant liquide et vapeur (a) pénètre dans l'évaporateur pour répéter le cycle.
Interconnexion de tuyaux de réfrigérant
Ces composants individuels sont connectés par une tuyauterie de réfrigérant. La ligne d'aspiration relie l'évaporateur au compresseur, la ligne de décharge relie le compresseur au condenseur et la ligne liquide relie le condenseur au dispositif d'extension. Le dispositif d'extension est généralement situé à la fin de la ligne liquide, à l'entrée de l'évaporateur.
Il y a plus à la conception de la tuyauterie de réfrigérant que de déplacer le réfrigérant d'un composant à un autre. Quels que soient les soins exercés dans la sélection et l'application des composants du système de réfrigération, des problèmes opérationnels peuvent être rencontrés si la tuyauterie d'interconnexion est mal conçue ou installée.
Exigences de tuyauterie de réfrigérant
- Retour à l'huile au compresseur
- Assurez-vous que seul le réfrigérant liquide entre dans le dispositif d'extension
- Minimiser la perte de capacité du système
- Minimiser les charges de réfrigérant
Lorsqu'un système de réfrigération comprend une tuyauterie de réfrigérant assemblée sur le terrain pour connecter deux ou plusieurs des composants, les objectifs de conception principaux sont généralement pour maximiser la fiabilité du système et minimiser le coût installé. Pour atteindre ces deux objectifs, la conception de la tuyauterie de réfrigérant d'interconnexion doit répondre aux exigences suivantes:
- Retournez l'huile au compresseur au rythme approprié, dans toutes les conditions de fonctionnement
- Assurez-vous que seul le réfrigérant liquide (pas de vapeur) entre dans le dispositif d'extension
- Minimiser la perte de capacité du système causée par la chute de pression à travers la tuyauterie et les accessoires
- Minimiser la charge de réfrigérant totale dans le système pour améliorer la fiabilité et minimiser le coût installé
La première exigence consiste à s'assurer que l'huile est retournée au compresseur dans toutes les conditions de fonctionnement. L'huile est utilisée pour lubrifier et sceller les parties mobiles d'un compresseur. Par exemple, le compresseur de défilement illustré à la figure ci-dessus utilise deux configurations de défilement, en face à face accouplée, pour comprimer la vapeur de réfrigérant. Les pointes de ces parchemins sont équipées de joints qui, ainsi qu'une fine couche d'huile, empêchent la vapeur de réfrigérant comprimée de s'échapper à travers les surfaces d'accouplement. De même, d'autres types de compresseurs reposent également sur l'huile pour la lubrification et pour fournir un joint lors de la compression de la vapeur de réfrigérant.
De manière caractéristique, une partie de cette huile de lubrification est pompée avec le réfrigérant dans le reste du système. Bien que cette huile n'ait aucune fonction ailleurs dans le système, la tuyauterie de réfrigérant doit être conçue et installée afin que cette huile revienne au compresseur au rythme approprié, dans toutes les conditions de fonctionnement.
Retour à l'huile aux compresseurs
De retour au schéma du système, des gouttelettes d'huile sont pompées du compresseur avec la vapeur de réfrigérant à haute pression à haute pression. La vitesse du réfrigérant à l'intérieur de la conduite de décharge doit être suffisamment élevée pour transporter les petites gouttelettes d'huile à travers le tuyau jusqu'au condenseur.
À l'intérieur du condenseur, la vapeur de réfrigérant se condense en liquide. Le réfrigérant liquide et l'huile ont une affinité l'un pour l'autre, de sorte que l'huile se déplace facilement avec le réfrigérant liquide. Du condenseur, ce mélange de réfrigérant liquide et d'huile traverse la ligne liquide jusqu'au dispositif d'extension.
Ensuite, le mélange réfrigérant-huile est mesuré à travers le dispositif d'extension dans l'évaporateur, où le réfrigérant liquide absorbe la chaleur et se vaporise. Encore une fois, la vitesse de la vapeur de réfrigérant à l'intérieur de la conduite d'aspiration doit être suffisamment élevée pour transporter les gouttelettes d'huile à travers le tuyau vers le compresseur.
Sans une vitesse adéquate et une bonne installation de tuyaux, l'huile peut être piégée dans le système. Si cette condition est suffisamment grave, le niveau d'huile réduit dans le compresseur pourrait provoquer des problèmes de lubrification et, potentiellement, une défaillance mécanique.
Vanne d'expansion thermostatique (TXV)
La deuxième exigence de la conception de la tuyauterie de réfrigérant est de s'assurer que seul le réfrigérant liquide entre dans le dispositif d'extension. Il existe plusieurs types de dispositifs d'expansion, notamment des vannes d'expansion (thermostatiques ou électroniques), des tubes capillaires et des orifices.
En plus de maintenir la différence de pression entre les côtés à haute pression (condenseur) et à basse pression (évaporateur) du système, une soupape d'expansion thermostatique (TXV) contrôle également la quantité de réfrigérant liquide qui entre dans l'évaporateur. Cela garantit que le réfrigérant sera complètement vaporisé dans l'évaporateur et maintient la bonne quantité de surchauffe dans le système.
Sous-refroidissement
À l'intérieur du condenseur, après que toute la vapeur de réfrigérant a condensé dans le liquide, le réfrigérant est sous-refroidi pour abaisser encore sa température. Ce réfrigérant liquide sous-refroidi quitte le condenseur (A) et subit une chute de pression lorsqu'il circule à travers la ligne liquide et les accessoires, tels qu'un filtre plus sec et un solénoïde, installé en amont du TXV. Sur le graphique de l'enthalpie de pression, figure ci-dessous à la page 5, cela déplace la condition du réfrigérant vers la courbe liquide saturée (b). Si cette chute de pression est suffisamment élevée, ou si le réfrigérant n'a pas été suffisamment sous-refroidi par le condenseur, une petite partie du réfrigérant peut faire bouillir (ou flash), résultant en un mélange de liquide et de vapeur (C) entrant dans le dispositif d'extension.
La présence de vapeur de réfrigérant en amont du dispositif d'extension est très indésirable. Des bulles de vapeur déplacent le liquide dans le port du TXV, réduisant le débit de liquide à travers la valve, réduisant donc considérablement la capacité de l'évaporateur. Il en résulte un fonctionnement erratique de la valve.
La conception du système de tuyauterie doit s'assurer que seul le réfrigérant liquide (pas de vapeur) entre dans le dispositif d'extension. Cela nécessite que le condenseur fournisse un sous-refroidissement adéquat dans toutes les conditions de fonctionnement du système et que la pression baisse par la ligne liquide et les accessoires ne soit pas suffisamment élevée pour provoquer un clignotement. Le sous-refroidissement permet au réfrigérant liquide de subir une certaine chute de pression lorsqu'il traverse la ligne liquide, sans risque de clignotement.
Chute de pression dans une conduite d'aspiration
La troisième exigence de la conception de la tuyauterie de réfrigérant est de minimiser la perte de capacité du système. Pour atteindre la capacité maximale du système, le réfrigérant doit circuler à travers le système aussi efficacement que possible. Cela implique de minimiser toute chute de pression à travers la tuyauterie et d'autres composants du système.
Chaque fois qu'un fluide coule à l'intérieur d'un tuyau, une chute de pression caractéristique est ressentie. La chute de pression est causée par le frottement entre le liquide en mouvement (ou la vapeur) et les parois intérieures du tuyau. La chute de pression totale dépend du diamètre et de la longueur du tuyau, du nombre et du type de raccords et d'accessoires installés dans la ligne, et le débit massique, la densité et la viscosité du réfrigérant.
Par exemple, le graphique de la figure ci-dessus montre l'impact de la chute de pression, à travers la conduite d'aspiration, sur la capacité et l'efficacité du système. Pour cet exemple, le système fonctionnant avec le réfrigérant-22, augmentant la baisse de pression totale de la conduite d'aspiration de 3 psi (20,7 kPa) à 6 psi (41,4 kPa) diminue la capacité du système d'environ 2,5% et diminue l'efficacité du système d'environ 2%.
Cela révèle un compromis avec lequel le concepteur du système doit faire face. Le diamètre de la conduite d'aspiration doit être suffisamment petit pour que la vitesse du réfrigérant résultante soit suffisamment élevée pour transporter des gouttelettes d'huile à travers le tuyau. Cependant, le diamètre du tuyau ne doit pas être si petit qu'il crée une chute de pression excessive, réduisant trop la capacité du système.
Minimiser les charges de réfrigérant
Les trois premières exigences sont restées inchangées pendant de nombreuses années. Cependant, des années d'observation et de dépannage ont révélé que plus la charge de réfrigérant du système est faible, plus le système fonctionne de manière fiable. Par conséquent, une quatrième exigence a été ajoutée pour la conception de la tuyauterie de réfrigérant: minimiser la quantité totale de réfrigérant dans le système. Pour commencer, cela implique de disposer le routage des tuyaux le plus court, le plus simple et le plus dirigé. Il s'agit également d'utiliser le plus petit diamètre du tuyau possible, en particulier pour la ligne liquide car, des trois lignes, il affecte le plus la charge réfrigérante. Le graphique de la figure ci-dessous montre que la ligne liquide est la seconde derrière le condenseur dans la quantité de réfrigérant qu'il contient.
Cela révèle un autre compromis pour le concepteur du système. Le diamètre de la ligne liquide doit être aussi petit que possible pour minimiser la charge de réfrigérant totale. Cependant, le diamètre du tuyau ne peut pas être suffisamment petit pour créer une chute de pression excessive qui entraîne un clignotement avant que le réfrigérant liquide n'atteigne le dispositif d'extension.
Impliquer le fabricant
Si vous êtes fourni, utilisez des tailles de ligne de réfrigérant recommandées par le fabricant
Ce guide traite des processus de dimensionnement de la tuyauterie d'interconnexion dans un système de climatisation. Certaines des informations requises pour sélectionner les tailles de ligne optimales sont mieux connues du fabricant. Par conséquent, si le fabricant de l'équipement de réfrigération fournit des tailles de ligne recommandées ou des outils pour sélectionner les tailles de ligne optimales, nous vous recommandons d'utiliser ces tailles de lignes.
Si, cependant, les tailles de ligne ne sont pas fournies par le fabricant, les processus décrits dans ce guide peuvent être utilisés pour sélectionner les tailles.
Exigences de tuyauterie générales
- Utilisez des tubes en cuivre de type L Clean
- Joints cuivrés à cuivre: BCUP-6 sans flux
- Joints de cuivre à acier (ou de laiton): Bag-28, flux non acide
- Soutenez correctement la tuyauterie pour tenir compte de l'expansion, des vibrations et du poids
- Évitez d'installer une tuyauterie sous terre
- Tester un circuit de réfrigérant entier pour les fuites
Avant de discuter de la conception et de l'installation des lignes d'aspiration, de décharge et de liquide, il existe des exigences générales qui s'appliquent à toutes ces lignes.
Premièrement, les tubes en cuivre sont généralement utilisés pour la tuyauterie de réfrigérant dans les systèmes de climatisation. Ce tube est disponible dans divers diamètres standard et épaisseurs de paroi. Le diamètre nominal du tube est exprimé en termes de son diamètre extérieur. Ce tube doit être complètement exempt de saleté, d'échelle et d'oxyde. Les tubes de nouveau type L ou de type ACR qui ont été nettoyés par le fabricant et plafonnés aux deux extrémités sont recommandés pour les applications de climatisation.
Le système de tuyauterie est construit par des tubes en cuivre de brasage et des raccords. Lors du brasage des joints de cuivre en cuivre, utilisez BCUP-6 * sans flux. Pour les joints cuivrés à acier ou cuivre à cuivre, utilisez BAG-28 * avec un flux non acide.
Basé sur les spécifications de l'American Welding Society (AWS) pour les métaux de remplissage pour le brasage et le soudage braze, publication A5.8–1992
La tuyauterie de réfrigérant doit être correctement soutenue pour tenir compte de l'expansion, des vibrations et du poids total de la tuyauterie. Lorsqu'un tuyau subit un changement de température, il est soumis à une certaine quantité d'expansion et de contraction. Étant donné que la tuyauterie de réfrigérant est connectée au compresseur, les forces de vibration sont transmises à la tuyauterie elle-même. Enfin, le poids du tuyau et des raccords remplis de réfrigérant doit être pris en charge pour empêcher les tuyaux de s'affaisser, de plier ou de se casser.
Évitez d'installer une tuyauterie de réfrigérant sous terre. Il est très difficile de maintenir la propreté pendant l'installation ou de tester les fuites. Si l'installation souterraine est inévitable, chaque ligne doit être isolée séparément, puis les lignes doivent être étanches et protégées par un boîtier dur (comme le PVC).
Une fois la tuyauterie installée, l'ensemble du circuit de réfrigération doit être testé pour les fuites avant de pouvoir être chargée de réfrigérant. Ce processus implique généralement la pressurisation de l'ensemble du système de tuyauterie avec de l'azote sec pour examiner chaque articulation brassicole pour les fuites.
Chacune de ces questions est discutée plus en détail dans le Manuel de réfrigération alternatif de Trane.
Référence
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