PARAMÉTRAGE ET MISE EN SERVICE D'UN SYSTÈME FRIGORIFIQUE (partie 4/7)

## Objectifs et prérequis **Objectifs** : À la fin de ce chapitre, l’élève sera capable de : - lire et interpréter le schéma hydraulique d’un système frigorifique commercial ; - identifier les points de mesure (pressions, températures) nécessaires au réglage ; - procéder au paramétrage et à la mise en service d’un détendeur frigorifique (orifice fixe, à bille ou électronique) afin d’obtenir le degré de surchauffe et le sous‑refroidissement prescrits ; - vérifier le bon fonctionnement du cycle (pressions de condensation et d’évaporation, températures de surchauffe et de sous‑refroidissement) ; - appliquer les consignes de sécurité et d’hygiène spécifiques aux manipulations de fluides frigorigènes au Cameroun (port des EPI, purge à l’azote, vérification des étanchéités). **Prérequis** : - connaissances du cycle frigorifique de base (compresseur, condenseur, évaporateur, détendeur) ; - maîtrise des unités de pression (bar, kPa) et de température (°C, K) ; - capacité à lire un tableau de saturation d’un fluide frigorigène (R134a, R404A, R290…) ; - notions de manipulation sécurisée des gaz sous pression et des équipements de mesure (manomètres, thermomètres à sonde). --- ## Introduction contextualisée Au Cameroun, le secteur du froid commercial (supermarchés, hôtels, industries agro‑alimentaires) connaît une croissance soutenue liée à l’urbanisation et à la demande de produits périssables. Un système frigorifique mal réglé entraîne une surconsommation d’énergie, une dégradation rapide des denrées et des risques de fuite de fluides frigorigènes, soumis à la réglementation environnementale (décret n° 2015/345 du MINEE). La maîtrise du paramétrage et de la mise en service constitue donc une compétence clé pour les techniciens de maintenance, directement évaluée au probatoire des séries F5. Ce chapitre s’appuie sur les activités d’intégration, de remédiation et le TP 13 du programme officiel pour conduire l’élève de la théorie à la pratique atelier. --- ## I. Activité d’intégration N° 3 – Paramétrage global d’un système frigorifique ### 1. Analyse du schéma hydraulique - Repérer le compresseur, le condenseur à air ou à eau, le détendeur, l’évaporateur et les points de mesure (manomètres HP et BP, thermomètres à sonde à l’entrée/sortie du détendeur et de l’évaporateur). - Vérifier la présence de vannes d’isolement, de filtres‑déshydrateurs et de réservoirs de liquide. ### 2. Détermination des consignes de réglage Selon le fluide frigorigène et la température d’évaporation souhaitée (Tevap) et de condensation (Tcond) : | Fluide | Tevap (°C) | Tcond (°C) | Psat évap (bar) | Psat cond (bar) | Surchauffe cible (K) | Sous‑refroidissement cible (K) | |--------|------------|------------|-----------------|-----------------|----------------------|--------------------------------| | R134a | –10 | 40 | 2,0 | 10,2 | 5‑10 | 4‑8 | | R404A | –5 | 45 | 3,2 | 15,6 | 4‑9 | 3‑7 | | R290 | –15 | 35 | 0,9 | 13,0 | 6‑12 | 5‑9 | > Les valeurs de Psat proviennent des tables de saturation publiées par ASHRAE (2023). ### 3. Procédure de mise en service pas à pas 1. **Vérification préalable** : s’assurer que le circuit est sous azote (purge) et que toutes les vannes sont ouvertes sauf celle du compresseur. 2. **Mise sous tension** : démarrer le compresseur en mode « démarrage progressif » si disponible. 3. **Stabilisation** : attendre 10‑15 min pour que les pressions et températures se stabilisent. 4. **Lecture des pressions** : noter Pcond (manomètre HP) et Pevap (manomètre BP). 5. **Mesure des températures** : - Tevap = température à la sortie de l’évaporateur (sonde placée dans le flux d’air). - Tcond = température à la sortie du condenseur. - Tsur = température à la sortie de l’évaporateur moins température de saturation correspondant à Pevap (degré de surchauffe). - Tsous = température de saturation correspondant à Pcond moins température à la sortie du condenseur (degré de sous‑refroidissement). 6. **Ajustement du détendeur** : - Si Tsur > cible → ouvrir légèrement le détendeur (vis dans le sens anti‑horaire). - Si Tsur < cible → fermer légèrement le détendeur (vis dans le sens horaire). - Répéter jusqu’à obtenir Tsur dans la plage prescrite, puis vérifier Tsous. 7. **Validation** : confirmer que Pcond et Pevap correspondent aux valeurs du tableau et que le compresseur fonctionne dans son enveloppe de pression (pas de surcharge). 8. **Enregistrement** : consigner les données sur la fiche de mise en service (date, technicien, relevés, réglage effectué). ### 4. Exemple chiffré (R134a) Objectif : Tevap = –10 °C, Tcond = 40 °C. - D’après la table de saturation R134a : Psat(–10 °C) ≈ 2,0 bar, Psat(40 °C) ≈ 10,2 bar. - Mesure réelle : Pcond = 9,8 bar, Pevap = 2,2 bar, Tsur = 12 K, Tsous = 5 K. - Écarts : Tsur trop élevé (+2 K au‑dessus de la plage 5‑10 K). - Action : ouvrir le détendeur de ½ tour (chaque tour ouvert réduit Tsur d’environ 4 K pour ce modèle). - Nouvelle mesure : Tsur = 8 K (dans la cible), Tsous = 6 K (OK). --- ## II. Activité de remédiation N° 3 – Diagnostic et correction des réglages défaillants ### 1. Symptômes fréquents - **Surchauffe excessive** (> 15 K) → détendeur trop fermé, risque de surcharge du compresseur. - **Surchauffe insuffisante** (< 3 K) → détendeur trop ouvert, risque de retour de liquide liquide au compresseur (slugging). - **Sous‑refroidissement faible** (< 2 K) → présence de gaz dans le liquide de condensation, souvent dû à un sous‑refroidisseur encrassé ou à un débit d’air insuffisant. - **Pressions anormales** : Pcond trop basse (fuite, sous‑charge) ou Pevap trop haute (sur‑charge, détendeur bloqué ouvert). ### 2. Méthode de diagnostic (schéma de décision) 1. **Vérifier les pressions** : si Pcond et Pevap sont hors des valeurs théoriques → vérifier charge de fluide et présence de fuites (détecteur électronique ou savonneux). 2. **Mesurer Tsur et Tsous** : - Si Tsur hors plage → agir sur le détendeur (voir § I‑6). - Si Tsous hors plage → contrôler le sous‑refroidisseur (nettoyage, débit d’air, éventuel échangeur à plaques). 3. **Contrôler la température à la sortie du détendeur** : une température trop proche de Tevap indique un détendeur largement ouvert. 4. **Vérifier le fonctionnement du compresseur** : courant d’amperage, température de refoulement, vibrations. ### 3. Actions correctives types | Symptomatique | Action corrective | Précaution | |---------------|-------------------|------------| | Tsur > 15 K | Ouvrir le détendeur de ¼ à ½ tour, revérifier après 5 min | S’assurer que le compresseur ne dépasse pas son courant nominal | | Tsur < 3 K | Fermer le détendeur de ¼ tour, vérifier absence de liquide au compresseur | Utiliser un détecteur de fuite avant toute ouverture | | Tsous < 2 K | Nettoyer le sous‑refroidisseur, contrôler le débit d’air du condenseur | Porter des lunettes de protection, éviter les projections d’eau | | Pcond basse | Rechercher fuite, réparer, recharger le fluide selon la fiche technique | Utiliser uniquement le fluide spécifié (ex. R134a) et respecter les quantités (kg) indiquées sur la plaque signalétique | > Toute intervention sur le circuit sous pression doit être précédée d’une purge à l’azote et du port des EPI (gants nitrile, lunettes, chaussures de sécurité). ### 4. Exemple de remédiation Un système R404A montre : Pcond = 13,0 bar (au lieu de 15,6 bar), Pevap = 3,5 bar (au lieu de 3,2 bar), Tsur = 2 K, Tsous = 1 K. - Diagnostic : sous‑charge de fluide (Pcond basse) + détendeur trop ouvert (Tsur faible). - Action : réparer une petite fuite détectée au niveau d’un raccord, recharger de 0,3 kg de R404A, puis fermer le détendeur de ¼ tour. - Résultat après stabilisation : Pcond = 15,4 bar, Pevap = 3,3 bar, Tsur = 6 K, Tsous = 4 K (dans les plages). --- ## III. TP 13 – Réglage des détendeurs frigorifiques ### 1. Matériel requis - Manomètres à double échelle (HP et BP) avec raccords rapides. - Thermomètres à sonde de type Pt100 ou thermocouple, plage –40 °C à +150 °C, précision ±0,5 °C. - Clé de réglage adaptée au type de détendeur (vis à six pans, bille, ou vis de réglage électronique). - Bouteille d’azote sec (purge) avec détendeur et manomètre de contrôle. - Équipement de protection individuelle (EPI) : gants nitrile, lunettes de protection, casque anti‑bruit, chaussures de sécurité. - Fiche de relevé TP (tableau à remplir). ### 2. Consignes de sécurité - **Avant toute manipulation** : couper l’alimentation électrique du compresseur, verrouiller le dispositif de consignation (Lock‑out/Tag‑out). - **Purger le circuit** : introduire de l’azote à 2 bar, ouvrir légèrement les vannes de service pour évacuer l’air et le fluide résiduel. - **Vérifier l’étanchéité** : appliquer une solution savonneuse sur les raccords ; aucune bulle ne doit apparaître sous pression. - **Ne jamais relâcher directement un fluide frigorigène dans l’atmosphère** ; utiliser une unité de récupération certifiée. ### 3. Déroulement du TP (pas à pas) | Étape | Action | Observation attendue | |-------|--------|----------------------| | 1 | Mettre en place les manomètres HP (sur le refoulement du condenseur) et BP (sur l’aspiration de l’évaporateur). | Lecture initiale des pressions. | | 2 | Installer les sondes de température : entrée détendeur, sortie détendeur, sortie évaporateur, sortie condenseur. | Températures de référence. | | 3 | Purger à l’azote (2 bar) puis laisser le système se stabiliser 5 min. | Pressions égales à la pression d’azote, températures ambiantes. | | 4 | Démarrer le compresseur en mode marche forcée (si disponible) ou laisser le système atteindre son régime de fonctionnement. | Pressions et températures évoluent vers les valeurs de consigne. | | 5 | Stabiliser 10‑15 min, relever Pcond, Pevap, Tevap, Tcond, Tsur, Tsous. | Données à comparer avec le tableau de consignes. | | 6 | Régler le détendeur : <br>• Si Tsur > cible → tourner la vis dans le sens anti‑horaire (ouvrir). <br>• Si Tsur < cible → tourner dans le sens horaire (fermer). <br>Effectuer des réglages de ¼ tour, attendre 2‑3 min entre chaque ajustement. | Tsur se rapproche de la plage 5‑10 K (ou selon fluide). | | 7 | Vérifier Tsous ; si hors plage, nettoyer le sous‑refroidisseur ou ajuster le débit d’air du condenseur. | Tsous dans la plage 3‑8 K. | | 8 | Enregistrer les valeurs finales sur la fiche de relevé. | Données prêtes pour l’analyse. | | 9 | Arrêter le compresseur, purger à l’azote, remettre les protections. | Système sûr pour la prochaine manipulation. | ### 4. Tableau de consignes de réglage selon le type de détendeur | Type de détendeur | Plage de réglage (tours de vis) | Effet d’un tour | Remarque | |-------------------|--------------------------------|----------------|----------| | Orifice fixe (calibré) | Aucun réglage (pré‑réglé en usine) | N/A | Remplacer si débit inadéquat. | | À bille (ajustable) | 0‑5 tours | +/‑ 2 K de Tsur par tour (selon modèle) | Utiliser une clé de 6 mm. | | À vis (ajustable fin) | 0‑10 tours | +/‑ 1 K de Tsur par tour | Précision élevée, adapté aux systèmes à charge variable. | | Électronique (PWM) | Réglage via contrôleur (0‑100 %) | Variation continue de débit | Nécessite un programmateur et une sonde de pression. | > Lors du réglage d’un détendeur à bille, chaque tour complet modifie le débit d’environ 15 % ; ajuster progressivement pour éviter les à‑coups de pression. ### 5. Exemple de calcul de réglage (détendeur à vis) Données relevées : Tsur mesuré = 14 K, cible = 8 K. - Écart = 6 K à réduire. - Chaque tour de vis réduit Tsur de 1,2 K (fournisseur). - Nombre de tours nécessaires = 6 K / 1,2 K ≈ 5 tours. - Action : ouvrir le détendeur de 5 tours, attendre 3 min, re‑mesurer Tsur → 7,8 K (dans la cible). --- ## Synthèse du chapitre - **Lecture du schéma** : identifier compresseur, condenseur, détendeur, évaporateur et points de mesure. - **Détermination des consignes** : utiliser les tables de saturation du fluide pour obtenir Psat évap/cond et les plages de surchauffe/sous‑refroidissement. - **Mise en service** : purger à l’azote, stabiliser, relever pressions et températures, ajuster le détendeur jusqu’à obtenir Tsur et Tsous dans les plages prescrites. - **Diagnostic de défauts** : analyser écarts de pression et de température pour détecter sous‑charge, sur‑charge, détendeur mal réglé ou sous‑refroidisseur encrassé. - **Réglage pratique** : suivre la procédure pas à pas du TP 13, utiliser les consignes de tours de vis selon le type de détendeur, vérifier après chaque ajustement. - **Sécurité** : toujours couper l’alimentation, purger à l’azote, porter les EPI, récupérer les fluides frigorigènes selon la réglementation camerounaise. --- ## Glossaire | Terme | Définition | |-------|------------| | Détendeur | Organe qui crée une chute de pression permettant l’évaporation du fluide frigorigène dans l’évaporateur. | | Surchauffe | Différence de température entre la vapeur à la sortie de l’évaporateur et la température de saturation à la même pression (exprimée en kelvins). | | Sous‑refroidissement | Différence de température entre le liquide à la sortie du condenseur et la température de saturation à la même pression (kelvins). | | Pression de condensation (Pcond) | Pression du fluide frigorigène dans le condenseur, mesurée en bar ou kPa. | | Pression d’évaporation (Pevap) | Pression du fluide frigorigène dans l’évaporateur, mesurée en bar ou kPa. | | Fluide frigorigène | Substance utilisée comme vecteur de chaleur dans le cycle frigorifique (ex. R134a, R404A, R290). | | Manomètre | Instrument de mesure de la pression relative ou absolue, généralement gradué en bar. | | Thermomètre à sonde | Capteur de température (Pt100, thermocouple) placé en immersion ou en contact avec le flux frigorigène. | | Purge à l’azote | Opération consistant à introduire de l’azote sec dans le circuit pour évacuer l’air et le fluide résiduel avant intervention. | | Lock‑out/Tag‑out (LOTO) | Procédure de consignation visant à isoler énergétiquement une machine pendant la maintenance. | | Sous‑refroidisseur | Échangeur placé après le condenseur visant à augmenter le degré de sous‑refroidissement du liquide. | | Frigorigène R134a | Fluide hydrofluoré (HFC) utilisé fréquemment dans le froid commercial, GWP ≈ 1430. | | Frigorigène R404A | Mélange HFC (R125/143a/134a) utilisé pour les basses températures, GWP ≈ 3920. | | Frigorigène R290 | Propane, fluide naturel (HC) avec GWP ≈ 3, très inflammable, nécessite des précautions spécifiques. | --- ## Exercices d'application corrigés ### Exercice 1 – Calcul des pressions de saturation Un système utilise le fluide R404A. La température d’évaporation souhaitée est –5 °C et la température de condensation 45 °C. **Données** : tables de saturation R404A (valeurs approximatives) : - Psat(–5 °C) = 3,2 bar - Psat(45 °C) = 15,6 bar **Question** : Quelles sont les pressions de référence à viser sur les manomètres HP et BP ? **Corrigé** : - Manomètre BP (évaporation) → 3,2 bar. - Manomètre HP (condensation) → 15,6 bar. --- ### Exercice 2 – Réglage d’un détendeur à vis Lors du TP 13, un étudiant mesure les grandeurs suivantes sur un circuit chargé en R134a : - Tevap = –12 °C - Tcond = 38 °C - Tsur mesuré = 13 K - Tsous mesuré = 6 K Les consignes du fabricant préconisent une surchauffe de 6 ± 2 K et un sous‑refroidissement de 5 ± 2 K. **Question** : Quel réglage du détendeur (nombre de tours et sens) doit être appliqué sachant qu’un tour de vis modifie la surchauffe de –1,0 K (fermeture réduit Tsur) ? **Corrigé** : - Écart de surchauffe = 13 K – 6 K = +7 K (trop élevée). - Chaque tour ouvert réduit Tsur de 1,0 K (fermeture augmente Tsur). - Nombre de tours nécessaires = 7 K / 1,0 K = 7 tours. - Action : ouvrir le détendeur de 7 tours dans le sens anti‑horaire. - Après stabilisation (≈ 5 min), re‑mesurer : on obtient Tsur ≈ 6 K (dans la plage 4‑8 K) et Tsous reste autour de 6 K (dans la plage 3‑7 K). --- ## Erreurs fréquentes et règles de sécurité | N° | Erreur fréquente | Conséquence | Règle de prévention / correction | |----|------------------|-------------|----------------------------------| | 1 | Détendeur laissé trop ouvert (surchauffe < 3 K) | Retour de liquide liquide au compresseur → risque de slugging, détérioration des pistons. | Toujours vérifier Tsur après chaque réglage ; si trop bas, fermer progressivement le détendeur. | | 2 | Oubli de la purge à l’azote avant ouverture du circuit | Introduction d’air et d’humidité → formation d’acides, corrosion, hausse de la pression de condensation. | Effectuer systématiquement une purge à l’azote (2 bar) et vérifier l’absence de bulles avec solution savonneuse avant toute intervention. | | 3 | Lecture erronée du manomètre (confusion HP/BP) | Ajustement inadéquat du détendeur, sur‑ ou sous‑charge du fluide. | Repérer clairement les raccords : HP sur le refoulement du condenseur, BP sur l’aspiration de l’évaporateur ; utiliser des manchons de couleur différente si possible. | | 4 | Non‑port des EPI (gants, lunettes) lors de la manipulation de fluides frigorigènes | Risque de brûlure par gaz froid, projection de liquide, intoxication en cas de fuite. | Porter obligatoirement des gants nitrile résistants au froid, des lunettes de protection et un masque si travail en espace confiné. | | 5 | Surcharge du compresseur (courant > 10 % du nominal) due à un détendeur trop fermé | Surchauffe du moteur, déclenchement de la protection thermique, réduction de la durée de vie. | Mesurer le courant d’amorçage et de fonctionnement ; si dépassement, ouvrir légèrement le détendeur et vérifier les pressions. | | 6 | Réglage du détendeur sans attendre la stabilisation (mesures prises trop tôt) | Données erronées, réglage inadapté, cycle instable. | Attendre au moins 10‑15 min après chaque ajustement avant de relever les pressions et températures. | --- *Fin du cours.*