LES PRINCIPAUX APPAREILS D'UN CIRCUIT FRIGORIFIQUE (partie 2/2)

## Objectifs et prérequis **Objectifs** : À la fin de ce chapitre, l’élève sera capable de : - identifier et décrire le rôle des appareils annexes d’un circuit frigorifique ; - réaliser, interpréter et consigner les tests électriques des condensateurs, klixons, relais de démarrage et enroulements d’un compresseur ; - contrôler l’étanchéité, le jeu et le fonctionnement des clapets du compresseur ainsi que la performance des moteurs ventilateurs ; - appliquer les normes de sécurité et d’hygiène propres aux interventions sur les installations frigorifiques au Cameroun. **Prérequis** : notions de base du cycle frigorifique (compression, condensation, détente, évaporation), loi des gaz parfaits, lecture d’un schéma frigorifique, principes d’électricité de base (tension, courant, résistance, capacité), consignes de sécurité électrique (déconnexion, mise à la terre, port d’EPI). --- ## Introduction contextualisée Dans les zones urbaines du Cameroun (Douala, Yaoundé, Garoua), la demande en climatisation et en réfrigération croît rapidement du fait de l’augmentation des températures moyennes et du développement du secteur tertiaire. Une installation frigorifique fiable dépend non seulement du compresseur, mais aussi de la qualité et du bon fonctionnement des appareils annexes (filtres, détendeurs, pressostats, etc.) ainsi que des dispositifs de protection et de commande (condensateurs de démarrage, klixons, relais, clapets, moteurs de ventilation). Les pannes de ces éléments provoquent souvent des surconsommations d’énergie, des déclenchements intempestifs ou des dommages mécaniques coûteux. Ce chapitre propose donc une approche par compétences : connaître les appareils, savoir les tester selon des procédés normalisés, interpréter les résultats et intervenir en toute sécurité. --- ## I. Leçon 9 : Les appareils annexes ### 9.1 Définition et rôle Les appareils annexes sont tous les composants qui, bien que ne produisant pas de travail mécanique direct, assurent la régulation, la protection, la filtration et la mesure dans le circuit frigorifique. Leur bon état garantit l’efficacité énergétique, la durée de vie du compresseur et la conformité aux normes de sécurité. > **>** Un appareil annexe défaillant peut provoquer une surpression dangereuse ou une perte de capacité frigorifique pouvant atteindre 30 % de la puissance nominale. ### 9.2 Liste principale des appareils annexes | Appareil | Fonction principale | Plage de pression/température typique* | Matériau courant | |----------|--------------------|----------------------------------------|------------------| | Filtre‑déshydrateur | Élimine l’humidité et les particules | 0‑2 bar (aspiration), -20 °C à 40 °C | Acier inoxydable + zeolite | | Détendeur thermostatique (DT) | Régule le débit de réfrigérant selon la surchauffe | 0‑15 bar (condensation), 5‑30 °C (évaporation) | Laiton, corps en acier | | Soupape de sécurité | Évite les surpressions critiques | Réglée à 1,5× PS (pression de service) | Acier forgé | | Manomètre de basse/haute pression | Indique les pressions d’aspiration et de refoulement | 0‑30 bar (BP), 0‑45 bar (HP) | Bourdon en cuivre | | Pressostat de sécurité | Coupure du compresseur en cas de pression anormale | Réglage selon fabricant (ex. 2,5 bar BP, 22 bar HP) | Contacts argentés | | Réservoir d’huile | Séparateur d’huile du réfrigérant | 0‑5 bar (aspiration) | Acier carbone | | Ventilateur de condensateur | Refroidit le condenseur par convection forcée | Débit d’air 800‑1500 m³/h | Hélice en aluminium, moteur asynchrone | *Les valeurs sont indicatives pour un fluide R‑134a utilisé en climatisation domestique au Cameroun. ### 9.3 Principe de fonctionnement de quelques appareils clés **Filtre‑déshydrateur** : le réfrigérant traverse une zeolite qui adsorbe l’eau ; les particules sont retenues par un tamis métallique. L’humidité, si elle n’est pas éliminée, peut provoquer la formation d’acide et la corrosion des composants. **Détendeur thermostatique** : un élément sensible à la température (souvent un bulbe rempli de fluide) réagit à la surchauffe à la sortie de l’évaporateur ; il ouvre ou ferme une aiguille pour maintenir une surchauffe de 5‑8 °C, optimisant l’évaporation. **Soupape de sécurité** : lorsqu’une pression dépasse le réglage, un ressort est compressé et le clapet s’ouvre, évacuant le surplus vers l’atmosphère ou un réservoir de récupération. Le rétablissement se fait lorsque la pression redescend sous le seuil de réarmement. **Pressostat** : un diaphragme déforme un contact électrique lorsque la pression dépasse ou tombe en dessous d’un seuil prédéfini, coupant ou rétablissant l’alimentation du compresseur. ### 9.4 Normes et règles de sécurité - **ISO 5149‑1** : sécurité des systèmes de réfrigération – exigences générales. - **NF EN 378** : équipements frigorifiques – sécurité et environnement. - Au Cameroun, le **MINTP** impose le respect de la pression de service (PS) indiquée sur la plaque signalétique ; toute intervention sous pression doit être précédée d’une évacuation du réfrigérant vers un récupérateur agréé. - Le port de gants isolants, de lunettes de protection et d’un masque anti‑vapeurs est obligatoire lors de la manipulation des filtres‑déshydrateurs (risque d’exposition aux zeolites). ### 9.5 Exemple d’atelier (Cameroun) Dans un atelier de maintenance à Douala, un technicien remplace un détendeur thermostatique défectueux sur une unité split de 12 000 BTU/h : 1. Récupération du réfrigérant (R‑134a) dans un réservoir de récupération (conformité au décret n° 2015/342 du MINTP). 2. Démontage du DT, nettoyage du filetage avec une brosse en laiton. 3. Installation du nouveau DT, réglage de la surchauffe à 6 °C à l’aide d’un thermomètre à sonde placé à la sortie de l’évaporateur. 4. Vide du système à -0,8 bar (manomètre à vide) pendant 15 min, puis charge de 0,65 kg de R‑134a. 5. Vérification des pressions (BP = 2,2 bar, HP = 12,5 bar) et du courant de fonctionnement (0,9 A). ### 9.6 Tableau récapitulatif (à retenir) > **>** Filtre‑déshydrateur : élimine l’humidité ; durée de vie ≈ 2 ans ou 10 000 h de fonctionnement. > **>** Détendeur thermostatique : régule le débit selon surchauffe ; réglage typique 5‑8 °C. > **>** Soupape de sécurité : déclenche à 1,5× PS ; doit être testée annuellement. > **>** Pressostat de sécurité : coupe l’alimentation du compresseur en cas de dépassement de seuil. --- ## II. Leçon 10 : TP – Test des condensateurs, klixons, relais de démarrage, enroulements d’un compresseur ### 10.1 Objectif du TP Vérifier l’état électrique des composants de protection et de commande d’un compresseur hermétique, interpréter les mesures au regard des tolérances constructeur et décider du remplacement ou de la remise en service. ### 10.2 Matériel nécessaire - Multimètre numérique (fonction ohmmètre, capacité, température). - Pince ampèremétrique AC/DC. - Source de tension réglable (0‑260 V AC). - Résistances de charge (pour décharge des condensateurs). - Pistolet à air chaud ou bain thermique (pour chauffer le klixon). - Jeu de clés, tournevis isolés. - EPI : gants isolants, lunettes de protection. ### 10.3 Procédure de test #### 10.3.1 Condensateur de démarrage et de fonctionnement 1. **Déconnexion** : couper l’alimentation, décharger le condensateur via une résistance de 10 kΩ pendant 30 s. 2. **Mesure de capacité** : placer le multimètre en mode « Cap », noter la valeur affichée. 3. **Test de courant de fuite (ESR)** : en mode ohmmètre, mesurer la résistance entre les bornes ; une valeur > 100 Ω indique absence de court‑circuit (bon état). Pour mesurer l’ESR précisément, on utilise un ESR‑mètre ; la valeur typique d’un condensateur de 35 µF est inférieure à 5 Ω. 4. **Vérification de tension de claquage** : appliquer progressivement une tension AC jusqu’à ce que le courant augmente brusquement ; la tension de claquage doit être > 1,5× la tension nominale (ex. 440 V pour un 230 V AC). #### 10.3.2 Klixon (protection thermique) 1. Mesurer la résistance à froid (entre les deux bornes) ; valeur attendue selon catalogue (ex. 15 Ω ± 10 %). 2. Chauffer le klixon avec le pistolet à air chaud jusqu’à atteindre la température de déclenchement (souvent 120 °C). 3. Vérifier l’ouverture du contact : résistance doit devenir infinie (> 10 MΩ). 4. Laisser refroidir et contrôler la remise en fermeture (résistance retrouve sa valeur initiale). #### 10.3.3 Relais de démarrage (type électromagnétique) 1. Mesurer la résistance de la bobine (entre les bornes d’alimentation) ; valeur typique 50‑200 Ω. 2. Appliquer la tension nominale (ex. 230 V) aux bornes de la bobine ; écouter le clic et vérifier la fermeture du contact auxiliaire (continuité entre les bornes du contact). 3. Couper la tension ; le contact doit revenir à l’état ouvert (résistance > 10 MΩ). #### 10.3.4 Enroulements du compresseur 1. Identifier les trois bornes (C, S, R) selon le schéma du constructeur. 2. Mesurer la résistance entre chaque paire (C‑S, C‑R, S‑R) ; valeurs attendues (ex. C‑S = 2,5 Ω, C‑R = 2,6 Ω, S‑R = 5,1 Ω) avec tolérance ± 5 %. 3. Test d’isolement : mesurer la résistance entre chaque enroulement et la masse du corps (boîtier) ; doit être > 2 MΩ. 4. Test de continuité du point neutre (si présent) : résistance proche de 0 Ω. ### 10.4 Interprétation des résultats - **Condensateur** : capacité mesurée doit être dans l’intervalle nominal ± 10 % ; ESR < 10 % de la réactance théorique (Xc = 1/(2πfC)). - **Klixon** : résistance à froid dans la tolérance ; ouverture nette à la température de déclenchement. - **Relais** : bobine dans la plage spécifiée ; contact auxiliaire ferme sous tension et ouvre à l’arrêt. - **Enroulements** : résistances équilibrées (différence < 5 % entre les deux enroulements principaux) et isolement > 2 MΩ. > **>** Un déséquilibre > 10 % entre les enroulements indique un court‑circuit partiel ou un enroulement brûlé. ### 10.5 Exemple chiffré Un compresseur hermétique de 1 HP utilise un condensateur de démarrage de 35 µF ± 5 %. Après décharge, le multimètre indique 33,2 µF. - Écart = (35 − 33,2)/35 = 5,1 % → dans la tolérance ± 5 % (limite supérieure). - ESR mesurée = 3,8 Ω ; réactance théorique à 50 Hz : Xc = 1/(2π·50·35·10⁻⁶) ≈ 90,9 Ω ; ESR/Xc ≈ 4,2 % (< 10 %). **Conclusion** : condensateur bon, peut être remis en service. ### 10.6 Sécurité pendant le TP - Toujours vérifier l’absence de tension avec un testeur avant de toucher les bornes. - Décharger les condensateurs avant toute mesure de capacité. - Utiliser des outils isolés et porter des gants de classe 0 (1000 V). - En cas de chauffe du klixon, travailler dans une zone ventilée pour éviter l’inhalation de vapeurs éventuelles. ### 10.7 Encadré > à retenir > **>** Formule de capacité : C = Q/V (coulombs par volt). > **>** Réactance d’un condensateur : Xc = 1/(2πfC). > **>** Tolérance de capacité acceptée : ± 10 % (norme IEC 60252‑1). > **>** Résistance d’isolement minimale : 2 MΩ (EN 60335‑2‑40). --- ## III. Leçon 11 : TP – Test des clapets du compresseur, moteurs ventilateurs ### 11.1 Objectif du TP Contrôler l’étanchéité, le jeu mécanique et le fonctionnement des clapets d’aspiration et de refoulement d’un compresseur hermétique, ainsi que les caractéristiques électriques et mécaniques des moteurs ventilateurs de condenseur et d’évaporateur. ### 11.2 Matériel nécessaire - Banc de test à pression ou jeu de manomètres/vacuomètres (0‑30 bar). - Source d’air comprimé filtré et régulateur de pression. - Jeu de clés dynamométriques. - Pied à coulisse ou micromètre (précision 0,01 mm). - Tachymètre laser ou optique. - Multimètre (fonction ampèremètre, ohmmètre). - EPI : lunettes de protection, gants anti‑coupure, protection auditive. ### 11.3 Procédure de test des clapets #### 11.3.1 Préparation 1. Récupérer le réfrigérant et dépressuriser le compresseur (vide à -0,8 bar). 2. Démontage du carter suivant les préconisations du constructeur (marquage des repères d’assemblage). #### 11.3.2 Étanchéité des clapets d’aspiration et de refoulement - Placer le compresseur sur le banc de test. - Appliquer une pression d’air de 5 bar côté aspiration ; mesurer toute fuite avec un détecteur de fuite à helium ou une solution savonneuse. - Répéter côté refoulement à 15 bar. - **Critère d’acceptation** : fuite < 5 cm³/h (équivalent à une bulle de savon qui ne grossit pas en 10 s). #### 11.3.3 Jeu axial et radial - Mesurer le déplacement axial de l’arbre avec un comparateur à cadran (valeur typique 0,05‑0,15 mm). - Mesurer le jeu radial entre le rotor et le stator à l’aide d’un pied à coulisse (valeur typique 0,02‑0,05 mm). - **Critère** : valeurs dans les tolérances constructeur (ex. 0,08 mm ± 0,02 mm axial). #### 11.3.4 Contrôle du ressort de rappel - Mesurer la longueur libre du ressort et la comparer à la valeur catalogue. - Appliquer une force connue (ex. 10 N) et vérifier la déformation linéaire (loi de Hooke). ### 11.4 Procédure de test des moteurs ventilateurs #### 11.4.1 Vérification de l’alimentation - Mesurer la tension d’alimentation aux bornes du moteur (doit être 230 V ± 10 % monophasé ou 400 V ± 10 % triphasé selon le modèle). #### 11.4.2 Mesure de la consommation de courant - Placer la pince ampèremétrique autour d’une phase ; relever le courant en régime permanent. - Comparer à la valeur nominale indiquée sur la plaque (ex. 0,48 A pour un moteur de 20 W). #### 11.4.3 Vérification de la vitesse de rotation - Pointer le tachymètre laser sur l’arbre du ventilateur ; lire la vitesse en tr/min. - Vitesse théorique = (120 × f)/p (f = fréquence du réseau, p = nombre de pôles). - Exemple : moteur 2 pôles, 50 Hz → vitesse synchrone 3000 tr/min ; glissement habituel 2‑5 % → vitesse réelle 2850‑2940 tr/min. #### 11.4.4 Test d’isolement et de continuité - Mesurer la résistance entre chaque enroulement et la masse ; doit être > 2 MΩ. - Mesurer la résistance entre les enroulements (continuité) ; valeur attendue selon catalogue (ex. 12 Ω ± 10 %). ### 11.5 Exemple chiffré Un moteur ventilateur de condenseur de 40 W, 230 V monophasé, 2 pôles, indique sur sa plaque : courant nominal 0,35 A. Lors du test, la pince indique 0,34 A. - Écart = (0,35‑0,34)/0,35 = 2,9 % → dans la tolérance habituelle ± 5 %. - Vitesse mesurée = 2880 tr/min ; vitesse théorique 3000 tr/min → glissement 4 % (acceptable). - Isolement mesuré = 2,8 MΩ (> 2 MΩ). **Conclusion** : moteur bon, peut être remis en service. ### 11.6 Sécurité pendant le TP - Toujours s’assurer que le compresseur est totalement dépressurisé avant de le démonter. - Utiliser des clés dynamométriques réglées au couple spécifié (ex. 25 Nm pour les boulons de carter). - Porter des lunettes de protection lors de l’utilisation d’air comprimé à haute pression (risque de projection de particules). - Ne jamais tester un moteur sous tension sans vérifier l’absence de défaut d’isolement. ### 11.7 Encadré > à retenir > **>** Fuite acceptable d’un clapet : < 5 cm³/h à 5 bar (aspiration) ou 15 bar (refoulement). > **>** Jeu axial typique d’un compresseur hermétique : 0,05‑0,15 mm. > **>** Vitesse réelle d’un moteur asynchrone : N = 120f/p × (1‑s) où s = glissement (0,02‑0,05). > **>** Résistance d’isolement minimale d’un moteur : 2 MΩ (EN 60335‑2‑40). --- ## Synthèse du chapitre - **Appareils annexes** : filtre‑déshydrateur, détendeur thermostatique, soupape de sécurité, manomètres, pressostats, réservoir d’huile, ventilateur de condensateur – chacun assure filtration, régulation, protection ou mesure. - **Tests électriques** : condensateur (capacité, ESR, tension de claquage), klixon (résistance à froid, ouverture thermique), relais (bobine, contact auxiliaire), enroulements (résistances d’enroulement, isolement). - **Tests mécaniques** : clapets (étanchéité, jeu axial/radial, ressort), moteurs ventilateurs (tension, consommation, vitesse, isolement). - **Tolérances usuelles** : capacité ± 10 %, résistance d’enroulement ± 5 %, jeu axial 0,05‑0,15 mm, vitesse réelle avec glissement 2‑5 %, fuite clapet < 5 cm³/h. - **Sécurité** : déconnexion, décharge, récupération du réfrigérant, port d’EPI, respect des pressions de service et des couples de serrage. - **Documentation** : consigner les mesures, comparer aux données constructeur, décider du remplacement ou de la remise en service. --- ## Glossaire - **Condensateur de démarrage** : composant électronique qui fournit un déphasage de courant pour lancer le moteur du compresseur. - **Klixon** : dispositif de protection thermique qui ouvre le circuit lorsque la température dépasse un seuil prédéfini. - **Relais de démarrage** : interrupteur électromagnétique qui alimente le enroulement de démarrage du moteur puis se coupe après la mise en vitesse. - **Enroulement** : bobine de cuivre située dans le stator du moteur, responsable de la création du champ magnétique. - **Clapet d’aspiration/refoulement** : valve unidirectionnelle qui autorise le passage du réfrigérant dans une seule direction, empêchant les retours de flux. - **Jeu axial** : déplacement longitudinal de l’arbre du compresseur entre ses paliers. - **Jeu radial** : espace entre la surface du rotor et celle du stator, mesuré perpendiculairement à l’axe. - **Soupape de sécurité** : dispositif qui s’ouvre automatiquement lorsque la pression interne dépasse un réglage de sûreté. - **Pressostat** : interrupteur actionné par la pression du fluide, utilisé pour couper ou rétablir l’alimentation du compresseur. - **Filtre‑déshydrateur** : élément qui élimine l’humidité et les particules du réfrigérant afin d’éviter la corrosion et la formation d’acide. - **Détendeur thermostatique** : valve qui régule le débit de réfrigérant en fonction de la surchauffe à la sortie de l’évaporateur. - **Ventilateur de condensateur** : moteur qui force l’air à traverser le condenseur pour évacuer la chaleur du réfrigérant. - **Glissement (s)** : différence relative entre la vitesse synchrone et la vitesse réelle d’un moteur asynchrone. - **Étanchéité** : capacité d’un élément à empêcher les fuites de fluide sous pression. - **ISO 5149‑1** : norme internationale définissant les exigences de sécurité pour les systèmes de réfrigération et de pompes à chaleur. --- ## Exercices d'application corrigés ### Exercice 1 – Test d’un condensateur de fonctionnement Un climatiseur split de 9 000 BTU/h utilise un condensateur de fonctionnement de 6 µF ± 10 %. Après décharge, le multimètre indique 5,4 µF. **Question** : Le condensateur est‑il conforme ? Justifiez votre réponse. **Corrigé** - Tolérance admise : ± 10 % → intervalle acceptable = 6 µF × (0,9 – 1,1) = [5,4 µF ; 6,6 µF]. - Valeur mesurée = 5,4 µF, située exactement à la limite inférieure de l’intervalle. - **Conclusion** : le condensateur est conforme (il respecte la tolérance). ### Exercice 2 – Vérification du jeu axial d’un compresseur Lors d’un TP, le jeu axial mesuré sur le compresseur d’une chambre froide est de 0,18 mm. Le constructeur indique une tolérance de 0,08 mm ± 0,02 mm. **Question** : Le compresseur présente‑t-il un défaut ? Que faudrait‑il faire ? **Corrigé** - Tolérance constructeur : 0,08 mm ± 0,02 mm → intervalle acceptable = [0,06 mm ; 0,10 mm]. - Valeur mesurée = 0,18 mm, largement supérieure à l’intervalle admis. - **Conclusion** : le jeu axial est excessif, signe d’usure des paliers ou d’un mauvais montage. - **Action** : démonter le compresseur, inspecter les paliers, remplacer les bagues d’usure éventuelles, remonter en respectant le couple de serrage préconisé (ex. 25 Nm) et re‑mesurer le jeu. --- ## Erreurs fréquentes et règles de sécurité | N° | Erreur fréquente | Conséquence | Règle de sécurité / bonne pratique | |----|------------------|-------------|------------------------------------| | 1 | **Ne pas décharger le condensateur avant de le tester** | Risque de choc électrique, endommagement du multimètre. | Toujours placer une résistance de décharge (10 kΩ) pendant au moins 30 s avant toute mesure. | | 2 | **Mesurer la capacité d’un condensateur sous tension** | Lecture erronée, risque de court‑circuit du multimètre. | Vérifier l’absence de tension avec un testeur, puis isoler le composant. | | 3 | **Omettre de récupérer le réfrigérant avant d’ouvrir le circuit** | Émission de gaz à effet de serre, violation de la réglementation environnementale (décret MINTP 2015/342). | Utiliser une unité de récupération agréée, peser le fluide récupéré, et respecter les procédures de vide et de charge. | | 4 | **Serrage excessif des boulons de carter du compresseur** | Déformation du carter, augmentation du jeu axial, prématurée usure des paliers. | Appliquer le couple de serrage indiqué par le constructeur (ex. 25 Nm) avec une clé dynamométrique. | | 5 | **Ne pas porter de lunettes de protection lors de l’utilisation d’air comprimé à haute pression** | Risque de projection de particules pouvant causer des lésions oculaires. | Toujours porter des lunettes de protection anti‑impact et un écran facial si la pression dépasse 10 bar. | | 6 | **Ignorer la température ambiante lors du test du klixon** | Le klixon peut sembler bon à température ambiante alors qu’il est défaillant à sa température de déclenchement. | Chauffer le klixon à sa température de déclenchement (souvent 100‑120 °C) à l’aide d’un pistolet à air chaud ou d’un bain thermique avant de mesurer l’ouverture. | --- *Fin du cours.*