Réfrigération de base : thermodynamique du transfert de chaleur

Les personnes qui ne travaillent pas dans le secteur de la réfrigération pensent souvent que les équipements de réfrigération produisent de l'air froid ; en fait, l'équipement élimine la chaleur de l'air et laisse ce qui reste : le froid. Lorsque le capteur détermine que la température cible a été atteinte, l'équipement peut faire une pause et lorsque la température remonte, l'équipement se remet en marche.

C'est un concept assez simple, mais nous reconnaissons tous que l'équipement de réfrigération ne se résume pas à cela. Dans cet article, vous découvrirez la manière dont la chaleur circule et les facteurs qui déterminent la vitesse du transfert de chaleur. Vous découvrirez également les quatre lois qui décrivent comment les changements de température et de pression affectent l'état du réfrigérant dans un système de tuyauterie étanche. En tant que technicien, vous devrez savoir tout cela lorsque vous dépannerez un équipement.

Il existe trois méthodes différentes de transfert de chaleur :

Maintenant que vous comprenez les différentes méthodes de transfert de chaleur, vous devez savoir ce qui affecte le taux de transfert de chaleur :

Les réfrigérants sont choisis pour leurs propriétés spécifiques et leur comportement est essentiel au processus d'évacuation de la chaleur. En manipulant la température et la pression, il est possible de créer une condition qui permettra au réfrigérant d'absorber ou de rejeter la chaleur.

Dans un système de réfrigération autonome ou scellé, la tuyauterie de réfrigérant est entièrement connectée et n'est pas exposée à la pression de l'air extérieur, et les composants comprennent le compresseur, le condenseur et l'évaporateur (voir Figure 1).

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FIGURE 1: Les systèmes de réfrigération contiennent des composants qui comprennent le compresseur, le condenseur et l'évaporateur. (Avec l'aimable autorisation de Heatcraft)

À l'état liquide, le réfrigérant est amorcé pour transférer la chaleur du refroidisseur de plain-pied, par exemple, via le système vers l'échangeur de chaleur extérieur. Les liquides ne peuvent pas être comprimés, donc le réfrigérant entre dans l'entrée du condenseur sous forme de vapeur chaude et se déplace dans les passages du serpentin de condensation. Puisqu’il existe une différence de température entre l’air extérieur et la vapeur chaude, la chaleur sera transférée et le réfrigérant passera de l’état gazeux à l’état liquide lorsqu’il sortira de la sortie du condenseur.

Le récepteur de liquide illustré à la figure 1 reçoit simplement du liquide sous-refroidi, puis il s'écoule vers le détendeur thermique (TXV) ou le détendeur électrique (EEV). Lorsqu'il quitte le TXV ou l'EEV, le réfrigérant va vers un distributeur, qui divise le flux de réfrigérant liquide entre toutes les ouvertures du serpentin de l'évaporateur. Ici, la pression du réfrigérant chutera, abaissant ainsi la température. Ces deux facteurs sont directement proportionnels.

Dans le serpentin de l’évaporateur, il y a une baisse importante de température en raison de la baisse de pression. L'air plus chaud soufflé à travers le serpentin abandonnera une partie de la chaleur absorbée par le réfrigérant plus froid aspiré par la conduite d'aspiration vers le compresseur. La vapeur de réfrigérant entre dans le compresseur, qui évacue le réfrigérant sous forme de gaz chaud qui entre ensuite dans l'entrée du serpentin de condensation, où il est rejeté ou cède la chaleur collectée de l'évaporateur à l'air ambiant extérieur. Ce faisant, il change d’état de gaz chaud à un liquide sous-refroidi. Puis le cycle recommence.

Il existe un ensemble de lois qui régissent ces changements d’état de vapeur à liquide. Lorsque le réfrigérant se trouve à l'intérieur d'un système scellé, plusieurs facteurs influenceront son état liquide ou gazeux (vapeur), et quatre lois décrivent le comportement du réfrigérant :

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FIGURE 2: La loi de Boyle stipule que la pression d'un gaz parfait (un gaz ne contenant aucun contaminant) est inversement proportionnelle à son volume à température constante. (Avec l'aimable autorisation de Heatcraft)

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FIGURE 3: La loi des gaz parfaits stipule que si le réfrigérant est chauffé, sa pression augmentera et si le réfrigérant est refroidi, sa pression diminuera. (Avec l'aimable autorisation de Heatcraft)

Toutes ces informations peuvent aider les techniciens à devenir plus experts en dépannage. Savoir comment l’équipement est censé fonctionner fournit une base de référence pour un moyen de comparaison.