Fonction des éléments principaux du circuit frigorigène 'Évaporateur'

L’évaporateur a pour fonction de prélever la chaleur à son environnement et de la céder au fluide frigorigène. La température d’évaporation doit être située lors de ce processus au-dessous de la température ambiante. La température d’évaporation souhaitée peut être obtenue avec précision grâce à un effet d’aspiration du compresseur de fluide frigorigène combiné à un étranglement de l’organe de détente. Le flux de chaleur généré entre l’évaporateur et le milieu ambiant, grâce à la différence de température, entraîne dans l’évaporateur une évaporation (zone d’évaporation) du liquide du fluide frigorigène par le détenteur et le cas échéant une surchauffe (zone de surchauffe).
*Processus à l’intérieur de l’évaporateur
Le fluide frigorigène pénétrant dans le détendeur (éventuellement surrefroidi) est détendu à la pression d’évaporation po.
Lors de cette opération, une partie du fluide frigorigène liquide s’évapore avant d’atteindre l’évaporateur.
Cette quantité de vapeur x est d’autant plus importante que la différence de température entre la température de condensation et la température d’évaporation est grande.
cette quantité atteint 20 %.

Processus à l’intérieur de l’évaporateur

A l’extrémité de l’évaporateur, le fluide frigorigène a éte entièrement évaporé et est passé à l’état de surchauffe.
La température du fluide frigorifique n’augmente que lorsque le liquide est entièrement évaporé.
Ce mode de fonctionnement de l’évaporateur est appelé évaporation sèche (détente sèche).
La zone de surchauffe possède de mauvaises propriétés de transfert thermique. De plus, la différence de température avec le milieu ambiant est plus faible à la suite de l’augmentation de la température du fluide frigorigène. Il s’ensuit que la quantité de chaleur transmise à la zone de surchauffe est moins importante.
*Puissance de l’évaporateur
La puissance de l’évaporateur dépend en premier lieu des conditions suivantes :
Surface A
Plus la surface thermoconductrice est importante, plus la puissance transmise est grande. Il faut tenir compte ici de l’ensemble de la surface externe participant au transfert thermique.
Gradient thermique efficace Δt1
Le gradient thermique efficace est déterminé par la différence de température d’entrée = Température d’entrée de l’air - température de l’évaporation.

Δt1 = toL1 - to      en K

Nous pouvons affirmer, si l’on ne considère que le seul échangeur de vapeur : plus ce gradient thermique est

important et plus la puissance de l’échangeur de chaleur est élevée.

Valeur k
La valeur k (coefficient de transmission de chaleur) quantifie la qualité du transfert thermique. Elle indique la capacité de la chaleur à passer du milieu à refroidir (air) vers le fluide frigorigène. Cette valeur regroupe les facteurs suivants
• Matériau de l’évaporateur (cuivre, aluminium)
• Écart et diamètre des conduites
• Disposition des conduites
• Profondeur de l’évaporateur
• Écart entre les lamelles
• Forme des lamelles
• Qualité des surfaces
• Encrassement et givrage
• Écoulement d’arrivée et de passage
• Vitesse d’écoulement de l’air et du fluide frigorigène
• Forme d’écoulement de l’air et du fluide frigorigène
• Propriétés variables avec la température de l’agent réfrigérant (air) et du fluide frigorigène
• Répartition des deux agents
• État du fluide frigorigène (sous forme de vapeur, vapeur humide, liquide)
• Pourcentage d’huile dans le fluide frigorigène
Le gradient de température actif sur le côté de l’évaporateur ne doit pas, pour un fonctionnement idéal,
dépasser 10 K environ. Des différences de températures plus importantes (p.ex. une température d’évaporation plus basse), comme dans le cas d’une utilisation frigorifique mobile (15 - 20 K dans des conditions de fonctionnement normales), courantes pour des raisons de place, de poids et de coûts, diminuent le rendement de l’installation. Si l’on souhaite déshumidifier l’installation frigorifique,
il est nécessaire dès lors d’avoir de plus grandes différences de température. L’évaporateur commence
à se couvrir de givre à partir d’une température d’évaporation de -5 ° C, Un spécialiste responsable du
dégivrage devra empêcher le givrage de l’évaporateur en arrêtant le compresseur ou en activant un régulateur de rendement.
Nous appliquerons pour la puissance d’évaporation (puissance frigorifique) Qo la formule suivante:

in kW (kJ/s)

Cette équation est utilisée dans la fabrication d’échangeurs de chaleur. Le fluide frigorigène et le milieu réfrigérant sont pris en compte pour la valeur k.
La puissance frigorifique peut être calculée à partir de l’air ou du fluide frigorigène.
La puissance frigorifique calculée à partir de l’air peut être calculée à partir de l’équation suivante :

in kW (kJ/s)

mL :Flux massique de l’air en kg/s
cL  :Capacité thermique spéc. de l’air en kJ/(kg /K)
ΔtL :Refroidissement de l’air en K
ΔtL = toL1 - toL2
L’équation suivante permet de calculer la puissance frigorifique déterminée à partir du fluide frigorigène :

in kW (kJ/s)

mR  :Flux massique du fluide frigorigène en kg/s
Δho :Différence d’enthalpie dans l’évaporateur en kJ/kg
Ce procédé est rarement utilisé en pratique pour déterminer la puissance frigorifique. Le courant massique du
fluide frigorigène doit être mesuré. Ce processus est utilisé dans les opérations de contrôle.
Pression d’évaporation
La pression d’évaporation po est calculée à partir des paramètres définissant „l’étranglement“ du détendeur et ceux de l’effet d’aspiration du compresseur. La superficie, son encrassement ou le givrage ainsi que le débit volumétrique et la température d’entrée du fluide réfrigérant (air, eau ou saumure) exerce une influence sur la pression momentanée d’évaporation.
Il faudra prendre en compte les considérations suivantes:

Effet des différents paramètres sur la pression d’évaporation

Une pression d’évaporation plus basse (température d’évaporation) réduit la capacité frigorifique. Une diminution de la température d’évaporation d’un Kelvin réduit la capacité calorifique de 4 % environ.