Surrefroidissement

L’organe de détente a pour fonction de réduire, après la condensation, le fluide frigorigène à un niveau de pression le plus bas (pression d’évaporation). La soupape fonctionne de façon optimale lorsque le liquide présente à l’entrée un niveau de pureté également optimal.
Le fluide frigorigène doit littéralement “se frayer en force“ un passage à travers un étranglement (fente d’étranglement).
Si l’on compare une certaine masse de fluide frigorigène à l’état liquide et à l’état de vapeur (à pression
constante), le fluide frigorifique sous forme gazeuse requiert un volume bien plus important. Il s’ensuit que le
fluide frigorigène sous forme de vapeur nécessite plus de temps pour se frayer un passage à travers “l’étranglement“.
Le fluide frigorigène sous forme gazeuse réduit, avant de parvenir à la soupape de détente, le débit et entraîne une sous-alimentation de l’évaporateur en fluide frigorigène.
La pression d’évaporation et la puissance d’évaporation diminuent.
Si l’installation frigorifique est exploitée de telle sorte que l’état “Entrée détendeur“ se trouve directement sur la courbe de séparation gauche (ligne d’ébullition), les moindres variations des conditions d’exploitation peuvent provoquer la formation de bulles à l’avant du détendeur.
Pour cette raison, l’état “entrée détendeur“ est déplacé de la ligne d’ébullition vers la zone liquide et on parle alors de surrefroidissement. qui garantit une alimentation en liquide à l’avant de la soupape de détente.
Le surrefroidissement est ainsi calculé :

en K

Δtc2u Surrefroidissement à la sortie du condenseur en K
tc2u Température du FF à la sortie du condenseur en °C
tc Température de condensation en°C

Surrefroidissement du fluide frigorigène

Surrefroidissement: Δtc2u = tc - tc2u
                              Δtc2u = 45 °C - 40 °C = 5 K
Outre la garantie d’une alimentation liquide à l’avant du détendeur, le surrefroidissement permet également
d’augmenter dans une certaine mesure la puissance frigorifique.
1. Comment obtenir un surrefroidissement?
Surrefroidissement dans le condenseur Il faudra, si l’on souhaite obtenir un surrefroidissement dans le condenseur, remplir une partie du condenseur avec du fluide frigorigène liquide. Le milieu frigorifique (air) circulant à ce niveau refroidit le fluide frigorigène.
Étant donné que le transfert thermique ne peut se dérouler dans cette zone que dans des conditions difficiles, la pression de condensation augmente provoquant ainsi un mauvais rendement de l’installation. Il n’est donc pas absolument nécessaire de réaliser un surrefroidissement dans le condenseur. En présence de températures de condensation très élevées, le surrefroidissement génère, malgré ces effets, une augmentation du rendement.
   *Condenseur avec dispositif de surrefroidissement
Le montage d’un condenseur avec un dispositif de surrefroidissement ou le montage d’une boucle de surrefroidissement permettent également d’obtenir un surrefroidissement.
Ce montage permet de faire passer la conduite de liquide en aval du collecteur de liquide à travers le dispositif à lamelles du condenseur. Le milieu réfrigérant qui parcourt cette zone surrefroidit le fluide frigorigène liquide.
   *Surrefroidissement dans la conduite liquide
Si la conduite liquide traverse des espaces où règnent des températures plus basses (tamb < tc2u), la déperdition de chaleur dans le milieu ambiant entraîne un surrefroidissement supplémentaire.
   *Echangeur de chaleur liquide-vapeur d’aspiration
L’échangeur de chaleur liquide-vapeur d’aspiration (également appelé échangeur thermique interne) favorise l’échange de chaleur entre le fluide frigorigène dans la conduite de liquide. Il assure un surrefroidissement du liquide ainsi qu’une surchauffe de la vapeur d’aspiration. Cet élément n’est pas utilisé dans les installations frigorifiques mobiles.
2 Valeurs de surrefroidissement
Le surrefroidissement à la sortie du collecteur atteint 0 K sur les installations à collecteur (si la quantité de remplissage de fluide frigorigène est correcte). Le collecteur assure ici l’alimentation nécessaire en liquide. Sans collecteur, le surrefroidissement optimal serait la plupart du temps situé entre 2-3 K.
3 Mesure du surrefroidissement
Vous êtes appelé à mesurer le surrefroidissement sur une installation frigorifique utilisant du R 134a.
 a) De quel appareil de mesure avez-vous besoin?
b) Où mesurez-vous les valeurs requises? c) Vous lisez sur un manomètre monté directement sur le condenseur la valeur pec = 15 bar Quelle est la valeur de la pression de condensation pc?
 d) Quelle est la valeur de la température de condensation tc?
 e) Vous mesurez la température à la sortie du condenseur tc2u = 55 °C. Quelle st la valeur du surrefroidissement Δtc2u?
 f) Tirez les conclusions sur le surrefroidissement calculé.
Solution
a) Manomètre, thermomètre, (tableau récapitulatif des vapeurs)
 b) La pression de condensation po et la température mesurée à la sortie du condenseur tc2u sont mesurées si possible au même endroit en aval du condenseur.
 c) pc = pec + pamb = 15 bar + 1 bar = 16 bar
 d) Pour pc = 16 bar, le tableau récapitulatif des pressions de vapeur de R 134a (voir annexe) affiche une température de condensation tc de 57,9 °C.
 e) Δtc2u = tc - tc2u = 57,9 °C - 55 °C = 2,9 K
 f) La valeur du surrefroidissement calculée est située dans la plage usuelle comprise entre 2 - 3 K. Si l’installation toutefois est pourvue d’un collecteur, le surrefroidissement atteint 0 K.