De nombreux systèmes de climatisation et de réfrigération ont leurs unités de condensation situées à l’extérieur pour deux raisons principales. Tout d’abord, cela tire parti des températures ambiantes extérieures plus fraîches pour rejeter la chaleur absorbée dans la section évaporateur, et deuxièmement, pour réduire la pollution sonore.
L’unité de condensation se compose habituellement d’un compresseur, d’une bobine de condenseur, d’un ventilateur de condensateur extérieur, d’un contacteur, d’un relais de départ, de condensateurs et d’un circuit imprimé à l’état solide. Les récepteurs sont souvent incorporés dans les unités de condensation du système de réfrigération. À l’intérieur de l’unité de condensation, le compresseur est souvent relié d’une façon ou d’une autre à sa section inférieure ou à sa manivelle. Ce chauffe-eau est souvent appelé chauffe-manivelle (voir figures 1 et 2).
Le chauffe-manivelle est un chauffe-résistance électrique qui est habituellement attaché, attaché au fond de la manivelle, ou inséré dans un puits dans la manivelle du compresseur. Le chauffe-manivelle est souvent visible sur les compresseurs qui fonctionnent à des températures ambiantes inférieures à la température d’évaporateur de fonctionnement du système.
Le lubrifiant à manivelle du compresseur, ou huile, a de nombreuses fonctions importantes. Même si le réfrigérant est le fluide de travail nécessaire au refroidissement, de l’huile est nécessaire pour lubrifier les pièces mécaniques mobiles du compresseur. Dans des conditions normales, il y aura toujours une petite quantité d’huile qui échappe à la manivelle d’un compresseur et circule avec le réfrigérant dans tout le système. La vitesse de réfrigération appropriée qui traverse le tube du système rendra cette huile échappée à la manivelle au fil du temps, et c’est pour cette raison que l’huile et le réfrigérant doivent être solubles les uns dans les autres. Dans le même temps, cependant, la solubilité de l’huile et du réfrigérant peut causer un autre problème de système. Ce problème, c’est la migration des réfrigérants.
MIGRATION FRIGORIGÈNE
La migration est un phénomène hors cycle. Il s’agit d’un processus où le réfrigérant liquide et/ou vaporeux migre ou retourne à la ligne de manivelle et d’aspiration du compresseur pendant le cycle hors cycle du compresseur. Pendant le cycle d’arrêt d’un compresseur, et surtout pendant une longue période d’arrêt, le réfrigérant voudra voyager, ou migrer, à un endroit où la pression est la plus basse. Dans la nature, les fluides se déplacent d’un endroit où la pression est plus élevée jusqu’à un endroit où la pression est plus basse. La manivelle a généralement une pression inférieure à celle de l’évaporateur en raison de l’huile qu’elle contient. Une température ambiante froide amplifiera le phénomène de pression de vapeur inférieure et aidera à condenser la vapeur de réfrigérant à un liquide à l’intérieur de la manivelle.
L’huile frigorigène elle-même a une faible pression de vapeur et coulera vers elle si le réfrigérant est dans l’état de vapeur ou de liquide. En fait, l’huile de réfrigérant a une telle basse pression de vapeur, il ne se vaporisera pas même quand un aspirateur de 100 microns est tiré sur le système de réfrigération. Certaines huiles de réfrigération ont une pression de vapeur aussi basse que 5-10 microns. Si l’huile n’avait pas une pression de vapeur aussi basse, elle se vaporiserait chaque fois qu’une basse pression existait dans la manivelle ou lorsqu’un vide était tiré dessus.
Puisque la migration frigorigène peut se produire avec la vapeur de réfrigérant, la migration peut se produire en montée ou en descente. Lorsque la vapeur de réfrigérant atteint la crankcase, elle sera absorbée et condensée dans l’huile en raison de la miscibilité réfrigérant/huile.
Lors de longs cycles de congé, le réfrigérant liquide sera sur le fond de l’huile, formant une couche striée dans la crankcase. Cela se produit parce que le réfrigérant liquide est plus lourd que l’huile. Sur le compresseur court hors cycles, le réfrigérant migré n’a pas la chance de s’installer sous l’huile, mais se mélangera toujours avec l’huile dans la crankcase. Les propriétaires résidentiels éteignent souvent la déconnexion électrique à l’unité de condensation extérieure de leur climatiseur pendant la saison de chauffage et/ou les mois plus frais où la climatisation n’est pas nécessaire. Cela fera en sorte que le compresseur sera sans chaleur de manivelle en raison d’un chauffe-manivelle dynamisé. La migration du réfrigérant vers la crankcase aura certainement lieu pendant ce long cycle de congé.
Une fois que la saison de refroidissement commence, si le propriétaire d’une maison ne tourne pas le disjoncteur de nouveau sur au moins 24-48 heures avant de commencer l’unité de climatisation, mousse grave de crankcase et pressurisation se produira de la longue migration de réfrigérant hors cycle.
Cela peut voler la manivelle d’un niveau d’huile approprié ainsi que des roulements de score et causer d’autres défaillances mécaniques dans le compresseur.
CHAUFFE-EAU CRANKCASE
Le chauffe-manivelle est conçu pour aider à lutter contre la migration des réfrigérants. La fonction du chauffe-manivelle est de maintenir l’huile dans la manivelle du compresseur à une température plus élevée que la partie la plus froide du système. Cela provoquera la manivelle d’avoir une pression légèrement plus élevée que le reste du système. Le réfrigérant entrant dans la manivelle sera ensuite vaporisé et ramené dans la ligne d’aspiration.
La migration du réfrigérant vers la manivelle du compresseur pendant un cycle hors cycle est un grave problème. De graves dommages au compresseur peuvent se causer si le problème n’est pas résolu. Si la migration frigorigène se produit, lorsque le compresseur démarre pour son prochain cycle, il y aura une baisse immédiate de la pression de manivelle de la start-up. Cela provoquera une mousse violente dans la manivelle. Le mélange de réfrigérant et d’huile strié explosera, provoquant la forme d’une riche mousse réfrigérante/huile dans la crankcase. Ce réfrigérant pressurisé et la mousse d’huile s’infiltreront à travers les cavités du compresseur, causant des vannes de décharge cassées et des roseaux. Le niveau d’huile dans la manivelle diminuera alors, et les pièces mécaniques seront notées à partir d’une lubrification inadéquate. Avec la pression élevée de manivelle, le mélange de réfrigérant et de mousse d’huile peut maintenant être forcé autour des anneaux de piston et être pompé par le compresseur dans le système de réfrigération. Non seulement cette situation cause-t-elle la perte d’huile de la manivelle, mais elle peut également causer une forme légère d’huile et/ou de slugging frigorigène dans les cylindres du compresseur.
Le slugging est lorsque le réfrigérant liquide ou le réfrigérant liquide et l’huile entrent dans le cylindre du compresseur pendant le cycle du compresseur. Le tirage à courant compresseur élevé, qui entraînera une surchauffe du moteur, suit habituellement. En outre, les valves cassées ou déformées peuvent se produire à la suite d’une surchauffe et/ou d’un slugging.
Remède
Le seul remède sûr pour la migration du réfrigérant vers un compresseur est un système automatique de pompage vers le bas. Il faut dégager tout le réfrigérant de la ligne d’évaporateur et d’aspiration avant chaque cycle hors cycle. Le pompage automatique est réalisé avec un thermostat contrôlant un solénoïde de ligne liquide en combinaison avec un contrôleur à basse pression mettant fin au cycle on une fois que les lignes d’évaporateur et d’aspiration sont dépourvues de tout réfrigérant. Cela permettra de s’assurer qu’il n’y a pas de réfrigérant dans l’évaporateur ou la ligne d’aspiration pour migrer vers le compresseur.
Certains systèmes de commande pompent l’évaporateur et la ligne d’aspiration avant chaque cycle hors cycle et, en même temps, dynamisent un chauffe-manivelle pendant le cycle hors cycle. D’autres utilisent à la fois un chauffe-manivelle et un accumulateur de ligne d’aspiration de bonne taille pour protéger le compresseur contre le retour du liquide au compresseur. Toutefois, dans les cas graves, un accumulateur de ligne d’aspiration peut également être inondé de réfrigérant.
Les chauffe-manivelle peuvent être énergisés en continu ou pendant le cycle. Toutefois, afin d’éviter la carbonisation de l’huile à partir d’une chaleur excessive, l’entrée de puissance du chauffe-manivelle doit être limitée. Dans des températures ambiantes approchant 0 °F, ou lorsqu’il est exposé à des vents froids, le chauffe-manivelle peut être maîtrisé, et la migration du réfrigérant vers la manivelle du compresseur peut encore se produire.
Le chauffe-manivelle est également une précaution de sécurité au cas où le solénoïde de la ligne liquide sur un système automatique de pompage vers le bas fuit réfrigérant pendant le hors-cycle. Le chauffe-manivelle empêchera tout réfrigérant de se rendre à la manivelle et de provoquer un flash d’huile au démarrage. Toutefois, il n’empêchera pas l’éclusage ou l’inondation du réfrigérant liquide de la ligne d’aspiration ou de l’évaporateur lors des démarrages. C’est parce que le compresseur suivant sur le cycle pourrait tirer ce réfrigérant de la ligne d’aspiration, et le slugging liquide du compresseur peut se produire. Encore une fois, les appareils de chauffage à manivelle aident à lutter contre la migration du réfrigérant vers la manivelle du compresseur, mais n’empêchent pas le compresseur de slugging aux démarrages ou le retour à l’eau liquide vers les compresseurs une fois que le compresseur est en marche.
On pense souvent qu’un chauffe-manivelle empêchera la migration. Les chauffe-crankcase garderont la manivelle du compresseur au chaud et empêcheront la migration du réfrigérant vers l’huile du compresseur dans la manivelle. Toutefois, le réfrigérant migré condensé peut s’asseoir dans la ligne d’aspiration près du compresseur, en attendant le prochain cycle. Si un réfrigérant liquide excessif a été conduit à la ligne d’aspiration, un slugging liquide sévère peut se produire pendant les démarrages. Souvent, des dommages au compresseur, comme des valves cassées et des pistons endommagés, se produiront.
Les chauffe-crankcase peuvent être efficaces pour lutter contre la migration du réfrigérant vers l’huile du compresseur dans la manivelle, mais ils ne remédieront pas à l’éviction des démarrages à partir d’un retour à l’eau liquide à moins qu’ils ne soient utilisés conjointement avec un accumulateur de ligne d’aspiration de taille appropriée. Et, la seule façon sûre d’empêcher la migration frigorigène est avec un système automatique de pompage vers le bas.
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