Dégivrage des évaporateurs de réfrigération
Le dégivrage des évaporateurs de réfrigération est une procédure essentielle pour préserver l’efficacité et les performances optimales des systèmes de réfrigération. L’inspection et l’entretien garantissent un échange thermique efficace à l’intérieur de l’évaporateur et assurent son bon fonctionnement.
Pourquoi le gel se forme-t-il ?
La formation de givre sur les évaporateurs de réfrigération est principalement le résultat de la condensation et du gel de l’humidité contenue dans l’air. Ce processus commence lorsque l’air, circulant dans le serpentin de l’évaporateur, se refroidit jusqu’à son point de rosée, condensant l’humidité présente si l’on descend en dessous de cette température, et la transformant en givre.
Qu'est-ce que le dégivrage des évaporateurs de réfrigération ?
Le dégivrage est un processus par lequel la glace ou le givre accumulés sur la surface de l’évaporateur d’un système de réfrigération sont éliminés. Ce processus fait partie de l’entretien et du bon fonctionnement de l’équipement.
Types de dégivrage des évaporateurs de réfrigération
Les types de dégivrage les plus couramment utilisés dans les évaporateurs frigorifiques sont les suivants :
- Dégivrage à l’air.
- Dégivrage à l’eau.
- Par résistances électriques.
- Par gaz ou liquide chaud.
Analyse psychrométrique : un aperçu du processus
Nous utilisons un diagramme psychrométrique pour visualiser ce processus. Ici, le refroidissement sensible de l’air est représenté par un mouvement horizontal vers la gauche, de l’entrée d’air au point de rosée. Au-delà de ce point, tout refroidissement supplémentaire entraîne une réduction de l’humidité absolue de l’air, représentée par un mouvement vertical vers le bas dans le diagramme.
Exemple pratique : impact sur les entrepôts frigorifiques
Considérons une chambre froide réglée à 0°C. Si la température d’entrée de l’air est légèrement plus élevée, par exemple 2°C, et que la température de sortie du serpentin est de -10°C, nous observons que pendant le refroidissement sensible, l’humidité absolue reste constante jusqu’à ce que le point de rosée soit atteint. Lorsque le refroidissement se poursuit et franchit ce point, l’humidité se condense et gèle par la suite, formant du givre.
Calcul de la formation de givre
La quantité de glace formée peut être calculée à l’aide de la formule suivante :
À quoi sert le dégivrage des évaporateurs de réfrigération ?
Dans les systèmes de réfrigération, la formation de glace ou de givre sur les évaporateurs est un problème grave qui réduit considérablement l’efficacité et le fonctionnement du système. Lorsque la glace se forme sur les évaporateurs, elle agit comme un isolant thermique, augmentant la résistance thermique et diminuant la capacité de transfert de chaleur, qui peut être calculée par l’équation suivante :
U= coefficient de transfert de chaleur dans l’évaporateur
S= surface d’échange disponible
ΔT= différence de température entre l’entrée d’air et l’évaporation (nous considérons des ailettes égales)
Plus la glace se forme, plus le coefficient de transfert de chaleur diminue, ce qui oblige le système à fonctionner à des températures et des pressions plus basses pour compenser. Cela augmente non seulement la consommation d’énergie, mais peut également entraîner des arrêts imprévus du système, des défaillances opérationnelles et une usure accélérée des composants.
Importance du dégivrage
Le dégivrage des évaporateurs de réfrigération est essentiel pour maintenir l’efficacité opérationnelle des systèmes de réfrigération. L’élimination régulière du givre accumulé permet d’atteindre cet objectif :
- Rétablir la capacité de transfert de chaleur. Le dégivrage des évaporateurs de réfrigération permet à l’évaporateur de fonctionner à pleine capacité, ce qui permet au système de fonctionner dans des conditions optimales.
- Réduire la nécessité de fonctionner dans des conditions extrêmes. En maintenant les surfaces de l’évaporateur exemptes de glace, il n’est pas nécessaire de faire fonctionner le compresseur hors normes pour compenser la perte de transfert, ce qui réduit la consommation d’énergie.
- Prévenir les temps d’arrêt non désirés. Un dégivrage efficace permet d’éviter les temps d’arrêt indésirables dus à une baisse de pression ou à l’activation de mesures de sécurité liées à une accumulation excessive de glace.
Comment résoudre la formation de givre sur le serpentin de l'évaporateur ?
La formation de givre sur les évaporateurs des systèmes de réfrigération peut entraîner un certain nombre de problèmes opérationnels et réduire considérablement l’efficacité du système. Il est essentiel d’identifier et de traiter les facteurs qui contribuent à ce phénomène pour maintenir des performances optimales. Nous examinons ci-dessous les principaux facteurs qui favorisent la formation de givre et les stratégies permettant de les atténuer :
La pénétration de l'humidité dans les entrepôts frigorifiques
Les chambres froides ne sont pas totalement étanches à l’air ; les entrées d’air chaud et humide en provenance de l’extérieur peuvent être importantes, en particulier par les portes qui s’ouvrent ou qui sont mal étanchéifiées.
| Origine | Problème | Solution |
| Etanchéité à l’air insuffisante | Fuites d’air | Étanchéité et imperméabilité à l’air correctes, inspection et identification |
| Portes, rideaux et préchambre | Ouverture fréquente | Portes automatiques, rideaux et bandes d’air, pré-caméras |
| Emballage du produit | Libération d’humidité | Techniques d’emballage, pré-refroidissement des produits… |
| Climat extérieur | Climats chauds et humides | Barrières physiques, contrôle des entrées. |
Imaginons que la température de l’air à l’intérieur de la chambre froide augmente, passant d’un état initial (point 1a) à un état où la température et l’humidité sont plus élevées (point 1b). Ce changement est clairement illustré dans la figure 3. À ce nouveau point, l’humidité absolue est plus élevée, ce qui signifie qu’il y a plus de vapeur d’eau dans l’air.
Lorsque l’humidité augmente et que l’air traverse l’évaporateur, la quantité d’humidité qui atteint le point de rosée et se condense ensuite augmente également (de Δw1 à Δw2).
Influence de la plage de température et impact du pont thermique
La plage de température à l’intérieur d’une chambre détermine si l’air atteindra le point de rosée sur les surfaces de l’évaporateur. Dans les systèmes configurés pour rester au-dessus du point de rosée, la vapeur ne se condense pas, ce qui empêche la formation de givre. Toutefois, en cas d’exigences de températures moyennes et basses, il est plus fréquent d’atteindre et de dépasser le point de rosée, ce qui accroît le risque de formation de givre.
En outre, l’écart thermique, défini comme la différence entre la température d’entrée de l’air et la température de l’évaporateur, influence directement l’intensité de la déshumidification. Un écart thermique plus important peut entraîner une plus grande condensation de l’humidité et, à terme, son gel dans l’évaporateur, comme l’illustre la figure. À mesure que le saut thermique augmente, la quantité d’humidité absolue éliminée augmente également, passant d’un point d’état initial 2a à un point d’état plus critique 2b. L’humidité absolue de l’air passe ainsi de Δw1 à Δw2, ce qui entraîne une déshumidification accrue.
Type de réfrigérant et glissement à changement de phase
Certains réfrigérants subissent ce que l’on appelle un « glissement » pendant le changement de phase, ce qui signifie que la température d’évaporation n’est pas constante dans l’ensemble de l’évaporateur. Cela peut créer des zones plus froides où la condensation et le gel de l’humidité sont plus probables.
Une analyse du diagramme de Mollier, comme dans la figure 3 pour le réfrigérant R-407C, peut aider à visualiser comment les propriétés thermodynamiques du réfrigérant affectent le fonctionnement de l’évaporateur et la formation de givre dans une situation de température moyenne, où la température de rosée (du réfrigérant) est de -10°C, la température d’évaporation moyenne est de -12,5°C, la température d’expansion du réfrigérant est de -14,5°C et la température de bulle sera de -16,5°C à une pression relative de 2,6 bars.
Facteurs contribuant à la formation de givre sur les évaporateurs
La formation de givre sur les évaporateurs peut également être causée par des problèmes opérationnels et de maintenance spécifiques. Chacun de ces problèmes contribue différemment au phénomène de formation de givre et nécessite une attention particulière pour être résolu :
| Origine | Problème | Solution |
| Fuite du réfrigérant de l’évaporateur | Perte de pression dans le circuit frigorifique et perte de température | Inspections régulières |
| Évaporateur encrassé et obstrué | Impossibilité d’échange de chaleur | Prévoir un entretien et un nettoyage réguliers |
| Absence de flux d’air dans les ventilateurs | Réduction de l’échange de chaleur | Vérifier le fonctionnement du ventilateur |
| TEV ou filtre bouché | Perte de pression dans le circuit frigorifique et perte de température | Inspecter et régler le TEV. Remplacer le filtre. |
Puissance frigorifique de l'évaporateur
Potencia frigorífica del circuito
La saleté agit à la fois comme un isolant, réduisant le coefficient de transfert, et comme un obstacle à l’écoulement de l’air, réduisant le débit massique de l’air. Cette relation apparaît clairement dans l’équation de la capacité de refroidissement offerte par l’évaporateur.
Cela nécessitera une température de sortie de l’air plus basse (gradient plus élevé) et par conséquent, comme nous l’avons vu dans le cas de l’augmentation du saut thermique, nous augmentons l’humidité absolue retirée de l’air dans la chambre.
Dans l’équation, si le débit massique circulant dans le système est réduit, la capacité de refroidissement de l’équipement diminue. Par conséquent, la capacité de refroidissement de l’évaporateur diminuera également.
m_ref = débit du réfrigérant
Δh= saut d’enthalpie entre la détente du réfrigérant et l’aspiration du compresseur
Dans un évaporateur à détente sèche, le réfrigérant s’évapore plus tard, ce qui augmente la proportion de gaz par rapport au liquide. Cela diminue le coefficient de transfert de chaleur et rapproche la température de l’air de sortie de la température de l’air d’entrée, réduisant ainsi la différence de température dans le flux d’air.
La figure montre les courbes de température de l’air et du réfrigérant le long de la bobine, en bleu pour un fonctionnement normal et en rouge pour une fuite de réfrigérant. Une évaporation précoce prolonge la durée pendant laquelle le réfrigérant reste sous forme de gaz, ce qui diminue le coefficient de transfert de chaleur. Il en résulte un transfert de chaleur moindre et une température de sortie d’air plus élevée. En outre, le réfrigérant évaporé devient un gaz surchauffé, ce qui réduit la pente de la ligne de température de l’air.
Le diagramme psychrométrique montre deux cas : un cas normal avec un rendement de 90 % et un cas avec restriction du débit.
- Dans le premier cas, la température de sortie de l’air est proche de celle de l’ailette de l’évaporateur.
- Dans le second cas, en cas de restriction du débit, elle s’éloigne et se rapproche de la température d’entrée.
