Frigorigène/lubrifiant : formez le bon couple!

Transcription

1 Journée thématique : Fluides de travail pour la production de froid 16 mars 2017 Frigorigène/lubrifiant : formez le bon couple! Mohammed YOUBI IDRISSI Responsable du Groupe R&D Sciences de la Vie Air Liquide Expert Judiciaire près la Cour d Appel de Versailles 1

2 Rôles de l huile Lubrification des pièces mécaniques en mouvement du compresseur : pistons, bielle-manivelle, clapets,... Étanchéité : cylindre / piston ou inter-lobes des vis Refroidissement Réduction du bruit Évacuation des dépôts 2

3 Présence d huile : où et comment? Film HP Condenseur Séparateur Gouttelettes entraînées Détendeur BP Film Évaporateur Mousse Film Compresseur Retour d huile : film/gouttelettes L évaporateur est l organe le plus pénalisé par la présence d huile L huile reste sous forme liquide «non-volatil» dans tout le circuit 3

4 Transfert thermique en présence d hu En évaporation Rapport du coefficient d échange avec et sans huile Huile SUS 300 Huile SUS 150 Tube lisse Tube micro-aileté Huile SUS 300 Huile SUS 150 Tube lisse Tube micro-aileté Teneur en huile (%) Teneur en huile (%) 4

5 Transfert thermique en présence d hu En condensation Rapport du coefficient d échange (avec et sans huile) Fraction massique d huile (%) Fraction massique d huile (%) 5

6 Propriétés Frigorigène/lubrifiant Miscibilité : Propriété qui détermine les conditions de température et pression dans lesquelles le couple frigorigène/huile constitue (ou non) une phase liquide homogène Propriété importante au niveau de l évaporateur 15% est la concentration maximum admise dans l évaporateur S assurer que le lubrifiant sélectionné est compatible avec les de fonctionnement de machine Adapter la conception de la machine en fonction de miscibi dans les conditions d utilisation 6

7 Propriétés Frigorigène/lubrifiant Solubilité : indique à un état d équilibre, pour une huile miscible avec un fluide frigorigène, la fraction massique de frigorigène dissoute dans la phase liquide Propriété importante au niveau du compresseur S assurer que le niveau de viscosité est suffisant pour la lubrification 7

8 Propriétés Frigorigène/lubrifiant Viscosité : Propriété importante pour tout le circuit 8

9 Propriétés Frigorigène/lubrifiant Enthalpie : 45 le mélange se comporte comme un fluide zéotrope Mélange de R407C/huile à P=5bar 35 Température (K) Titre en vapeur R407C pur R407C/2%d'huile R407C/4% d'huile t [ 1 X C ] g hl,r + Cghoil + X hv h = 9

10 10000 R407C Pure and POE R407C oil (4%) X = mɺ L,r mɺ + mɺ V oil + mɺ V Dew curve (pure R407C) Pressure (kpa) Bubble curve (R407C/oil mixture) Bubble curve (pure R407C) Isotherm curve (pure R407C) Isotherm curve (R407C/oil mixture) Enthalpy (kj/kg)

11 Propriétés Frigorigène/lubrifiant Considérant deux huiles A et B de même grade de viscosité: le frigorigène est plus soluble dans l huile A que dans l huile B Rapport d'enthalpie 1 0,95 0,9 0,85 0,8 0,75 0,7 0,65 4% huile B 1% huile B 1% huile A 4% huile A QNE (%) % huile A 1% huile A 4% huile B 1% huile B Surchauffe apparente (K) 0, Surchauffe apparente (K) le choix doit être porté sur le couple le moins soluble à condition que la miscibilité ne soit pas atteinte 11

12 Quel lubrifiant pour quel fluide? Frigorigène HFC/HFO Fluides Naturels NH3 CO2 HC Lubrifiant Huiles synthétiques (POE, PAG, PVE) Huile minérale (MO), Huile synthétique AB ou PAO (Alkylbenzène, Polyalphaoléfine) PAO, PAG, POE MO (naphténique), PAG MO : bas coût, bonne stabilité, large gamme de grade de viscosité AB : bon marché, bonne stabilité mais viscosité élevée, utilisée dans les applications en basse température PAO : plus chère, très bonne stabilité, utilisée dans les systèmes cascades NH3/CO2 PAG : plus chère, souvent proposée pour le CO2 et les HC (grandes puissances), très sensible à l humidité POE : très chère, large utilisation, sensible à l humidité 12

13 Conséquences d un mauvais choix du 13

14 Conclusions et perspectives Si les règles de l art sont respectées et si le taux de circulation d huile dans la machine est inférieur à 2%, l impact de l huile en terme de réduction de puissance est limité et est expérimentalement atténué par les incertitudes de mesure. Le mauvais choix du lubrifiant peut conduire au mieux à une dégradation de la performance énergétique de la machine frigorifique, au pire à la casse du compresseur REX de HFO/lubrifiant Développer des méthodes de mesure non-intrusive de composition globale et locale Après l enthalpie, quid de l entropie? 14