Comprendre le froid

Historique

Produire du froid est un procédé relativement récent à l'échelle historique. Durant l'antiquité, Grecs et Romains conservaient le froid hivernal sous forme de neige ou de glace stockée dans des abris souterrains isolés à l'aide de paille ou de foin, ce qui permettait de rafraîchir les boissons et la nourriture même pendant l'été. C'est durant cette même période de l'histoire que l'on découvrit que l'on pouvait obtenir des températures plus basses en mélangeant de la glace pilée et du sel marin.
Plus récemment, au XIXème siècle, la production de froid se développa très rapidement avec l'avancement des connaissances en électricité.



Petit historique du froid

•  1805 - La première machine frigorifique à compression d'éther est inventée
•  1844 - Création de la machine frigorifique à air
•  1859 - Apparition de la première machine frigorifique à absorption
•  1913 - Le premier réfrigérateur domestique fait son apparition
•  1919 - La marque Frigidaire fait son apparition
•  1928 - Découverte des molécules de CFC 12 par Midgley & Henne de la division
    Frigidaire de Generals motors.
•  1931 - La fabrication industrielle commence avec Electrolux
•  1950 - Démocratisation des réfrigérateurs
•  1964 - Les réfrigérateurs à 2 portes font leurs apparitions
•  Années 70 : Les appareils s'accessoirisent : lumière, différents compartiments
•  Années 80 : Apparitions des premiers réfrigérateurs combinés et des appareils
    bimoteurs
•  Années 90 : De nouveaux gaz plus propres sont utilisés
•  Années 2000 : Le véritable défi devient l'environnement



Fonctionnement du froid

On dit souvent que le réfrigérateur « produit du froid » mais cela est faux car en réalité, le réfrigérateur pompe de la chaleur à l'intérieur du frigo et la rejette à l'extérieur. Pour cela, le frigo est équipé de deux échangeurs :
•  Un échangeur qui permet d'absorber la chaleur
•  Un échangeur qui permet de rejeter la chaleur

Schéma de fonctionnement du froid

Le principe d'un groupe frigorifique est d'extraire la chaleur de l'intérieur de la chambre froide et de rejeter cette chaleur à l'extérieur.
Pour cela, le groupe frigorifique fait passer le fluide réfrigérant de l'état liquide à l'état vapeur (l'évaporation) puis de l'état vapeur à l'état liquide (la condensation).
Pour s'évaporer le fluide absorbe de la chaleur.
Lorsqu'elle se condense, la vapeur restitue cette chaleur.

Les fluides réfrigérants fonctionnent selon un principe équivalent à celui de l'eau :

L'eau existe sous 3 états différents : l'état liquide, l'état vapeur (généralement invisible sauf les nuages) et l'état solide (la glace, la neige).

•  l'eau bout à 110 °C dans le circuit de refroidissement sous pression de votre voiture.
•  l'eau bout à 100 °C sous la pression atmosphérique.
•  l'eau bout à 20 °C  avec une pression très faible.
La température d'évaporation dépend donc de la pression qu'il y a au-dessus du liquide.

Vous mettez un verre d'eau sous une cloche en verre épais posée sur une table. Vous faites le vide dans la cloche à l'aide d'une pompe à vide. Soudain vous voyez l'eau qui commence à bouillir. Pourquoi ?

Une pression très faible oblige un liquide à s'évaporer.
Pour s'évaporer un liquide a obligatoirement besoin d'absorber de la chaleur.
Comme dans ce cas on ne chauffe pas l'eau, celle-ci va absorber la chaleur existante dans tous les objets qui sont en contact avec elle: le verre, l'air, la table. En s'évaporant, l'eau va donc refroidir ce qui l'entoure.

C'est exactement ce qui se passe dans l'évaporateur d'un circuit frigorifique. Mais lorsqu'on soumet un liquide de réfrigération à une faible pression, celui-ci s'évapore à des températures bien inférieures à l'eau : - 10 °C , - 20°c, - 30 °C ou - 40°C !


Le Fonctionnement d'un circuit frigorifique

        
1) Le compresseur frigorifique aspire le fluide réfrigérant dans l'évaporateur. Le détendeur (minuscule trou calibré) freine l'introduction du liquide dans l'évaporateur. Comme la pompe aspire beaucoup, elle a tendance à faire le vide dans l'évaporateur. De ce fait, la pression intérieure est très faible. On oblige ainsi le liquide à s'évaporer.
Or le liquide a besoin de beaucoup de chaleur pour s'évaporer et se transformer en "gaz". Il va prendre cette chaleur dans les tuyaux et les ailettes de l'évaporateur ce qui va les refroidir intensément.

2) Dans la chambre froide, un ventilateur brasse l'air intérieur à travers l'évaporateur. Cet air est refroidit au contact des tubes et des ailettes de l'évaporateur. L'air perd sa chaleur. Cette chaleur sert à évaporer le liquide qui se trouve à l'intérieur de l'évaporateur.

3) La chaleur intérieure de la chambre froide part de cette façon dans les tuyaux sous forme de vapeur (appelé gaz) vers le compresseur. Ce compresseur, placé à l'extérieur de la chambre froide, aspire ce gaz et le comprime fortement.

4) Sous l'effet de cette compression, le gaz passe de -20°C côté aspiration du compresseur à + 50°C côté refoulement du compresseur. On oblige ensuite le gaz devenu chaud à se condenser en le refroidissant grâce au condenseur placé à l'extérieur de la chambre (le condenseur est ce radiateur avec des tubes, des ailettes et un gros ventilateur).

5) En passant de l'état vapeur à l'état liquide à l'intérieur des tuyaux du condenseur, le gaz va rejeter la chaleur qu'il a pris à l'intérieur de la chambre froide. Cette chaleur est évacuée par le ventilateur du condenseur qui réchauffe l'air extérieur.
Cette chaleur rejetée à l'extérieur est la même que celle extraite à l'intérieur de la chambre froide.

Conclusion : Il y a eu un transfert de chaleur de l'intérieur de la chambre froide vers l'extérieur en utilisant le phénomène physique de l'évaporation puis de la condensation d'un fluide frigorigène.


Développement durable


Le développement durable peut se définir comme la capacité à répondre aux besoins de la génération présente sans compromettre l'avenir de la génération future.
Du réfrigérateur de maison aux chambres froides des supermarchés en passant par la climatisation des voitures, les liquides frigorigènes sont très largement utilisés pour véhiculer les frigories (froid). Pourtant ces gaz ont posé et posent toujours problème quant à leurs effets sur l'environnement.

L'Utilisation des fluides frigorigènes

L'utilisation des CFC (chlo.rofl.uorocarbures) et HCFC (hydro chlo.rofl.uorocarbures), gaz fortement destructeurs de la couche d'ozone, a été restreinte le 7 décembre 1992, date de publication du décret mettant en application le protocole de Montréal en France.

Les HFC (Hyd.rofl.uorocarbures) utilisés en remplacement du fait de leur innocuité pour la couche d'ozone s'inscrivent en revanche sur la liste des puissants gaz à effet de serre (selon leur formule chimique, entre 140 et 11.700 fois plus puissants que le CO2). L'atténuation du réchauffement planétaire constitue désormais le défi majeur auquel le secteur du froid doit faire face.

Il est important de souligner que ces fluides frigorigènes sont sans danger quand ils sont manipulés convenablement : tout professionnel du froid et de la climatisation doit donc remplir les conditions de capacité professionnelle et disposer d'équipements appropriés pour l'utilisation de ces fluides.


   
http://www.iifiir.org/fr/doc/1045.pdf
http://www.iifiir.org/fr/doc/1017.pdf



Comment récupérer les fluides frigorigènes?


Les vieux équipements frigorifiques ou climatiques contenant des CFC peuvent être conservés tant qu'ils restent parfaitement étanches. En revanche, si l'appareil ne fonctionne plus, les CFC doivent être récupérés et détruits par incinération conformément à la réglementation sur les déchets. En effet, recharger ces appareils frigorifiques et climatiques avec des CFC (« anciens gaz ») est aujourd'hui interdit. Une fois vidangé l'équipement est soit mis au rébus, soit rechargé avec un autre fluide frigorigène autorisé lorsque l'opération est techniquement possible.
En revanche, les autres gaz peuvent être récupérés grâce à une station de récupération puis incinérés ou recyclés selon le cas.