Frigorigène/lubrifiant : formez le bon couple ! Frigorigène/lubrifiant :
formez le bon couple !
Mohammed YOUBI IDRISSI Mohammed YOUBI IDRISSI
Responsable du Groupe R&D Sciences de la Vie – Air Liquide
Expert Judiciaire près la Cour d’Appel de Versailles
Responsable du Groupe R&D Sciences de la Vie – Air Liquide
Expert Judiciaire près la Cour d’Appel de Versailles
Journée thématique :
Fluides de travail pour la production de froid 16 mars 2017
Rôles de l’huile
Lubrification des pièces mécaniques en mouvement du compresseur : pistons, bielle-manivelle, clapets, ...
Lubrification des pièces mécaniques en mouvement du compresseur : pistons, bielle-manivelle, clapets, ...
Refroidissement Refroidissement Étanchéité :
cylindre / piston ou inter-lobes des vis
Étanchéité :
cylindre / piston ou inter-lobes des vis
Réduction du bruit Réduction du bruit
Évacuation des dépôts Évacuation des dépôts
Présence d’huile : où et comment ?
Évaporateur Condenseur
Séparateur
Compresseur Détendeur
HP
BP
Retour d ’huile : film/Gouttelettes Gouttelettes entraînées
Film Film
Film
Mousse
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
Transfert thermique en présence d’huile
En évaporation
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 (%)
Rapport du coefficient d ’échange avec et sans huile
Transfert thermique en présence d’huile
En condensation
Fraction massique d ’huile (%)
Fraction massique d ’huile (%)
Rapport du coefficient d’échange (avec et sans huile)
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
• S’assurer que le lubrifiant sélectionné est compatible avec les paramètres de fonctionnement de machine
• Adapter la conception de la machine en fonction de miscibilité ou non dans les conditions d’utilisation
Propriété importante au
niveau de l’évaporateur
15% est la concentration
maximum admise dans
l’évaporateur
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
Propriétés Frigorigène/lubrifiant
Viscosité :
Propriété
importante
pour tout le
circuit
le mélange se comporte comme un fluide zéotrope le mélange se comporte comme un fluide zéotrope
Mélange de R407C/huile à P=5bar
-5 5 15 25 35 45
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
Titre en vapeur
Température (K)
R407C pur R407C/2%d'huile R407C/4% d'huile
Propriétés Frigorigène/lubrifiant
Enthalpie :
[ g ] L , r g oil V
t 1 X C h C h X h
h = − ′ − + + ′
100 1000 10000
Pressure (kPa)
-20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80
Bubble curve (pure R407C)
Isotherm curve (pure R407C)
Pure R407C
Dew curve (pure R407C)
100 1000 10000
Pressure (kPa)
V oil r
, L
V
m m
m X m
ɺ ɺ
ɺ
ɺ +
= +
′
Bubble curve (R407C/oil mixture)
0.1 0.2 0.3 0.4
0.5 0.6 0.7
0.8 0.9
0.94
0.95 0.955
100 1000 10000
Pressure (kPa)
Isotherm curve (R407C/oil mixture)
R407C and POE oil (4%)
0 5 10 15 20 25
0 5 10 15 20
Surchauffe apparente (K)
QNE (%)
4% huile B 1% huile B
0,6 0,65 0,7 0,75 0,8 0,85 0,9 0,95 1
0 5 10 15 20
Surchauffe apparente (K)
Rapport d'enthalpie
1% huile B 4% huile B
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
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
le choix doit être porté sur le couple le moins soluble à
condition que la miscibilité ne soit pas atteinte
le choix doit être porté sur le couple le moins soluble à
condition que la miscibilité ne soit pas atteinte
4% huile A 1% huile A
0,6 0,65 0,7 0,75 0,8 0,85 0,9 0,95 1
0 5 10 15 20
Surchauffe apparente (K)
Rapport d'enthalpie
4% huile A 1% huile A
0 5 10 15 20 25
0 5 10 15 20
Surchauffe apparente (K)
QNE (%)
Propriétés Frigorigène/lubrifiant
Quel lubrifiant pour quel fluide ?
Frigorigène Lubrifiant
HFC/HFO Huiles synthétiques (POE, PAG, PVE) Fluides Naturels
NH3 Huile minérale (MO), Huile synthétique AB ou PAO (Alkylbenzène, Polyalphaoléfine)
CO2 PAO, PAG, POE
HC 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
Conséquences d’un mauvais choix du lubrifiant
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
Développer des méthodes de mesure non-intrusive de composition globale et locale
REX de HFO/lubrifiant
Après l’enthalpie, quid de l’entropie ?
