SCEMIM • Entraînement technique • Niveau intermédiaire à avancé
Une chambre froide ne descend plus en température : étude complète et dépannage
Un seul dossier pour travailler le dimensionnement, le fonctionnement du circuit, le diagnostic, l’électricité, la remise en service et la relation client.
Durée indicative : 3 à 4 heures • Note : /100 • Corrigés détaillés à déplier
Données · A. Sécurité · B. Bilan · C. Sélection · D. Diagnostic · E. Électricité · F. Intervention · G. Rapport · Barème
Le dossier client
Une chambre froide positive de stockage de boissons et de produits alimentaires emballés doit maintenir +4 °C. Le client signale depuis deux jours une température de +10 °C, malgré un compresseur qui fonctionne longtemps. Les ventilateurs tournent, les échangeurs sont propres et l’évaporateur n’est pas pris en glace. Une trace huileuse est visible sur un raccord de la ligne liquide. Aucune fuite n’a encore été confirmée.
Cas pédagogique fictif. Les températures de conservation des aliments réels dépendent des produits et du plan sanitaire. Les caractéristiques ci-dessous sont des données imposées pour l’exercice, pas des valeurs universelles ni un dossier d’exécution.
| Grandeur | Valeur imposée |
|---|---|
| Dimensions intérieures L × l × h | 4 × 3 × 2,5 m |
| Température intérieure / extérieure | +4 °C / +32 °C |
| Température sous le sol | +20 °C |
| Coefficient U murs et plafond | 0,25 W/(m²·K) |
| Coefficient U du sol | 0,30 W/(m²·K) |
| Porte | Incluse dans la surface des murs, même U pour simplifier ; ne pas la compter deux fois |
| Marchandise introduite par jour | 600 kg à +25 °C, refroidis à +4 °C |
| Chaleur spécifique de la marchandise | 3,7 kJ/(kg·K) ; aucune congélation, aucune respiration à ajouter |
| Infiltration | 12 renouvellements équivalents du volume par jour |
| Masse d’air sec équivalente par m³ entrant | 1,20 kg d’air sec/m³ |
| Écart d’enthalpie extérieur/intérieur | 30 kJ/kg d’air sec, incluant sensible et latent |
| Apports internes moyens sur 24 h | 0,24 kW : éclairage, personnes et ventilateurs regroupés |
| Majoration globale de calcul | 15 % après addition des charges ; ponts thermiques et incertitudes inclus dans cette simplification |
| Temps frigorifique disponible | 16 h/jour ; les autres 8 h couvrent arrêts, dégivrages et réserve d’exploitation |
A. Préparer et sécuriser l’intervention — 10 points
- 4 points : indiquez quatre actions avant toute ouverture du circuit ou intervention électrique.
- 3 points : listez six instruments ou équipements nécessaires à un diagnostic fiable.
- 3 points : expliquez pourquoi une température de +10 °C et une trace d’huile ne suffisent pas à décider une recharge.
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Identifier le fluide et lire les notices ; protéger ou transférer les marchandises selon le plan sanitaire ; consigner l’alimentation et vérifier l’absence de tension avant travail électrique ; préparer ventilation, EPI et moyens de récupération adaptés avant ouverture du circuit. Les mesures sous tension sont réservées au personnel habilité avec une méthode adaptée.
Exemples d’équipement : sondes de température à pince isolées, manifold/transducteurs compatibles et table pression-température du fluide, pince ampèremétrique, multimètre adapté, détecteur de fuite compatible, balance de charge. Pour la réparation : station et bouteille de récupération adaptées, azote sec avec détendeur et protection de pression, pompe à vide et vacuomètre.
Une température trop élevée peut provenir de la charge thermique, de l’air, de la régulation, de l’alimentation liquide ou du compresseur. Une trace huileuse est un indice à contrôler au détecteur et au produit moussant compatible. Une recharge sans diagnostic peut masquer la fuite ou créer une surcharge.
B. Calculer le bilan frigorifique — 25 points
- 4 points : calculez le volume, les surfaces de murs, plafond et sol.
- 6 points : calculez les déperditions entrantes par transmission, séparément pour murs/plafond et sol.
- 5 points : calculez la charge produit et la charge d’infiltration moyennes sur 24 h.
- 5 points : ajoutez les apports internes puis la majoration de 15 %.
- 5 points : déduisez la puissance nécessaire pour 16 h/jour de fonctionnement et expliquez la différence avec l’énergie journalière.
Formules : Q̇ transmission (W) = U × A × ΔT ; Q produit (kJ/j) = m × c × ΔT ; Q infiltration (kJ/j) = V × n × ρ × Δh ; Q̇ moyenne (kW) = Q (kJ/j) / 86 400.
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- Volume = 4 × 3 × 2,5 = 30 m³.
- Murs = 2 × (4 + 3) × 2,5 = 35 m². Plafond = 12 m². Sol = 12 m².
- Murs + plafond : 0,25 × 47 × (32 − 4) = 329 W.
- Sol : 0,30 × 12 × (20 − 4) = 57,6 W. Transmission totale = 386,6 W = 0,3866 kW.
- Produit : 600 × 3,7 × 21 = 46 620 kJ/j = 12,95 kWh/j, soit 0,5396 kW en moyenne.
- Infiltration : 30 × 12 × 1,20 × 30 = 12 960 kJ/j = 3,60 kWh/j, soit 0,1500 kW.
- Total moyen = 0,3866 + 0,5396 + 0,1500 + 0,2400 = 1,3162 kW.
- Énergie quotidienne calculée = 1,3162 × 24 = 31,5884 kWh/j. Avec majoration : × 1,15 = 36,3267 kWh/j.
- Puissance de sélection = 36,3267 / 16 = 2,2704 kW frigorifiques, soit environ 2,27 kW.
Les kW expriment une puissance ; les kWh expriment une énergie. Le résultat suppose une charge répartissable sur la journée. Si le client exige le refroidissement des 600 kg en quelques heures, il faut recalculer le besoin de pointe, les échanges produit/air et le temps de descente. Ne pas ajouter une deuxième marge automatiquement.
C. Comprendre le circuit et sélectionner le matériel — 15 points
Le circuit étudié utilise du R134a, uniquement comme exemple d’une installation existante. Le choix d’un fluide pour une installation neuve nécessite une étude distincte. Le détendeur est thermostatique et le circuit comporte une bouteille liquide.
| Groupe | Puissance frigorifique | Puissance électrique absorbée du compresseur |
|---|---|---|
| A | 1,80 kW | 0,70 kW |
| B | 2,50 kW | 0,95 kW |
| C | 3,50 kW | 1,40 kW |
- 5 points : remettez les organes dans l’ordre à partir du compresseur et décrivez les quatre transformations principales.
- 5 points : choisissez le groupe et citez quatre vérifications fabricant à effectuer pour la sélection réelle de l’évaporateur et du détendeur.
- 5 points : calculez le COP du groupe retenu et la chaleur théorique à rejeter au condenseur. On suppose ici que toute la puissance électrique du compresseur entre dans le bilan du fluide ; les auxiliaires sont exclus.
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Ordre : compresseur → condenseur → bouteille liquide → filtre déshydrateur → voyant → électrovanne liquide → détendeur → évaporateur → retour aspiration. La position précise des accessoires dépend du montage du constructeur.
Compression : élévation de pression et température de la vapeur. Condensation : rejet de chaleur et liquéfaction à haute pression. Détente : chute de pression, création d’un mélange liquide/vapeur, approximativement à enthalpie constante. Évaporation : absorption de chaleur et vaporisation à basse pression.
Choix B : 2,50 kW ≥ 2,27 kW aux conditions données. A est insuffisant. C nécessite de justifier le surdimensionnement et la modulation pour éviter des cycles courts. Vérifier notamment : fluide et domaine d’utilisation du compresseur ; puissance d’évaporateur au bon écart air/évaporation ; capacité du détendeur à la différence de pression disponible avec sous-refroidissement réel ; orifice et égalisation, pertes de charge, distribution et compatibilité des organes. Aucune dimension de tuyau ou référence d’orifice ne peut être déduite des seuls kW.
COP compresseur seul = 2,50 / 0,95 = 2,63. Chaleur au condenseur = 2,50 + 0,95 = 3,45 kW dans l’hypothèse imposée. Ce COP ponctuel n’est pas celui de toute l’installation ni une performance annuelle.
D. Analyser les mesures et poser un diagnostic — 25 points
Les relevés sont stabilisés pendant le défaut. Les pressions ont déjà été converties en températures de saturation avec la table R134a. La pression de référence pour la surchauffe est mesurée à la sortie de l’évaporateur ; celle du sous-refroidissement à la sortie du condenseur. On ne mélange pas pression absolue et pression relative.
| Mesure | Pendant le défaut | Cible du cas après réparation |
|---|---|---|
| Air chambre froide | +10 °C | +4 °C après descente et stabilisation |
| Température de saturation d’évaporation | −12 °C | −6 °C |
| Tube sortie évaporateur | +8 °C | 0 °C |
| Température de saturation de condensation | +40 °C | +45 °C |
| Tube sortie condenseur | +39 °C | +40 °C |
| Écart de température entrée/sortie déshydrateur | 0,2 K, dans l’incertitude de mesure | Pas de chute anormale |
| Voyant liquide | Bulles persistantes | À interpréter selon le fonctionnement et la notice |
| Air et alimentation | Ventilateurs opérationnels, échangeurs propres, 230 V stables | Fonctionnement conforme |
- 6 points : calculez la surchauffe et le sous-refroidissement pendant la panne et après réparation.
- 8 points : formulez l’hypothèse principale et deux autres causes possibles ; expliquez comment les départager.
- 6 points : proposez une méthode de confirmation avant toute recharge.
- 5 points : pour une autre panne, la surchauffe est de 1 K et du givre progresse jusqu’au compresseur. Quel risque recherchez-vous et quels contrôles faites-vous ?
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Surchauffe = température vapeur − température de saturation d’évaporation. Pendant la panne : 8 − (−12) = 20 K. Après : 0 − (−6) = 6 K.
Sous-refroidissement = température de saturation de condensation − température liquide. Pendant la panne : 40 − 39 = 1 K. Après : 45 − 40 = 5 K.
La combinaison évaporation basse, surchauffe élevée, faible sous-refroidissement, bulles et trace huileuse oriente vers une sous-alimentation de l’évaporateur, avec manque de charge possible lié à une fuite. C’est une hypothèse prioritaire, pas une preuve. Avec une bouteille liquide, le sous-refroidissement seul ne détermine pas la charge.
Alternatives : restriction sur la ligne liquide (déshydrateur, électrovanne, vanne, tube) ; détendeur mal alimenté, orifice/filtre obstrué ou problème de bulbe. Contrôler températures et pertes de pression aux points pertinents, ouverture des organes, alimentation de l’électrovanne, fixation/isolation du bulbe et égalisation. L’écart de 0,2 K ne démontre pas une obstruction et ne l’exclut pas à lui seul.
Confirmer les mesures et les conditions de charge ; rechercher les fuites avec un moyen compatible sur raccords, vannes et échangeurs ; vérifier alimentation liquide et détendeur ; comparer aux données de mise en service et aux prescriptions constructeur. Des bulles seules ne prouvent pas un manque de fluide. Ne pas régler le détendeur pour compenser une alimentation liquide défectueuse.
Variante à 1 K : rechercher un retour de liquide et un risque pour le compresseur. Le givre seul ne suffit pas au diagnostic. Vérifier la mesure de surchauffe, le débit d’air, le givrage, le dégivrage, le bulbe, le détendeur et la charge thermique ; contrôler aussi la surchauffe à l’entrée du compresseur selon sa notice. Si les conditions mettent le compresseur en danger, arrêter et sécuriser avant correction.
Les cibles de 6 K et 5 K sont celles de cet exercice ; elles ne remplacent pas les consignes du fabricant.
E. Vérifier l’électricité et la régulation — 10 points
Pour le groupe B, on donne : alimentation monophasée 230 V, puissance électrique active du compresseur 950 W, facteur de puissance 0,85, courant de plaque 5,2 A. Pendant le défaut, le courant mesuré est 3,8 A. Il ne s’agit pas d’un moteur triphasé ni d’un calcul de courant de démarrage.
- 4 points : estimez le courant à partir de la puissance active et expliquez pourquoi 3,8 A ne prouve pas une panne électrique.
- 3 points : citez les données manquantes pour choisir câble, disjoncteur et protection moteur.
- 3 points : pour une consigne +4 °C et un différentiel de 2 K, définis ici par arrêt à la consigne et redémarrage au-dessus, donnez les températures d’arrêt et de redémarrage. Que vérifiez-vous si le compresseur ne démarre pas ?
Afficher le corrigé E
I = P / (U × cos φ) = 950 / (230 × 0,85) = 4,86 A environ. La puissance fournie est déjà électrique : ne pas la diviser une seconde fois par un rendement moteur. La plaque et les prescriptions constructeur restent les références pour la protection. Le courant varie avec les conditions frigorifiques ; une sous-alimentation peut réduire la charge du compresseur. Mesurer également tension en fonctionnement, état des connexions et conditions réelles avant de conclure.
Il manque notamment longueur, mode de pose, matériau, température ambiante, groupement, chute de tension admissible, courant de démarrage, données de protection constructeur, courant de court-circuit et conditions de coupure. La seule valeur de 4,86 A ne permet pas un choix complet.
Arrêt : +4 °C ; redémarrage : +6 °C selon la convention imposée. Vérifier demande de froid, sonde et paramétrage, temporisation anti-court-cycle, dégivrage actif, chaîne de sécurité HP/BP, thermique, commande et contacteur, alimentation. Ne pas shunter une sécurité pour forcer le démarrage.
F. Réparer, remettre en service et entretenir — 10 points
- 6 points : la fuite au raccord est maintenant confirmée. Décrivez l’ordre des opérations jusqu’à la validation de la réparation.
- 4 points : préparez quatre lignes de maintenance : contrôle, fréquence indicative et résultat à consigner.
Afficher le corrigé F
Protéger les marchandises, identifier le fluide et sécuriser ; récupérer le fluide avec matériel adapté avant ouverture ; réparer le raccord selon la méthode prévue et remplacer le déshydrateur si nécessaire après ouverture ; effectuer le contrôle d’étanchéité sous azote sec à une pression déterminée par les limites de chaque composant et la procédure constructeur, puis consigner pression, durée et température. Ne jamais employer oxygène ou air comprimé.
Après évacuation sûre de l’azote, tirer au vide et mesurer au vacuomètre ; isoler la pompe et vérifier la tenue selon les objectifs constructeur. Le vide ne remplace pas l’épreuve d’étanchéité sous pression. Recharger à la balance conformément à la charge et à la méthode constructeur ; pour les mélanges, respecter les règles de charge du fluide concerné. Remettre en service, stabiliser, contrôler fuite, surchauffe, sous-refroidissement, intensité, protections, régulation, dégivrage et descente en température ; enregistrer la masse récupérée et chargée.
Il n’existe pas ici de pression d’essai, masse de charge, durée de vide ou seuil de vacuomètre universels : ces données doivent provenir de l’équipement et de la procédure applicable.
| Contrôle | Exemple de fréquence à adapter | Trace écrite |
|---|---|---|
| Température et alarmes | Chaque jour par l’exploitant | Température, heure, alarme, action |
| Joints, fermeture, circulation d’air | Chaque semaine par l’exploitant | État, obstacles, anomalies |
| Condenseur, évaporateur, bac et évacuation | Contrôle mensuel ; nettoyage selon encrassement | Propreté, écoulement, dégivrage |
| Mesures frigorifiques, électriques et recherche de fuite | Visite technique selon notice, usage et exigences applicables | Conditions, mesures comparées à la référence, fuite et suites |
G. Rédiger le rapport client — 5 points
- 5 points : rédigez un rapport de 8 à 12 lignes : plainte, mesures, diagnostic confirmé, intervention, contrôles finaux et recommandations. Distinguez observations réelles et résultats attendus.
Afficher un modèle de rapport à compléter
Installation : chambre froide positive, identification et fluide à relever.
Demande : température +10 °C pour une consigne +4 °C.
Constats : surchauffe 20 K, sous-refroidissement 1 K, trace huileuse sur raccord liquide.
Diagnostic : fuite au raccord confirmée par [méthode et résultat] ; autres contrôles [à compléter].
Travaux : récupération [masse], réparation [détail], déshydrateur [action justifiée].
Étanchéité : azote [pression autorisée, durée, température, résultat].
Vide et charge : [valeur et tenue du vide], fluide [type], charge [masse].
Contrôles finaux : températures, surchauffe, sous-refroidissement, tension et courant réellement mesurés.
Fonctionnement : descente en température, régulation, dégivrage, sécurités et absence de fuite contrôlés [résultats].
Conseils : circulation d’air, portes, surveillance et entretien ; réserves [à préciser].
Ne pas inscrire les cibles comme des mesures réalisées. Ne pas déclarer les denrées conformes sur la seule base du retour de l’air à +4 °C.
Votre barème sur 100
| Partie | Maximum | Votre note sur papier |
|---|---|---|
| A. Préparation et sécurité | 10 | … /10 |
| B. Bilan frigorifique | 25 | … /25 |
| C. Circuit et sélection | 15 | … /15 |
| D. Diagnostic | 25 | … /25 |
| E. Électricité et régulation | 10 | … /10 |
| F. Intervention et maintenance | 10 | … /10 |
| G. Rapport | 5 | … /5 |
| Total | 100 | … /100 |
Attribuez les points pour la méthode, les unités, les résultats et la justification. Acceptez les écarts d’arrondi cohérents. Repères d’auto-évaluation : 80–100, dossier bien maîtrisé ; 60–79, acquis à consolider ; moins de 60, reprendre les parties concernées. Ce score pédagogique n’est pas une habilitation professionnelle.
Pour aller plus loin : refaites le bilan avec 900 kg/jour ou seulement 12 h/jour disponibles, puis expliquez pourquoi un groupe suffisant dans le cas initial peut devenir insuffisant.
Vérifier la variante
Avec 900 kg/jour, toutes les autres données inchangées : charge produit = 0,8094 kW ; puissance de sélection sur 16 h = 2,7358 kW. Avec 600 kg/jour mais 12 h disponibles : 36,3267 / 12 = 3,0272 kW. Dans les deux variantes, le groupe B de 2,50 kW est insuffisant selon ce modèle.
Référence pour la méthode de diagnostic : Danfoss — Troubleshooting and fault diagnosis for cold rooms. Les données, calculs et scénarios de cet exercice sont fictifs et préparés pour l’entraînement SCEMIM.
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