SCEMIM · INITIATION GRATUITE · ÉLÈVES

Évaporateurs et condenseurs

Support d’initiation : notions générales et exercices de découverte.

Prérequis : cycle frigorifique, unités et sécurité. Parcours proposé : lecture guidée, exercices corrigés, puis pratique encadrée adaptée au niveau. Les manipulations professionnelles exigent les compétences et autorisations correspondantes.

1. Deux fonctions complémentaires

L’évaporateur absorbe la chaleur du milieu à refroidir ; le fluide frigorigène y passe principalement de liquide à vapeur. Le condenseur rejette la chaleur vers un milieu extérieur ; le fluide y passe principalement de vapeur à liquide. Ces noms décrivent le changement d’état du frigorigène, et non celui de l’air ou de l’eau qui circule de l’autre côté.

Les appareils à tubes et ailettes échangent souvent avec l’air. Les échangeurs à plaques ou tubulaires peuvent échanger avec de l’eau ou une solution adaptée. Le matériau, les pressions admissibles, les fluides et le mode de nettoyage dépendent du modèle. Une ressemblance extérieure ne prouve pas l’interchangeabilité.

2. Le chemin de la chaleur

La puissance échangée dépend de la surface, des propriétés des fluides, des conditions d’écoulement et de l’écart de température. Une surface sale ajoute une résistance au transfert ; un passage obstrué peut aussi modifier le débit. Il faut examiner ces deux effets séparément. Un simple écart de température ne mesure pas une puissance sans connaître le débit et les propriétés du fluide.

Un échangeur ne « fabrique » pas de froid : il transfère de la chaleur. Dans un bilan établi, les puissances cédée et reçue sont proches si les pertes vers l’environnement et les accumulations sont négligeables. Au démarrage, le métal et les fluides stockent aussi de l’énergie.

3. Calculer une puissance côté eau

Pour un liquide sans changement d’état : puissance = débit massique × capacité thermique × écart de température. Utiliser des unités cohérentes. Pour de l’eau, une valeur pédagogique de capacité thermique de 4,18 kJ/(kg·K) convient à cet exemple ; une solution glycolée possède d’autres propriétés.

Exemple fictif : débit d’eau de 0,50 kg/s, entrée à 12 °C et sortie à 7 °C. La puissance extraite vaut 0,50 × 4,18 × 5 = 10,45 kW. Si le débit tombe à 0,25 kg/s et que l’écart atteint 8 K, la puissance vaut 8,36 kW. L’écart plus grand ne signifie donc pas une puissance plus grande.

Pour passer d’un débit volumique à un débit massique, employer la masse volumique aux conditions appropriées. Le débit de la pompe sur sa plaque n’est pas forcément le débit réel traversant l’échangeur.

4. Mesures côté air

Mesurer aux positions définies de reprise et de soufflage, sans mélanger l’air de plusieurs zones. Le débit doit être mesuré ou estimé selon une méthode adaptée ; une vitesse prise en un seul point ne représente pas nécessairement toute la section.

Le calcul sensible simplifié utilise également débit massique × capacité thermique × écart de température. Mais si l’air perd de l’humidité sur une batterie froide, une part de la puissance correspond à la condensation d’eau. Pour la puissance totale, il faut un bilan d’air humide approprié, par exemple à partir des enthalpies. Le calcul sensible seul sous-estime alors cette puissance totale.

5. Givre, condensats et encrassement

Une surface froide peut condenser l’humidité de l’air. Si les conditions le permettent sous 0 °C, cette eau peut former du givre ou de la glace. L’évacuation des condensats fait partie du fonctionnement de l’ensemble. Noter l’emplacement de la glace : batterie, bac, évacuation ou porte ne suggèrent pas exactement les mêmes vérifications.

Un dégivrage doit être suivi de l’évacuation de l’eau et de la reprise correcte du fonctionnement. Retirer la glace sans corriger sa cause peut donner une amélioration temporaire. Ne jamais percer la glace avec un objet pointu ni utiliser un chauffage improvisé.

Pour les échangeurs à liquide, l’encrassement peut affecter transfert et pertes de pression. Alfa Laval recommande de comparer les paramètres réels au dimensionnement et d’utiliser des procédures de nettoyage adaptées. Une perte de pression élevée n’est toutefois pas une preuve suffisante : débit, viscosité, capteurs et autres composants doivent aussi être examinés.

6. Préparer l’entretien

Identifier les fluides, matériaux, pressions et températures admissibles. Les circuits séparés peuvent rester sous pression même si l’un est arrêté. Avant ouverture, appliquer consignation, dépressurisation et contrôle des énergies selon les procédures ; prévoir la gestion des fluides. Les travaux électriques ou frigorifiques sont réservés au personnel compétent et autorisé.

Respecter la compatibilité des produits de nettoyage, la méthode et le rinçage prescrits. Un échangeur brasé ne se démonte pas comme un échangeur à plaques et joints. Un produit chimique non adapté peut attaquer le métal ou les joints. Ne pas mélanger des produits ni improviser une concentration. Pour une batterie, préserver ailettes, moteurs et connexions.

Après intervention, vérifier remontage, protections, étanchéité et écoulement suivant la nature des travaux. Les ventilateurs et pompes peuvent redémarrer automatiquement : une commande arrêtée ne suffit pas à garantir la sécurité.

7. Atelier de lecture

À partir d’un schéma, identifier les deux circuits d’un échangeur et tracer le sens de la chaleur. Pour une batterie d’évaporateur, distinguer frigorigène, air et condensats. Pour un condenseur à eau, distinguer frigorigène et eau de refroidissement. Annoter ce qui manque pour comprendre l’installation : sens des débits, sondes, vannes et évacuation.

Le formateur fournit deux relevés fictifs côté eau : cas A, débit 0,40 kg/s et écart 5 K ; cas B, débit 0,20 kg/s et écart 7 K. Calculer les puissances et discuter l’erreur consistant à choisir B parce que son écart est supérieur.

8. Observer sans diagnostiquer trop vite

Préparer une fiche avec date, phase de fonctionnement, températures localisées et état visible. Décrire « glace au tiers inférieur de la batterie » plutôt que « manque de gaz ». Noter ouvertures de porte, chargement, nettoyage récent et alarmes. Une photo localisée avant intervention peut conserver un indice utile.

9. Exercices corrigés

1. Quel organe absorbe la chaleur dans la chambre ?
2. Calculer les puissances des cas A et B.
3. Pourquoi le seul écart entrée-sortie ne suffit-il pas à connaître la puissance ?
4. Pourquoi le calcul sensible ne décrit-il pas toujours toute la puissance d’une batterie froide ?
5. Que faut-il noter face à une accumulation de glace ?
6. Peut-on ouvrir un échangeur en arrêtant seulement la pompe ?

10. Bilan pédagogique

L’élève explique les deux fonctions, calcule un bilan simple côté eau et rédige un signalement exploitable. La pratique se déroule sous supervision sur un dispositif adapté, sans intervention électrique ou ouverture de circuit par l’élève non autorisé.

Références et périmètre

Support original SCEMIM, version de travail du 24 septembre 2026. Exemples fictifs. Les méthodes et limites du modèle installé restent prioritaires.

Alfa Laval — diagnostic des échangeurs à plaques. Les principes de suivi ne remplacent pas les notices propres aux batteries et autres constructions.