• La régulation des réfrigérateurs-congélateurs.

           Un correspondant m’a demandé comment se faisait la régulation d’un réfrigérateur-congélateur, notamment s’il n’y avait qu’un seul thermostat.
          Je vais donc donner un peu plus d’explication sur les mécanismes de régulation.
          Il y a en effet plusieurs cas possibles :

          Le premier cas, dans les matériels haut de gamme, est d’avoir un compresseur et un circuit réfrigérant, contrôlé par un thermostat pour chaque appareil, congélateur et réfrigérateur qui sont alors complètement indépendants.

          C’est une solution chère et donc le plus souvent on a deux circuits réfrigérants séparés commandés chacun par un thermostat et un seul compresseur qui alimente tantôt l’un tantôt l’autre circuit. C’est la solution la plus courante. En effet un thermostat, pour le constructeur, coûte moins de 10 €.
          Le réfrigérateur et le congélateur sont donc régulés indépendamment l’un de l’autre.

          Le troisième cas sur les anciens réfrigérateurs-congélateurs et sur ceux bas de gamme est de n’avoir qu’un seul thermostat.
           Les deux armoires n’ont pas les mêmes besoins : le réfrigérateur a besoin d’un contrôle relativement précis en température, entre 3 et 6 d°C; le congélateur au contraire peut se contenter d’une régulation moins précise, entre - 12 et -20 d°C.
           L’unique thermostat va donc réguler la température du réfrigérateur dans lequel il y a une sonde de température.
          Mais le circuit de refroidissement commence par refroidir le congélateur et ses caractéristiques sont calculées, en fonction de la taille du congélateur et de son isolation, pour que, lorsque le circuit du réfrigérateur maintient 4 d°C, celui du congélateur maintient environ -15 d*C.
          En fait comme l’on ouvre moins le congélateur, il sera alors le plus souvent entre -16 et -18 d°C.
           C’est une correspondance purement thermodynamique, mais suffisante.

           Il y a enfin un quatrième cas que j’ai décrit dans l’article du 27 octobre 2017 : ce sont les appareils ventilés dans lesquels une petite soufflante fait en permanence circuler l’air intérieur, ce qui permet d’avoir une température uniforme dans chaque armoire et de ne pas créer de givre.
          La régulation est originale : un thermostat classique commande le compresseur et permet de réguler la température du congélateur.
          Un second thermostat de trouve dans le réfrigérateur, mais il ne commande pas le compresseur, mais un volet qui régule le passage d’air à -15 d° du congélateur dans le réfrigérateur, de telle sorte que la température dans celui-ci soit par exemple de 4 d°C.

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  •           Dans le dernier article, je vous avais expliqué le fonctionnement d’un réfrigérateur classique et du ou des thermostats qui commandent son fonctionnement.
              Je vais maintenant vous expliquer les problèmes de dégivrage et de ventilation intérieure.

              Le compartiment d’un réfrigérateur non ventilé comporte en général un système de dégivrage, semi automatique ou automatique.
             
    En effet les aliments contenus dans le réfrigérateur sont plus ou moins humides et l’eau qui s’évapore se condense sous forme de glace qui se dépose par condensation sur les parois froides du compartiment. Cette couche de givre qui est isolante, limite les échanges de chaleur, et le système se met donc à fonctionner plus souvent et l'appareil consomme plus. Il faut donc éliminer cette couche de givre

              Pendant le dégivrage, le compresseur est arrêté et une résistance électrique dans la paroi du compartiment chauffe cette paroi pour faire fondre la glace.
             
    Dans les matériels semi-automatiques, il faut déclencher le dégivrage en appuyant sur un bouton, et le réfrigérateur se remet en route quand la température du compartiment est trop remontée. Si toute la glace n’a pas fondu, il faut recommencer l’opération quand la température du compartiment est suffisamment redescendue pour conserver les aliments.

              Dans les matériels automatiques, l’électronique déclenche à intervalles réguliers de mini-dégivrages, qui empêchent la couche de glace de se former de façon importante en l’éliminant à chaque fois.
              Un système de rigoles conduit l’eau produite par la fonte de la glace, dans un récipient près du compresseur, dont la chaleur fait évaporer cette eau de fonte.

              Par contre, dans un réfrigérateur classique, il n’y a pas de dégivrage automatique dans le congélateur et l’on doit à intervalles réguliers gratter la couche de glace en arrêtant provisoirement cet appareil quelques heures, après évidemment l’avoir vidé.

              Parlons maintenant de la ventilation.
             
    Il existe trois possibilités : le froid statique, brassé ou ventilé.

              Le froid statique est le type de froid classique des réfrigérateurs : il n’y a pas de ventilateur interne et l’air circule peu. Il rentre de l’air chaud chaque fois qu’on ouvre la porte et celui ci a tendance à monter dans l’enceinte.. Il a pour inconvénient la «stratification» du froid : le haut de l’enceinte est plus chaud de deux à tris degrés et la zone froide se situe dans le bas.
              Dans mon ancien réfrigérateur, j’avais 4d°C sur les plateaux du bas, 7 d° sur celui du haut et 9d° dans le bac à légumes fermé.

              Le froid brassé, aussi appelé froid dynamique maintient une température homogène dans tout le compartiment grâce au brassage de l’air. Dans le fond de la cabine, un ventilateur brasse l'air dès que le moteur se met en route, notamment lorsque la porte vient d'être ouverte. Son avantage réside dans sa capacité à faire redescendre la température rapidement après l’ouverture de la porte. Il conserve aussi l’humidité naturelle des aliments, préservant leur fraîcheur et leurs vitamines.
              Ceci n’existe que dans les réfrigérateurs et ne concernait pas les congélateurs, sauf dans quelques réfrigérateurs-congélateurs américains à deux compresseurs.

              Enfin, le froid ventilé, aussi appelé technologie « No Frost » est apparu depuis deux à trois ans, de façon courante, et à un prix raisonnable, dans les réfrigérateurs-congélateurs vendus en France.
    Les réfrigérateurs-congélateurs ventilés ("no frost").         L’air est ventilé à la fois dans le congélateur et dans le réfrigérateur, par un ventilateur qui est en fonctionnement permanent, mais consomme peu d’énergie.
     

            La température du congé-lateur est commandée par un thermostat classique qui actionne le compresseur en temps utile.            La température y est en général entre -15 d° et -18d°C, mais si vous voulez congeler un aliment frais, vous pouvez descendre à -35, pendant le temps de la congélation et revenir ensuite à - 18 d°C. 

     Les réfrigérateurs-congélateurs ventilés ("no frost").         Le thermostat du réfrigérateur ne commande pas le moteur du compresseur, mais un volet qui commande le débit d’air ventilé depuis le compartiment congélateur, vers le compartiment réfrigérateur. Le volet de débit d’air est évidemment beaucoup plus fermé si vous congelez à -35d° que si votre congélateur reste à - 18d°.
              Le contrôle de ce fonctionnement est assuré par un microprocesseur.

              L’air froid ventilé dans le compartiment du réfrigérateur y assure le maintien d’une température constante et homogène. Après l'ouverture de la porte, la température est rétablie très  rapidement. La congélation est elle aussi plus rapide.
              L’arrivée d’air étant en haut du compartiment réfrigérateur, la température est un peu plus basse en haut mais à peine.
              Dans mon congélateur j’ai partout -18 d°C et dans mon réfrigérateur, 4d°C sur les plateaux du haut, 5 d° sur celui du bas et 7 d° dans le bac à légumes fermé.

              Le schéma ci dessous montre la répartition du froid dans les trois types de réfrigérateur, à la suite d’essais en usine :

    Les réfrigérateurs-congélateurs ventilés ("no frost").

              Par ailleurs, la technologie No Frost de ventilation évite la formation de givre ou de glace, tant dans le congélateur que dans le réfrigérateur, et elle permet d'économiser de l'énergie. 

              Le seul inconvénient de cette technologie est qu'elle a tendance à favoriser le dessèchement des aliments, il vaut donc mieux les emballer ou les garder dans des boîtes, sauf dans le tiroir du bas fermé, qui n’est pas ventilé.

              Personnellement je trouve que cette technique est un véritable progrès.

     

     

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  •           Mon vieux frigo, qui avait quelques dizaines d’années, étant mort (fuite de gaz et on n’utilise plus les mêmes gaz réfrigérants aujourd’hui), j’ai dû en acheter un neuf et je me suis orienté vers un combiné frigo-congélateur « ventilé » dit « sans givre » (« no frost »).
              A la suite d’une petite panne, vite éliminée, j’ai été amené à me pencher sur le fonctionnement de l’appareil, très différent de celui des anciens frigos et j’ai pensé que cela pourrait vous intéresser.
              Voyons d’abord comment fonctionne un frigo et éventuellement le congélateur, quant à la production du froid, en nous servant du schéma ci-dessous.

              Le réfrigérateur utilise un fluide réfrigérant, sélectionné principalement pour sa grande propriété d'absorption de chaleur, des températures caractéristiques de changement d’état (liquide à gaz), en fonction de la pression, et ces pressions doivent permettre l’utilisation dans des tuyauteries d’épaisseur raisonnable.
              Enfin il ne doivent pas être nocifs, ni pour l’homme, ni pour l’environnement.
             Ces gaz ont longtemps été des hydrochlorofluorocarbones, tel le fréon, qui contribuaient à détruire la couche d’ozone. Le chlore a été supprimé, mais ces gaz sont nocifs au plan effet de serre, plusieurs milliers de fois supérieur à celui du CO2.
            Les fluides maintenant utilisés sont des propanes et des isobutanes; ils ne contiennent plus de fluor, mais ont l’inconvénient d’être inflammables. Toutefois un frigo en contient peu.

    Comment le frigo produit il du froid?

              Pour examiner le fonctionnement du circuit de refroidissement, partons du compresseur : c’est un moteur électrique qui comprime le fluide réfrigérant, initialement gazeux et froid, qui sort de l’intérieur du réfrigérateur, ce qui élève sa température et sa pression.
              A la sortie du compresseur, le fluide est donc un gaz chaud (vers 40 d°C), et à haute pression.

              Ce gaz passe alors par un « condenseur », tuyau serpentin fixé dur une grille métallique qui augmente la surface de refroidissement par l’air. Elle est en général située à l’extérieur et à l’arrière du réfrigérateur.
              Le gaz se refroidit et change d’état, devenant liquide.
              A la sortie du condenseur, le fluide est donc un liquide à température voisine de l’ambiante et à haute pression.

              Ce liquide traverse un détendeur qui lui offre un volume plus grand. La pression chute brutalement et le liquide se vaporise partiellement engendrant une forte diminution de température, d’au moins 15 d°, mais qui peut atteindre moins 50 d° dans un congélateur.
              A la sortie du détendeur, le fluide est donc un mélange vapeur- gouttelettes de liquide à température très basse et à basse pression.

              Ce mélange va passer alors dans un évaporateur, tuyau serpentin logé dans la paroi de la chambre froide, souvent au contact d’une plaque métallique qui augmente le contact avec l’air de l’intérieur du frigo.
              Le fluide qui circule dans cet évaporateur continue à s’évaporer en absorbant la chaleur cédée par des aliments placés à l'intérieur du réfrigérateur. 
              A la sortie de l’évaporateur, le fluide est, à l’état gazeux, très froid et à basse pression. Il repart vers le compresseur pour un nouveau cycle thermique.

    Ce cycle est le même pour toutes les enceintes à refroidir.

              Dans les frigos même récents un thermostat, constitué d’un petit soufflet relié à une sonde, remplis d’un gaz, se dilatait en fonction de la température et actionnait deux contacts à des repères de température au degré près, contacts qui entrainaient le démarrage ou l’arrêt du compresseur et du cycle de refroidissement.

              Dans les réfrigérateur-congélateur, il y a deux circuits séparés de refroidissement à des températures différentes commandées par deux thermostats spécifiques de chaque compartiment. Ces deux circuit sont soit reliés chacun à un compresseur spécifique, soit le plus souvent à un seul compresseur avec des clapets.
              Une petite électronique simple commande les clapets de basculement du compresseur et inhibe le thermostat d’un compartiment lorsque l’autre est en cours de refroidissement..

    Je vous parlerai dans un prochain article du dégivrage et des réfrigérateurs-congélateurs « ventilé » dit « sans givre » (« no frost »), de leur fonctionnement et de leurs avantages et inconvénients par rapport aux matériels classiques.

     

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  •             Dans mon dernier article, nous avons vu les avantages et inconvénients d’une voiture électrique, parlons maintenant des voitures hybrides.

             En fait les voitures hybrides ne sont pas des voitures électriques, ce sont des voitures à moteur thermique, dans lesquelles un petit moteur électrique vient assister le moteur thermiques dans certains cas et si l’on voulait circuler en tout électrique, on ne ferait que quelques kilomètres. D’ailleurs elles ne se rechargent pas pour la plupart.

            Comment cela fonctionne t’il. ? Disposant du schéma d’une BMW, c’est à partir de là que je décrirai un fonctionnement qui toutefois n’est pas général.

     

            D’abord quel est le but poursuivi : pas de se propulser à l’électricité, mais d’éviter de faire fonctionner le moteur thermique de la voiture dans des plages où son rendement n’est pas bon (à basse vitesse principalement),  et d’autre part de récupérer de l’énergie au freinage au lieu de la dissiper en chaleur dans les freins.

            On peut ainsi diminuer la consommation d’essence, et donc la production de CO2, voire se contenter d’un moteur un peu moins puissant car quand son rendement est trop faible le moteur électrique l’assiste

     

            Dans certaines voitures un moteur électrique est intégré dans la boîte de vitesse du moteur thermique, et fournit la propulsion quand la demande de puissance est faible, (et que le rendement du moteur thermique est mauvais), ou ajoute son énergie quand le demande est importante mais la vitesse de la voiture faible (démarrage, côte..).

            L’énergie électrique est fournie par une batterie et un ordinateur gère la contribution de la batterie à la propulsion

            Lorsque la puissance demandée est inférieure à celle fournie par le moteur thermique (vitesse constante sur route) ou que le moteur freine la voiture, un alternateur charge alors la batterie, en récupérant l’énergie superflue du moteur thermique ou celle de freinage. La batterie est relativement modeste en coût et en poids.

            C’est donc un système complexe et cher, en espérant qu’il soit fiable et en tout électrique on ne fait que 2 ou 3 km..

     

             Mais on peut faire mieux et plus cher comme « usine à gaz », si on veut faire une voiture hybride « rechargeable qui ait une autonomie électrique de 20 ou 30 km.

             On peut d’abord augmenter les batteries, mais cela augment le poids et le coût.

             Mais c’est trop simple et c’est tellement mieux de faire compliqué.

             Alors on propulse la voiture séparément par un moteur thermique et un moteur électrique. Le moteur thermique est, à l’avant, relié normalement au train avant et le moteur électrique est sur l’essieu arrière (voir schéma ci-dessous).

            On peut fonctionner avec un seul moteur ou avec les deux, l’ordinateur gérant alors la contribution de chacun.


     

    Les hybrides ne sont pas de vraies voitures électriques.

                Les gains en carburant sont plus importants, on peut se servir en ville du tout électrique et de ses avantages, mais le coût de la voiture est notablement plus élevé.

            C’est ce que l’on appelle une « hybride parallèle ».

            Le moteur thermique recharge les batteries, mais lentement et donc si l’on fait beaucoup de tout électrique, il faut recharger la batterie la nuit.

     

            On aurait pu faire plus simple, ce que l’on appelle les « hybrides série », mais pour le moment, les constructeurs n’utilisent pas cette technique, sauf exception dans des voitures de luxe très chères 

            Là c’est simple : c’est une voiture électrique avec des batteries très importantes lourdes et chères, et deux moteurs électriques sur les roues.

            En plus on a un petit moteur thermique qui fonctionne à vitesse constante et recharge les batteries, comme si on avait un groupe électrogène à bord.

            Là c’est simple, c’est une vraie voiture électrique, qui peut rouler en électrique en ville et faire des centaines de kilomètres sur route à condition de mettre de l’essence dans le réservoir. Malheureusement cette voiture n’existe pratiquement pas et elle est hors de prix.     On espère tout de même que ce sera l’hybride de demain à un prix plus raisonnable.

           Mais actuellement son poids et son prix ne la rendent pas rentable par rapport à une voiture à essence.

     

           La voiture hybride est donc un engin compliqué, extrêmement cher, pour personnes riches passionnées d’écologie.

           Demain si les voitures hybrides parallèles se développent, elles seront techniquement bien plus intéressantes, mais le problème du prix reste pour le moment entier.

          Tout dépend aussi de l’autonomie que pourront avoir des voitures entièrement électriques avec de futures batteries et moteurs, et de leur prix

     

           Mais actuellement aucune hybride n’est rentable par rapport à une voiture à essence, en raison de son  prix. Il faut faire plus de 15 000 km de ville par an pour la rentabiliser et encore, ce n'est pas sûr, car les consommations réelles sont deux fois supérieures à celles annoncées dans des tests normalisés absurdes et non représentatifs de la réalité.

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  •           Il y a quatre ou cinq ans, on, nous prédisait un essor important de la voiture électrique, puis des voitures « hybrides ». En fait on s’aperçoit qu’il n’en est rien et que si les voitures électriques en location en ville sont relativement utilisées, les acheteurs de voitures électriques sont peu nombreux et ceux de voitures hybrides ne le sont pas plus.

           En fait la voiture électrique n’a qu’une autonomie très limitée et ne peut servir qu’en ville, et la voiture hybride n’est pour le moment qu’un gadget qui n’a rien d’une voiture électrique et est d’un coût prohibitif, donc pas rentable.

          Je vais d’abord parler de la voiture électrique puis dans un prochain article, des hybrides.

          Je ne vous parlerai pas des divers modèles, vous pouvez les trouver sur internet.

     

          En fait le moteur électrique est très supérieur au moteur thermique car il a un bien meilleur rendement aux basses vitesses et peut fournir un  couple important.; un stator fixe produit un champ magnétique fixe piloté par le courant continu qui le traverse, et un rotor va subir une force sous l’effet de ce champ magnétique, qui le fait tourner quand on le fait traverser par un courant. On maîtrise le couple fourni par le moteur en maîtrisant les deux courants de l’inducteur (stator) et de l’induit (rotor).

          On n’a donc pas besoin d’un changement de vitesse, et de plus en inversant le courant on peut freiner la machine et récupérer de l’énergie.

          On sait faire maintenant des moteur relativement petits au rendement supérieur à 90 %, à comparer à des rendements des moteurs thermiques de l’ordre de 40 %.

          Ce ne sont plus des moteurs à courant continu, mais des moteurs asynchrones car on s le courant continu en alternatif grâce à un onduleur. Le stator est souvent un aimant permanent.

          Actuellement les moteurs sont assez volumineux et sont placés soit à l’avant du véhicule avec une transmission aux essieux, soit sur l’essieu arrière. Il est probable que dans le futur des moteurs plus petits seront implantés dans les roues.

     

    Pourquoi les voitures électriques ont elles peu de succès ?Pourquoi les voitures électriques ont elles peu de succès ?

     

     

             

     

     

     

     

     

     

     

          J’ai eu l’occasion de conduire une voiture électrique.

          Quand vous entrez dans l’habitacle, ce n’est pas différent d’une voiture normale, si ce n’est qu’il n’y a pas de changement de vitesse.

          Quand vous démarrez l’absence de bruit est bizarre car on est tellement habitué à surveiller le moteur à son bruit.

          Mais l’accélération est rapide et la voiture est souple Tout va bien.

          Par contre la première fois où vous vous arrêtez, vous avez intérêt à le faire dans un endroit snas autre voiture ! Il faut perdre l’habitude de lacher l’accérateur d’un coup pour passer sur la pédale de frein.  Dès que vous lachez l’accélérateur, le moteuyr freine énormément. Sauf freinage d’urgence, vous n’avez presque pas besoin de vous servir du frein : un peu en fin de course pour s’arrêter. Et si vous freinez comme sur une voiture normale, on risque de vous renter dans l’arrière. Mais on s’habitue vite.

          Bref en ville c’est aussi agréable qu’une voiture normale. Il faut simplement faire attention car piétons et cyclistes ne vous entendent pas arriver.

          Sur autoroute on peut atteindre sans problème les 130kmh.

          Mais le problème est l’autonomie. En ville c’est de l’ordre de 70/80 km, mais sans chauffage, radio, essuie-glaces et autres accessoires.

          Sur autoroute à 130, je ne sais pas le chiffre exact, mais plus de moitié moins. 

          On peut charger la batterie en 6h sur une prise 16A domestique et sur les prises spéciales disponibles da,s les rues en 2h environ.

          Pour une voiture de ville notamment pour son travail c’est vraiment très commode.

          Mais évidement pas question d’aller en vacances avec !!

          Le prix est très cher, même avec les aides actuelles et ce n’est rentable que si l’on fait à peu près 15 à 20 000 km par an en ville.

          Que se passera t’il dans les prochaines années ? On annonce des voitures à plus grande autonomie; mais les chiffres annoncés résultent de tests standardisés en laboratoire. En fait la pratique semble assez différente d’après les journaux d’automobiles.

          Les 300 ou 400 km annoncés se réduisent à moins de 100 si vous roulez à 130 sur autoroute, en utilisant quelques accessoires.

          Le poids des voiture a augmenté, (batteries) le prix aussi. Plus de 25000 € pour une petite voiture.

          Surtout vous ne pouvez plus recharger totalement la batterie en une nuit chez vous, sauf achat d’une borne et installation d’un compteur 36 kVA, ce qui est fort onéreux : de l’ordre de 3000 € en plus. Donc il faut utiliser les bornes des villes et des routes et pour le moment, le réseau n’est pas suffisant.

     

          Finalement bien que la voiture électrique soit très agréable à conduire, elle reste aujourd’hui, très chère avec une autonomie limitée. C’est donc soit une très bonne voiture de ville pour des riches, soit une voiture rentable en ville pour une société ou une personne qui fait plus de 20 000 km par an en ville, ce qui reste assez rare, et sans faire plus de 50/60 km par jour.

        Pas étonnant que les ventes ne dépassent pas 0,5% des ventes de voitures neuves.


       Dans le prochain article, je parlerai des voitures hybrides
     

     

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