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LE COURANT ÉLECTRIQUE

Le courant électrique étant invisible, nous ne pouvons donc en voir que ses effets.

Ainsi, nous voyons la lumière produite lorsque le courant traverse une lampe. On voit tourner le ventilateur quand son moteur est parcouru par le courant, ou encore on sent la chaleur dégagée par le convecteur électrique.

On constate que chaque appareil utilise l’énergie électrique pour la transformer en une autre forme utile à nos besoins. Ces appareils sont des récepteurs électriques.

L’homme a su utiliser le courant bien avant de connaître sa nature, mais c’est la connaissance de la constitution de la matière qui permit de définir le courant électrique.

L’observation des atomes permet de constater que l’atome d’oxygène, par exemple, se compose d’un noyau central autour duquel gravitent d’autres petites particules.

Ces particules sont appelées électrons.

L’atome d’hydrogène se compose d’un noyau et d’un électron. C’est le plus simple des corps formant l’univers.

Le noyau de l’atome est composé d’autres particules : les protons et les neutrons.

La masse d’un proton est 1800 fois supérieure à celle d’un électron mais inférieure à celle d’un neutron. Le noyau est donc très lourd par rapport aux électrons.

Protons et neutrons sont serrés très fort entre eux par une force extraordinaire appelée «force nucléaire».

Le nombre de protons d’un atome correspond au nombre d’électrons. Dans la nature, on trouve 90 atomes différents ; on les classe en fonction de leur nombre d’électrons :

Hydrogène (H)   =    1 électron
Hélium (He)       =    2 électrons
Oxygène (O)     =    8 électrons
Aluminium (Al)  =  13 électrons
Fer (Fe)            =  26 électrons
Cuivre (Cu)       =  29 électrons
Etc.

Les protons ont des charges électriques positives alors que les électrons ont des charges électriques négatives.

Les charges électriques de même nom se repoussent, alors que les charges électriques de nom contraire s’attirent.

Les atomes sont électriquement neutres, mais… :

- Ils sont positifs si le nombre de protons devient  supérieur au nombre d’électrons,

- Ils sont négatifs si les électrons deviennent plus  nombreux.

Les neutrons, étant électriquement neutres, n’ont pas d’influence sur l’état électrique des atomes.

Les atomes de certains corps ont des couches d’électrons  sur des orbites éloignées du noyau central. C’est le cas du cuivre, de l’aluminium et des métaux en général.

Ces électrons plus éloignés sont moins attirés par le noyau. Ils sont appelés « électrons libres » car ils peuvent être décrochés de leur orbite. L’atome qui perd ainsi un électron devient électriquement positif.

Un atome positif manque d’électrons et va attirer ceux des autres atomes voisins.
Ainsi, une suite d’atomes soumise à un excès d’électrons par une extrémité et à un manque de l’autre génère une circulation d’électrons.

Cette circulation d’électrons de la borne négative vers la borne positive est appelée COURANT ELECTRIQUE.

La circulation d’électrons se fait dans une matière riche en électrons libres pour favoriser leur passage. Il s’agit généralement du cuivre qui est un bon conducteur du courant électrique.

Extraits du manuel "Le savoir-faire du frigoriste" de Francis CABEZA

Contact direct et contact indirect

Ce que nous venons de décrire est le risque d’électrocution par contact direct avec un conducteur «actif». La personne fait le lien entre phase et terre ou entre phase et neutre, ou encore, entre deux phases.

La protection contre ce risque est d’abord l’isolation électrique des conducteurs et des appareils, de façon qu’on ne puisse pas toucher le conducteur actif (le cuivre).

Se protéger contre le risque de contact direct est aussi l’utilisation de la protection individuelle : gants, lunettes, casques, chaussures, tapis isolant, etc. Mais c’est aussi, avoir un comportement conscient et méfiant vis-à-vis de ce courant dangereux et invisible.

Ceci doit se traduite par du matériel en bon état et par une organisation rigoureuse du lieu de travail où rien d’inutile et inutilisé ne doit traîner (et sans oublier de signaler le danger pour ceux qui l’ignorent).

L’électrocution par contact indirect se produit quand le courant passe à travers les masses métalliques des équipements électriques.

La figure 2.67 montre une machine dont le moteur a un défaut d’isolation électrique (on dit que le moteur est à la masse). L’enveloppe métallique est alors sous tension électrique par rapport au sol (230 V dans l’exemple). On comprend que la personne qui touche cette masse établit un contact et est traversée par le courant électrique qui «fuit» vers le sol. D’après le tableau 2.52 (page 97), le risque d’électrocution est majeur.

Pour protéger les personnes contre le risque l’électrocution par contact indirect, les masses métalliques sont reliées à la terre et leur alimentation se fait à partir d’un interrupteur différentiel (ou d’un disjoncteur différentiel).

Dans ce cas (fig. 2.68), le moindre problème de rupture de l’isolation électrique va se traduire par une fuite de courant vers la terre. Le dispositif différentiel réagira et coupera l’alimentation de la machine.

Voilà qui est parfait ! mais ATTENTION, ce système n’est fiable que si la liaison des masses à la terre est fonctionnelle. Et le contraire peut avoir de graves conséquences.

Le frigoriste doit s’assurer de la continuité du conducteur de protection (Fig. 2.69). Une résistance de ce conducteur supérieure à 5 Ω peut mettre en danger la personne qui viendrait à toucher la machine, puisque le courant qui la traverserait serait d’autant plus important que cette résistance serait grande.

Le réfrigérateur domestique

Cet appareil, au circuit frigorifique simple et robuste, comporte un moto-compresseur hermétique dont le moteur est de type monophasé.

Ce moteur se compose de deux enroulements : un enroulement de faible résistance électrique appelé «enroulement de travail» et un enroulement de plus forte résistance appelé «enroulement de démarrage».
L’enroulement de travail est sous tension durant tout le temps de fonctionnement du compresseur alors que l’enroulement de démarrage, comme son nom l’indique,  n’est alimenté que pendant la durée du démarrage.

Le procédé de démarrage est assuré grâce à un relais de démarrage. Ce dispositif, composé d’une bobine et d’un contact, est positionné verticalement de façon que le contact reste ouvert par son propre poids (le relais ne fonctionne qu’en cette position).

La bobine du relais est câblée en série avec l’enroulement de travail et le contact établit l’alimentation de l’enroulement de démarrage.

Le principe de fonctionnement est basé sur deux faits concordants : d’une part, lors de la mise sous tension, il y a un fort «appel» d’intensité de l’enroulement de travail ; d’autre part, le champ magnétique produit par la bobine du relais est d’autant plus fort que l’intensité du courant est élevée.

Il en découle que la forte intensité due au démarrage entraîne la fermeture du contact du relais et l’alimentation de l’enroulement de démarrage, ce qui génère un champ magnétique plus fort autour du rotor et le fait tourner.

Dès que le rotor tourne, l’intensité absorbée diminue et, quand la vitesse de rotation est suffisante,  elle devient trop faible pour maintenir le contact du relais en position fermée. Le contact s’ouvre et coupe l’alimentation de l’enroulement de démarrage et le moteur continue à tourner.

Un thermostat, dont le contact enclenche ou coupe l’ensemble moteur-relais, a pour rôle de contrôler la température de l’évaporateur (- 12, - 18 °C) et par conséquent la température ambiante du réfrigérateur (+ 1, + 5 °C).

Un dispositif de sécurité «protecteur thermique», dont la résistance chauffante est parcourue par l’intensité passant par le moteur, coupe l’alimentation de ce dernier si l’intensité devient trop forte ; ceci permet d’éviter que la chaleur dégagée par les enroulements ne détériore le moteur.

Le protecteur thermique comporte un bilame qui se déforme sous l’effet de la chaleur ; ainsi, quand la chaleur dégagée par la résistance devient importante (parce que l’intensité est trop importante), le bilame se déforme et ouvre le contact.

Le bilame reprend sa position initiale (contact fermé) au bout de 2 à 3 minutes, lorsqu’il s’est suffisamment refroidi. Le moteur peut alors redémarrer.

Protection du compresseur par thermostat de refoulement

Certaines anomalies de fonctionnement, telles qu’une température d’aspiration trop élevée ou encore un taux de compression trop important, entraînent la montée de la température de refoulement du compresseur.

Quand la température de refoulement dépasse la limite fixée par le constructeur du compresseur, il y a risque de détérioration de ce dernier.

La température élevée de refoulement est aussi la cause de dégradation de l’huile et une tendance à la décomposition du fluide frigorigène. Ceci favorise la création d’acides qui, mélangés à l’huile et au fluide, vont polluer le circuit frigorifique et entraîner sa détérioration (en particulier le moteur des compresseurs hermétiques).

Aussi, la décomposition du mélange huile-fluide fait naître des gaz incondensables qui ont pour effet d’augmenter la HP. Ceci diminue le rendement du compresseur et fait augmenter encore la température de refoulement.

Pour éviter ces problèmes, générateurs de coût de maintenance élevé, certaines installations sont équipées d’un thermostat de sécurité de température de refoulement.

Ce thermostat, dont le détecteur de température est placé au refoulement du compresseur, a pour rôle d’arrêter ce dernier en cas de température excessive.

Cintrage du tube cuivre

Le façonnage du tube cuivre comprend la réalisation de coudes ; les petits diamètres en tube recuit peuvent être exécutés à la main.

Cependant, il faut prévenir le risque de pliage du tube car cela gênerait le passage du fluide et rendrait le tube fragile par la rupture des fibres métalliques à l’endroit de la pliure.

Ces inconvénients sont évités en utilisant des outils conçus pour cette opération :  le ressort à cintrer ou la cintreuse.

Le ressort à cintrer permet de cintrer le tube cuivre à la main sans écrasement sensible, à la condition d’utiliser un ressort de diamètre adéquat ; le tube doit passer juste dans le ressort.
 
Placer le ressort sur la partie à cintrer, le milieu sensiblement sur l’axe, prendre appui en a (avec les pouces, le genou ou un objet cylindrique) et faire pression en b et b’ avec les mains, plier progressivement en forçant le plus près possible du coude et sans à-coups.

Le rayon de cintrage ne doit pas être inférieur à 3 fois le diamètre extérieur du tube afin d’éviter l’aplatissement du tube et pouvoir dégager le ressort.

Pour dégager le ressort, il suffit de faire tourner la partie élargie dans le sens inverse de son enroulement tout en poussant le ressort, de sorte que la partie élargie soit dégagée en dernier.

De nos jours, le ressort à cintrer est de moins en moins utilisé au profit de la cintreuse qui permet de réaliser un meilleur travail avec moins de fatigue.

La cintreuse permet de cintrer le tube à l’angle souhaité en suivant une courbe régulière et adaptée à la circulation du fluide, le diamètre du tube étant conservé sur toute sa longueur.

Une fois la longueur de tube coupée, elle doit être redressée correctement pour obtenir un tube droit, sans quoi le tube risque un écrasement ou un arrachement de métal lors du cintrage.

Si le tube est droit, il pourra être cintré pour former des coudes ou des spires aux endroits exigés par son futur emplacement dans le circuit frigorifique.

Attention ! Le risque de pliage existe lorsqu’on utilise une cintreuse d’un calibre supérieur au tube. En cas de pliage, même partiel, il ne faut pas hésiter à refaire le coude.

Utilisation : Positionner le tube à cintrer de sorte qu’il soit bien tenu par le guide du levier mobile. Tirer sur la poignée dans la direction de la flèche jusqu’à l’angle désiré.

Réaliser un coude à 90° :

1  Mesurer du bout du tube ou du premier coude et tracer un trait sur l’emplacement du nouveau coude à réaliser.

2  Mettre le tube comme indiqué sur la figure 6.35 ; si l’origine de la mesure se trouve à droite, positionner le tracé sur la graduation R (right).

3  Si l’origine de la mesure se trouve à gauche, positionner le repère sur la graduation L (Ieft) comme indiqué sur la figure 6.35 droite.

4  Manoeuvrer le levier d’un mouvement régulier jusqu’à ce que la marque 0 vienne exactement en face du 90° indiqué sur la roue guide.

Si plusieurs coudes sont nécessaires, la mesure devra partir de l’axe du premier coude ; puis procéder comme indiqué aux points 2 et 3.

Le repère 45° est à utiliser pour la réalisation de coudes à 45°.

Réalisation de la tuyauterie liquide

Ce tube relie la sortie liquide de la bouteille réservoir au détendeur, afin d’assurer son alimentation en liquide. Cette mission implique que son parcours ne soit influencé par aucune source de chaleur qui risquerait de générer des bulles de vapeur, sans quoi le détendeur serait mal alimenté et par conséquent l’évaporateur aussi.

Il ne faut donc pas installer le tube liquide près d’une canalisation de chauffage ou en plein soleil, par exemple. Au contraire, on va chercher le refroidissement du liquide tout au long de ce tube, jusqu’au détendeur.

De diamètre plus petit que le tube d’aspiration, il est plus facile à réaliser, mais il faut bien soigner les brasures (toujours sous azote), et les raccords car la pression à supporter sera bien supérieure.

A la sortie de la bouteille, il est important de réaliser un ou deux coudes (ou une spire), avant la première fixation du tube, pour amortir les vibrations générées par le fonctionnement du groupe et prévenir ainsi les risques de bruit et de rupture.

Si l’installation doit fonctionner avec un fluide de la série des 400 (R404A, R407C, R410A, etc.), il est indispensable de prévoir une vanne de charge car ces fluides doivent être chargés en phase liquide.

Cette vanne de charge permet de raccorder la bouteille de fluide frigorigène à l’installation et le piquage doit se faire avant le déshydrateur, pour profiter d’une première filtration lors de l’introduction du fluide.

Le déshydrateur est à fixer en position verticale avec l’entrée en haut et dans un endroit facile d’accès pour rendre commode son possible remplacement, mais ce sera le dernier accessoire à raccorder pour éviter qu’il ne prenne l’humidité de l’air ; il vaut donc mieux laisser les bouchons de protection en attendant le moment du raccordement.

Le voyant liquide s’installe après le déshydrateur. Il peut se détériorer facilement pendant le brasage si on ne prend pas la précaution de le protéger avec un chiffon humide.

Certaines installations sont équipées d’une électrovanne «liquide» pour prévenir les risques de coup de liquide au compresseur. Cette vanne se place à une distance minimum de 0,5 m du détendeur pour prévenir le risque de coup de bélier au détendeur.

Il faut toujours prendre la précaution de démonter la bobine avant de braser le corps de la vanne.

Quelques extraits pris au hasard dans la première moitie du livre.
La deuxième partie traite de la mise en service d'une installation frigorifique et du dépannage frigorifique.