Éviter les dégâts dus à des longueurs de tube critiques

Les compresseurs volumétriques ne refoulent pas tout à fait sans interruption le fluide frigorigène : des pulsations viennent se superposer à la haute pression et la basse pression. Les pulsations se propagent dans les tubes à la vitesse sonique de la vapeur de liquide frigorigène, et peuvent être réfléchies au niveau de coudes de courbure de tube à 90°, d'extrémités fermées ou de vannes. Si les longueurs de tube droit choisies jusqu'au point de réflexion ne sont pas appropriées, des résonances et des ondes stationnaires apparaissent. Celles-ci peuvent provoquer des pointes de pression très élevées, des contraintes importantes sur les tubes et de fortes hausses de température. Ces effets peuvent aboutir à des ruptures de tube.

Pour éviter des ruptures de tube, il convient de déterminer les longueurs de tube critiques et d'éviter leur présence sous forme de tronçons de tube droits dans l'installation, notamment dans la conduite du gaz de refoulement et la conduite d'économiseur. Il convient également d'éviter la moitié de la longueur de tube : elle correspond aux ondes harmoniques avec le double de fréquence.

Le calcul nécessite :

La vitesse sonique dans la vapeur de liquide frigorigène aux pressions et températures spécifiques de l'installation. Elle peut être déterminée au moyen de logiciels de fluide frigorigène et données de substances tels qu'ASEREP, d'Asercom, ou RefPropvon, de NIST.
La fréquence des pulsations. Elle dépend de la structure du compresseur et de la fréquence de la tension d'entraînement. Avec des convertisseurs de fréquences, elle est donc variable.

À utiliser pour les compresseurs BITZER :

Compresseurs pour applications stationnaires de BITZER
n : vitesse de rotation du moteur du compresseur en Hz
f : fréquence de la tension d'entraînement en Hz
z : nombre de cylindres ou de traverses profilées (5 ou 4 traverses profilées)
f_p : fréquence de la pulsation en Hz
Construction	Vitesse de rotation	Pulsation
Compresseur à piston hermétique accessible	n ≈ 0,5 x f	f_p = n x z	Moteurs à 4 pôles, z : nombre de cylindres
Compresseur à vis	n ≈ f	f_p = n x z	Moteurs à 2 pôles, z : nombre de traverses profilées
Compresseur à scroll	n ≈ f	f_p = n	Moteurs à 2 pôles, un par écoulement

Les longueurs de tube critiques peuvent ensuite être calculées comme indiqué ci-après :

L_kr : longueur de tube critique en m
c : vitesse sonique en m/s

Exemple pour un compresseur à vis avec convertisseur de fréquences :
z = 5 ; f = 20 .. 60 Hz ; f_p = 100 .. 300 (600) Hz
t_c = 60 °C, t_V2 = 100 °C, R1234yf
L_kr = 0,72 .. 0,24 (0,12) m

Exemple pour un-compresseur à piston à 4 cylindres avec convertisseur de fréquences :
z = 4 ; f = 25 .. 70 Hz ; f_p = 100 .. 280 (560) Hz
t_c = 50 °C, t_V2 = 90 °C, R290
L_kr = 2,39 .. 0,85 (0,43) m

Il est recommandé de ne pas utiliser non plus de plage de tolérance de ±15 % pour les valeurs de longueur de tube critique déterminées afin de pouvoir tenir compte d'incertitudes, par ex. lors de la détermination de la température et la pression, ainsi que du glissement du moteur asynchrone. Dans les exemples ci-dessus, le nombre entre parenthèses correspond aux ondes harmoniques avec double fréquence. S'il n'est pas possible d'éviter certaines longueurs de tube, il est possible de calculer à l'inverse les plages de fréquence devant être exclues.

Il est possible d'empêcher largement la réflexion des manières suivantes

utilisation de deux coudes à 45° au lieu d'un coude à 90°,
tubes coudés présentant un rayon de courbure élevé >24 fois le diamètre de tube, et
regroupement à 45°.

Des amortisseurs de pulsations bien adaptés dans les conduites pour le gaz de refoulement et le raccordement de l'économiseur peuvent souvent atténuer suffisamment les pulsations.