La F-Gas II quant à elle, a vocation à réduire progressivement l’usage des HFC et des fluides à fort potentiel de réchauffement global (GWP). Ces évolutions de la législation encouragent l’utilisation de l’ammoniac (NH3) et du dioxyde de carbone (CO2).
Les systèmes utilisant ces fluides frigorigènes doivent respecter de nombreuses contraintes techniques et de sécurité. C’est pourquoi un entretien régulier, avec l’utilisation d’une huile adaptée sont cruciaux pour la pérennité et la performance énergétique de l’installation.
Quels sont les rôles principaux de l’huile dans un système frigorifique ?
L’huile a 3 fonctions principales :
- lubrification des pièces mécaniques en mouvement,
- étanchéité,
- fluide moteur pour certains dispositifs de régulation et fluide de refroidissement dans le cas de compresseurs à vis par exemple.
Quelles sont les propriétés essentielles ?
- Le pouvoir lubrifiant : lié à l’épaisseur du film d’huile.
- La solubilité avec le fluide frigorigène à l’état gazeux.
- La miscibilité avec le fluide frigorigène à l’état liquide.
- La viscosité : résistance aux variations de températures.
Malgré les systèmes de séparation d’huile, l’huile est diffusée dans l’ensemble du système et aura tendance à se stocker dans les éléments où la vitesse de circulation est faible. Elle se déposera sur les parois des échangeurs (en particulier les évaporateurs) et réduira leur efficacité. Si l’huile ne revient pas correctement au compresseur, la pompe à huile pourra se désamorcer et provoquer l’arrêt de la machine.
L’huile devra donc être sélectionnée en fonction du fluide frigorigène, de sa miscibilité et de sa solubilité avec le fluide frigorigène, des températures de fonctionnement, du type et de la technologie du compresseur.
Le choix d’une huile pour ammoniac
Les compresseurs fonctionnant au NH3 exigent une huile de haute qualité avec des critères à respecter :
L’ammoniac chauffe beaucoup à la compression. L’huile devra donc avoir des caractéristiques compatibles aux particularités de l’ammoniac :
- Haute résistance du film lubrifiant pour l’étanchéité entre les rotors mâle et femelle des compresseurs à vis
- Élimination de la chaleur (rôle de refroidissement)
- Réduction de la friction et de l’usure des compresseurs avec le maintien d’une viscosité adéquate à basse température (rester fluide) mais aussi à la température de refoulement
- Protection contre la corrosion
- Compatible avec les joints
- Résistance de l’huile aux hautes températures pour éviter les dépôts à haute température
Il n’y a pas de miscibilité entre l’huile utilisée et l’ammoniac, l’huile entraînée dans le circuit doit donc être réintégrée. L’huile est plus lourde que l’ammoniac et se dépose au fond des cavités. Si par le passé des systèmes de purges de NH3 à l’extérieur étaient utilisés, aujourd’hui, la purge se fait à l’aide d’un bouteillon de purge sur les installations en régime noyé. L’huile étant non miscible avec l’ammoniac qui possède une faible pression de vapeur, sa migration dans le circuit sera inévitable. L’utilisation d’un séparateur d’huile est donc nécessaire.
L’ammoniac est communément utilisé avec les huiles minérales parraffiniques et naphténiques, les synthétiques PAO et AB. Un grade ISO 68 est généralement utilisé en application industrielle pour sa chute de viscosité quasi-inexistante.
L’ammoniac étant considéré comme toxique et faiblement inflammable, et au vu de ses conditions de fonctionnement, l’huile en service devra permettre d’une part de lubrifier le système, de le refroidir, mais également d’en assurer l’étanchéité.
Pour les applications dans l’industrie agro-alimentaire, l’utilisation d’une huile enregistrée H1 ou H2 par la NSF peut être requise par l’exploitant.
En plus des contraintes de fonctionnement de l’ammoniac, d’autres contraintes liées à l’usure des systèmes peuvent apparaître au cours de la vie de l’installation. (ex : pollution et dégradation de l’huile, mauvais retour d’huile, usure des pièces, formation de dépôts, usure des joints,..).
Climalife vous propose des huiles performantes et des services de suivi par analyse qui vous permettront de suivre l’usure de vos systèmes, d’espacer les intervalles de vidanges, de contrôler l’état de l’huile, et de maintenir votre installation pérenne.
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Le choix d’une huile pour CO2
Le CO2 possède des pressions et des températures de service beaucoup plus élevées que les fluides frigorigènes halogénés à moyenne pression, et entraine ainsi des contraintes mécaniques extrêmes sur les pièces en mouvement et les roulements.
Il présente aussi la particularité d’être extrêmement soluble dans l’huile, ce qui engendre des chutes de viscosité importantes, et peut entrainer une rupture du film d’huile. Le CO2 utilisé devra être de qualité frigorifique avec une teneur en eau inférieure à 5 ppm afin d’éviter une acidification de l’huile à son contact.
Par conséquent, dans le cas d’utilisation d’une huile non adaptée, on pourra connaitre une usure prématurée du système suite à une lubrification insuffisante, et un défaut d’étanchéité avec une perte de compression.
Lorsque l’unité de réfrigération est prévue pour fonctionner avec des lubrifiants miscibles, dans le cas du CO2, les lubrifiants de type minéral ou synthétiques PAO et AB ne conviendront pas.
Des molécules de base POE additivées ou PAG seront plus adaptées au R-744 et pourront convenir en application subcritique et transcritique.
Les huiles POE :
Les particularités des huiles POE ont tendance à permettre un haut degré de solubilité avec le CO2 et contribuent à une réduction significative de la viscosité.
Plus la pression est élevée, plus la quantité de gaz dans le lubrifiant est importante. Ce comportement est général pour tous les couples lubrifiants miscibles au gaz, mais l’étendue varie selon le fluide frigorigène et le type de lubrifiant.
Dans le cas des POE, la réduction de la viscosité avec le CO2 aux pressions de travail typiques des systèmes de réfrigération peut conduire à un manque de lubrification dans certaines parties du compresseur, principalement lors du démarrage ou à des conditions de charge élevée.
Là où un grade ISO 68 convient pour la plupart des fluides frigorigènes halogénés, l’utilisation des huiles POE avec le CO2 nécessitera un plus haut grade ISO qui permettra de palier à la chute importante de viscosité que connaît l’huile au contact du R-744. Un grade ISO supérieur à 80 sera donc plus adapté, et le lubrifiant pourra ainsi conserver une viscosité suffisante pour protéger les pièces du compresseur.
Les huiles POE étant miscibles avec le CO2, le système de lubrification sera simple à mettre en œuvre. Seule la teneur en eau devra être gérée, et le système devra être propre et parfaitement étanche dès sa mise en service.
Les huiles POE formulées pour fonctionner avec le CO2 seront également spécialement additivées pour réduire le phénomène de moussage observé au démarrage du compresseur.
Il est recommandé de surveiller régulièrement l’acidité de l’huile avec des tests in-situ tels que l’Acitest Unipro, compatible avec tous les types d’huiles, et de procéder à une analyse annuelle (DPH A).
Les huiles PAG :
Dans le cas des huiles PAG (polyalkylène glycol), la réduction de la viscosité n’est pas aussi importante qu’avec les huiles POE. Cela permet l’utilisation d’un lubrifiant de grade ISO VG 68 qui, avec le R-744 dans des conditions de travail standard, possède une viscosité suffisante pour protéger le compresseur.
La miscibilité des huiles PAG avec le R-744 est suffisante pour garantir un retour d’huile adéquat, malgré la surchauffe de quelques degrés en sortie d’évaporateur.
Cependant, du fait de la présence de deux phases dans l’évaporateur, l’équipement nécessitera un dimensionnement de la tuyauterie adéquat.
Les huiles PAG formulées pour le CO2 ont une excellente stabilité thermique et permettent de travailler dans des conditions de refoulement élevées que l’on rencontre dans les pompes à chaleur transcritiques.
En comparaison avec les huiles POE, la zone de miscibilité avec les PAG est plus faible. A des concentrations supérieures à 50% d’huile, on observera la séparation de phase et la formation de deux couches, l’une riche en huile et l’autre en fluide frigorigène.
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Notons que les huiles POE et PAG étant très hygroscopiques, un bidon ouvert et entamé, s’il n’est pas utilisé immédiatement, ne devra pas être gardé et l’huile restante devra être déposée dans le réseau agréé de retraitement.
Votre représentant Climalife vous accompagne dans la sélection du lubrifiant adapté.