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Cette rubrique « L’avis des experts » a été rédigée par Ritesh Raj, ingénieur en croissance chez Mindlabs Cloud, une entreprise qui déploie des systèmes de surveillance environnementale basés sur l’IoT (Internet des objets) au sein des chaînes du froid pharmaceutiques, des sites de production conformes aux BPF (bonnes pratiques de fabrication) et des installations de stockage frigorifique réglementées à travers le monde. Dans cet article, M. Raj explique pourquoi les exploitants d’entrepôts frigorifiques doivent revoir le placement de leurs capteurs de surveillance de la température ainsi que leurs hypothèses d’étalonnage après être passés des HFC aux réfrigérants naturels.
Ritesh Raj : Les exploitants d’entrepôts frigorifiques des secteurs alimentaire et pharmaceutique opèrent une transition rapide vers les réfrigérants naturels. Les discussions techniques autour de ces transitions ont tendance à se concentrer sur le réfrigérant lui-même : profils de pression du système, choix du compresseur, stratégies de dégivrage et réduction de la charge d’ammoniac (R717), par exemple. Ce qui retient nettement moins l’attention, c’est ce qu’il advient du système de surveillance de la température à l’intérieur de l’espace frigorifique. Cette omission a plus d’importance que la plupart des exploitants ne le pensent, et cela se reflète dans les rapports de conformité.
Pourquoi l’environnement thermique évolue – et pas seulement le fluide frigorigène
Les systèmes de réfrigération au CO₂ transcritique (R744) fonctionnent à des pressions nettement plus élevées que les systèmes au HFC qu’ils remplacent généralement, et ils effectuent des cycles de dégivrage plus fréquents et plus agressifs. Alors qu’un système HFC peut se dégivrer toutes les 12 à 24 heures, un système à surpression au CO₂ se dégivre généralement toutes les quatre à six heures à l’aide de gaz chaud. Chaque opération de dégivrage introduit une impulsion thermique contrôlée dans l’espace réfrigéré. Ces impulsions présentent un profil temporel, une température de crête et une courbe de récupération différents de ceux générés par l’ancien système.
Cela a une incidence sur la surveillance de la température, car les capteurs et les seuils d’alerte d’une chambre froide ont été étalonnés en fonction du comportement cyclique de l’ancien système. Un capteur de surveillance placé de manière à éviter de déclencher de fausses alarmes dues aux impulsions de dégivrage des HFC – positionné et réglé selon ce profil temporel – peut désormais se trouver dans une configuration totalement inadaptée au schéma de dégivrage d’un système au CO₂. Il pourrait capter davantage d’impulsions thermiques que ce pour quoi il a été conçu, ou se trouver à un emplacement où la nouvelle configuration de l’évaporateur crée une zone morte dans la répartition du flux d’air.
Les systèmes à l’ammoniac soulèvent un ensemble différent de considérations en matière de surveillance. Dans les installations passant à des conceptions à faible charge d’ammoniac où des boucles secondaires de CO₂ sont utilisées pour réduire la quantité d’ammoniac dans l’espace frigorifique, la configuration de l’évaporateur et la répartition du flux d’air au sein de la zone de stockage changent souvent considérablement par rapport à l’ancienne configuration HFC. Les capteurs de température positionnés en fonction de la circulation d’air de l’ancien système ne sont pas automatiquement correctement positionnés pour le nouveau.
L’hypothèse d’étalonnage qui doit être réexaminée
La plupart des exploitants d’entrepôts frigorifiques considèrent l’étalonnage des capteurs comme une étape propre à la mise en service. Un certificat d’étalonnage est délivré, le système de surveillance est mis en service, et les mesures sont supposées exactes à moins qu’un problème visible ne soit détecté. Cette hypothèse est fragile quel que soit le système, car les capteurs subissent une dérive due aux cycles thermiques, à l’exposition à l’humidité et aux vibrations, quel que soit le fluide frigorigène. Cela devient particulièrement problématique dans la période qui suit immédiatement une transition de fluide frigorigène.
Les systèmes de réfrigération au CO₂ transcritique fonctionnent à des pressions de service plus élevées et génèrent des signatures de vibrations différentes de celles des anciens équipements au HFC. Les vibrations mécaniques accélèrent la dérive des capteurs capacitifs d’humidité et de température. Si une installation met en service un système au CO₂ en janvier et gère sa surveillance selon les valeurs de référence d’étalonnage de l’ère des HFC jusqu’en juin, le dossier de conformité pour cette période repose sur l’hypothèse d’une précision des capteurs qui n’a jamais été vérifiée par rapport au profil de fonctionnement du nouveau système.
Pour les exploitants d’entrepôts frigorifiques pharmaceutiques, il ne s’agit pas d’un simple problème de conformité abstrait. Les directives relatives aux bonnes pratiques de distribution (BPD) exigent des preuves documentées et continues attestant que les plages de température ont été maintenues tout au long du stockage. Si un capteur qui était précis sous un système HFC a dérivé dans les conditions de fonctionnement d’un système au CO₂, le dossier de conformité ne reflète pas cette dérive. Il reflète une mesure qui semblait plausible mais qui ne mesurait plus avec précision l’environnement de stockage. Pour les producteurs alimentaires, le même principe s’applique dans le cadre du système HACCP (analyse des risques et maîtrise des points critiques) et des exigences de traçabilité prévues par la loi américaine sur la modernisation de la sécurité alimentaire (FSMA) de la FDA.
« L’infrastructure de surveillance qui garantit la qualité des produits et l’intégrité de la conformité ne s’adapte pas automatiquement lorsque le fluide frigorigène change. »
Ritesh Raj,
ingénieur en développement chez Mindlabs Cloud
Ce qu’un protocole de vérification de transition doit inclure
Une transition de fluide frigorigène constitue un point de déclenchement naturel pour une réinitialisation de la surveillance environnementale que la plupart des exploitants négligent actuellement. Tout d’abord, réexaminez l’emplacement des capteurs avant de déclarer le système mis en service. Cartographiez les nouveaux schémas de circulation d’air résultant de la configuration de l’évaporateur à réfrigérant naturel et vérifiez que les positions existantes des capteurs restent dans la zone d’échantillonnage représentative : au milieu des rayons, à l’écart du serpentin de l’évaporateur, à l’écart de la proximité des portes et à l’écart des voies de retour du système CVC.
Ensuite, établissez de nouvelles valeurs de référence par rapport à une référence traçable selon le NIST (National Institute of Standards and Technology) immédiatement après la mise en service, puis à nouveau 30 jours après celle-ci. Le contrôle à 30 jours permet de détecter précocement toute dérive induite par le profil de fonctionnement du nouveau système avant qu’elle ne s’aggrave. Consignez les deux mesures en précisant le modèle de la sonde de référence, son numéro de certificat et l’écart (delta).
Troisièmement, réviser les seuils d’alerte afin de tenir compte de la durée du cycle de dégivrage du nouveau système. Si les cycles de dégivrage au CO₂ ont lieu toutes les six heures, les seuils doivent être validés par rapport à la courbe de récupération thermique réelle du nouveau système et ne pas être repris du profil de dégivrage plus lent de l’ancien système au HFC.
Quatrièmement, pour les installations en cours de transition vers des systèmes à l’ammoniac, considérez la surveillance du gaz ammoniac comme faisant partie intégrante de la surveillance environnementale, et non comme un simple élément de conformité en matière de sécurité. Les capteurs électrochimiques standard d’ammoniac rencontrent des difficultés dans les environnements à températures inférieures à zéro en raison du gel de l’électrolyte, et le choix des capteurs doit être validé par rapport à la plage de températures réelle de la zone de stockage.
Le principe général
La transition vers des réfrigérants naturels constitue une étape importante pour les exploitants d’entrepôts frigorifiques soucieux de gérer leur empreinte environnementale et leur conformité réglementaire. Cependant, l’infrastructure de surveillance qui garantit la qualité des produits et l’intégrité de la conformité ne s’adapte pas automatiquement lorsque le réfrigérant change. Un système au CO₂ ou à l’ammoniac installé par-dessus une installation de surveillance datant de l’ère des HFC – avec les mêmes capteurs, les mêmes emplacements et les mêmes hypothèses d’étalonnage – crée un décalage entre le profil environnemental amélioré du fluide frigorigène et la précision des données de conformité qu’il est censé étayer.
La transition vers un nouveau fluide frigorigène est le moment idéal pour combler ce fossé, car le système est déjà en cours de refonte et les perturbations opérationnelles sont prises en compte dans le plan du projet.
