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Systèmes de refroidissement par eau

Protéger votre investissement dans un four à vide avec le bon équipement

L'eau est l'un des conducteurs thermiques les moins chers et les plus facilement disponibles sur Terre, et elle est essentielle pour la protection et le fonctionnement de votre équipement de traitement thermique. Choisir le bon système de refroidissement par eau, comprendre les impuretés présentes dans l'eau et entretenir correctement votre système de refroidissement par eau peut éviter des dommages coûteux à votre four à vide.

Ipsen Vacuum Furnace with water system

Caractéristiques de l'eau et du système

Il existe plusieurs configurations différentes pour les systèmes de refroidissement externes. Tant que l'eau et le système répondent aux spécifications ci-dessous pour le transfert d'énergie thermique, il devrait fonctionner comme prévu, tout en évitant les problèmes de fonctionnalité du four et du système d'eau.

Caractéristiques de l'eau standard

  1. Dureté totale en CaCO3 <100 ppm
  2. Solides dissous totaux <200ppm
  3. Conductivité - 300 micromhos par centimètre
  4. pH - 7,0 à 8,0
  5. Matières en suspension <10 ppm

*Les caractéristiques de l'eau doivent être testées avant l'installation de l'équipement.

Caractéristiques du système

  1. Température d'entrée maximale - 29 °C (85 °F)
  2. Température d'entrée minimale - supérieure au point de rosée pour éviter la condensation.
  3. Débit tel que spécifié dans les instructions d'installation de l'équipement
  4. Pression entre 40 et 90 psi*
  5. La tuyauterie d'alimentation et de drainage doit être telle qu'à un débit nominal, une chute de 30 psi est disponible à travers l'équipement.

*Selon le système

Quel système de refroidissement externe vous convient le mieux ?

Voici quelques éléments à prendre en compte pour choisir le bon système de refroidissement par eau :

  • Quel est le budget ?
  • Quelle taille de réservoir et d'échangeur de chaleur sera nécessaire ? Ou quelle quantité d'eau sera nécessaire par cycle de trempe ?
  • Le système devra-t-il être conçu pour gérer différentes applications de cycle de trempe en fonction des matériaux traités ?
  • Le système devra-t-il s'adapter à plusieurs fours ?
  • Avez-vous évalué les besoins actuels et futurs de votre système d'approvisionnement en eau ?
  • Quelles sont les lois locales en matière d'environnement ?
  • Quelles sont les options locales en matière d'approvisionnement en eau ?
  • Votre établissement dispose-t-il déjà d'un système de refroidissement par eau ?

Configurations du système de refroidissement par eau

Les systèmes de refroidissement par eau peuvent être en circuit ouvert ou fermé. Dans un système ouvert, l'eau de refroidissement est exposée à l'air au niveau de drains à vue ou d'une tour de refroidissement, tandis qu'un système fermé n'a pas d'exposition environnementale. Le système combiné ouvert/fermé est le type le plus courant utilisé dans les installations de traitement thermique en raison de sa conception efficace qui minimise les déchets et réduit les coûts de traitement de l'eau. Vous trouverez ci-dessous les quatre principaux types de systèmes de refroidissement de l'eau à prendre en considération, chacun présentant des avantages et des inconvénients. Votre choix dépendra des besoins de votre entreprise et de l'emplacement de votre installation.

Système à passage unique

Dans un système à passage unique, l'eau passe une fois dans l'équipement du four à vide, puis elle est jetée ou réutilisée dans d'autres processus. Ce système est le moins coûteux à mettre en place, mais il nécessite l'accès à une grande quantité d'eau propre de ville ou de puits. Le coût de ce système peut être prohibitif, il génère davantage de déchets et peut poser des problèmes environnementaux. L'eau de ce système n'est généralement pas traitée contre la dureté de l'eau, ce qui peut entraîner une accumulation au fil du temps et un besoin accru de rinçage et de détartrage chimiques.

Système de recirculation en boucle ouverte

Le système de recirculation en boucle ouverte pompe l'eau en continu à travers une tour de refroidissement ouverte ou un bassin de rétention. Une grande quantité de chaleur est éliminée par la vaporisation de la chaleur latente. La seule eau perdue au cours de ce processus est celle qui s'évapore. Ce système est donc moins coûteux qu'un système à passage unique. Cependant, à mesure que l'eau s'évapore, les impuretés ont tendance à se concentrer dans la solution aqueuse, et des débris peuvent être ramassés dans l'air. La concentration des impuretés peut être contrôlée en régulant correctement la quantité d'eau qui est purgée du système et en trouvant un équilibre qui fonctionne dans les spécifications de fonctionnement. Ce système doit être contrôlé fréquemment car les conditions environnementales peuvent modifier la quantité d'impuretés dans l'eau au fil du temps.

Système de recirculation en boucle fermée

Les systèmes de recirculation en circuit fermé avec échangeurs de chaleur eau-air ou eau-eau utilisent très peu d'eau et ont des coûts de traitement minimes. Ces systèmes sont limités aux climats plus frais car la température de l'air ambiant doit être suffisamment basse pour refroidir l'eau dans le système. Ce type de système rejette très peu d'eau, mais des problèmes de tartre et de corrosion peuvent subsister en fonction de la qualité de l'eau utilisée. Il peut être avantageux d'utiliser de l'eau distillée ou de l'eau par osmose inverse (RO) pour réduire le tartre et la corrosion. S'il est nécessaire d'ajouter un antigel ou des inhibiteurs de corrosion à l'eau de recirculation, l'éthylène glycol et les inhibiteurs à faible conductivité sont recommandés (selon l'endroit).

Closed Loop Recirculating Water System Diagram

Système en boucle ouverte/fermée

Le système à boucle ouverte/fermée est le type de système de refroidissement par eau le plus courant dans les installations équipées de fours à vide. Ce système combine un système ouvert avec une tour de refroidissement, un bassin d'aspersion, un condenseur par évaporation ou un puisard et un système fermé pour le four. Le système fermé utilise un échangeur de chaleur pour transférer la chaleur générée par le four au système ouvert. Cette conception efficace permet d'ajouter et de traiter l'eau sans affecter le mélange eau/éthylène glycol dans le circuit fermé. Comme il faut moins d'eau, les coûts de traitement sont moins élevés et l'entretien est plus facile. Le tartre et la corrosion peuvent néanmoins constituer un problème si l'eau utilisée dans le système fermé contient des impuretés.

Open Loop Recirculating Water System Diagram

Avant de choisir un système, Ipsen recommande de consulter l'ingénieur de l'usine ou l'expert en traitement de l'eau pour connaître les sources d'eau possibles et les informations sur l'analyse ; cela permet de s'assurer que l'équipement approprié est choisi et qu'un programme de traitement de l'eau efficace est mis en place.

Impuretés de l'eau et systèmes de refroidissement par eau

En tant que solvant universel, l'eau contient de nombreuses impuretés, notamment des gaz et des solides organiques ou inorganiques. Ces impuretés peuvent endommager votre système d'eau si des précautions adéquates ne sont pas prises.

  1. Dureté: L'eau dissout les sels de magnésium et de calcium dans le sol pour créer une eau dure. Lorsque l'eau dure circule dans le réseau d'eau, elle peut déposer ces sels et créer des accumulations. Une concentration élevée de ces sels peut également augmenter la conductivité de l'eau.
  2. Solides en suspension : Les solides (c'est-à-dire le sable) ne sont pas réellement dissous dans l'eau. En raison du mouvement turbulent de l'eau, les solides peuvent être mis en suspension puis se déposer dans le système d'eau. Cela peut provoquer un colmatage et réduire le transfert de chaleur. Les solides en suspension peuvent être éliminés par filtration.
  3. Acidité : L'eau peut contenir une grande quantité d'acide minéral libre. Cet acide corrodera les pièces du système d'eau au fil du temps. Un traitement avec un agent alcalin peut être nécessaire.
  4. Alcalinité : L'alcalinité est la capacité de l'eau à résister aux changements de pH en neutralisant l'acide. Si l'eau a une alcalinité élevée, elle peut entraîner la formation de tartre. Un traitement avec un acide peut être nécessaire.
  5. La bave et les algues : Le slime et les algues peuvent se former dans les systèmes ouverts. Le limon et les algues sont de petites matières biologiques (algues, champignons et bactéries) qui se forment sur les surfaces qui entrent fréquemment en contact avec l'eau. La croissance des organismes dans les canalisations crée des cellules de concentration d'oxygène différentielle qui peuvent entraîner de graves piqûres sur les surfaces métalliques. Un traitement chimique au chlore est généralement recommandé.
  6. Oxygène dissous : L'oxygène est généralement le principal responsable de la corrosion sévère. Toute eau qui a été en contact avec l'atmosphère contient de l'oxygène dissous. Les systèmes fermés limitent la quantité d'exposition de l'eau à l'air, mais les systèmes ouverts peuvent avoir des problèmes avec un excès d'oxygène. La désaération directe peut être réalisée mécaniquement ou par l'ajout de produits chimiques tels que le sulfate de sodium. En général, la solution la plus économique est l'ajout d'inhibiteurs de corrosion.
  7. Corrosion : La corrosion est causée par le transfert d'électrons de l'eau de refroidissement vers les pièces métalliques, provoquant des piqûres et une oxydation. Les gaz dissous comme l'oxygène ou le dioxyde de carbone peuvent accélérer ce processus. Des inhibiteurs de corrosion sont généralement recommandés, les plus courants étant les sels de chromate.

Conseils d'entretien pour votre système de refroidissement par eau

  1. Recherchez des taches sur l'extérieur de la chambre. Cela pourrait indiquer un traitement antérieur contre l'accumulation d'eau dure, qui pourrait être nécessaire à nouveau.
  2. Contrôlez chaque semaine la température de l'eau à l'entrée et à la sortie pour vous assurer que le système de refroidissement par eau respecte les températures spécifiées.
  3. Vérifiez chaque trajet de liquide de refroidissement chaque semaine.
  4. Effectuez un rinçage complet du système deux fois par an.
  5. Vérifiez la présence d'autres taches de rouille, car cela peut indiquer une fuite lente dans la chemise d'eau.
  6. Vérifiez si la cuve du four à vide est trop chaude. La plupart des fours à vide sont censés fonctionner avec une température égale ou inférieure à 140 degrés sur la paroi extérieure. Toute température supérieure à 140 degrés indique un problème de débit d'eau.
  7. Si vous remarquez que l'eau de refroidissement diminue à la sortie du système, cela peut être dû à une accumulation de rouille et de tartre. Vous pouvez utiliser un rinçage chimique pour nettoyer l'accumulation.
  8. Si votre échangeur de chaleur est installé à l'extérieur, il est important de d'hiverner votre réseau d'eau. Vous pouvez ajouter une concentration d'éthylène/propylène glycol pour vous protéger contre les températures de congélation.
Vacuum furnace water pipe with buildup
L'accumulation dans votre système d'eau peut causer des dommages coûteux à votre four à vide.

    Pour d'autres conseils utiles sur l'entretien préventif des chaudières à vide, téléchargez nos listes de contrôle ici.

    Si vous rencontrez des problèmes avec votre système de refroidissement à eau ou si vous avez besoin d'une consultation pour une nouvelle chaudière, veuillez contactez l'équipe d'Ipsen. Nous pouvons vous aider pour tous vos besoins en matière de four à vide.

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