Comment choisir un refroidisseur industriel approprié

L'une des raisons les plus convaincantes pour procéder à l'installation d'un refroidisseur est de minimiser les interruptions grâce à la protection continue qu'il fournit pour éliminer la chaleur des équipements de traitement précieux et sensibles à la température. Dans le même temps, un refroidisseur permet d'économiser de l'eau et de réduire les coûts associés en recyclant et en réutilisant l'alimentation en eau de l'usine. Le coût de refroidissement de l'eau peut rapidement grimper, en particulier si l'équipement de traitement fonctionne plusieurs fois par jour. Lorsqu'un refroidisseur est introduit dans le système, cela permet de contourner les coûts et le besoin d'une alimentation en eau municipale surveillée et d'évacuation des eaux usées, et de contribuer à des économies substantielles au titre des budgets de production. En outre, grâce aux dernières avancées en matière de technologie de refroidissement, le retour sur investissement peut être réalisé sur une très courte durée de vie de l'équipement.

Lors de la spécification d'une installation de refroidisseur, une connaissance pratique des facteurs de performance du refroidisseur est essentielle pour obtenir le bon produit. Il convient de déterminer le type de liquide de traitement qui sera utilisé, la température de refroidissement de traitement, les exigences de débit et de pression, l'environnement de fonctionnement, la température ambiante, la taille du refroidisseur nécessaire et les contraintes spatiales de son emplacement.

Les principaux facteurs à prendre en compte lors de la sélection des liquides de refroidissement appropriés pour un procédé sont leurs caractéristiques de performances et leur compatibilité avec l'équipement. Les performances d'un liquide de refroidissement dépendent de ses propriétés à une température donnée. Les paramètres pertinents sont la chaleur spécifique, la viscosité et les points de gel/ébullition. Il existe une relation directe entre des capacités spécifiques de refroidissement et de chauffage. Afin de maintenir l'intégrité du système et d'assurer des performances optimales dans le temps, il est recommandé de mélanger un pourcentage d'éthylène ou de propylène glycol avec de l'eau (généralement dans la plage de 10 à 50 %) lorsque des températures de consigne basses ou élevées sont nécessaires. En termes de compatibilité, le risque de corrosion et la dégradation précoce des joints sont des modes de défaillance courants pour les systèmes mal calibrés. C'est pourquoi les matériaux de construction et la nature des liquides revêtent une importance particulière et il est donc recommandé d'inclure un inhibiteur de corrosion dans le liquide de refroidissement. Cependant, dans les derniers développements de la technologie de refroidissement, le réservoir de stockage et les pièces hydrauliques des pompes centrifuges sont fabriqués en acier inoxydable pour empêcher toute contamination de l'eau de traitement par des particules de rouille, et pour offrir des niveaux supérieurs de fiabilité et de contrôle de la température. De même, les condenseurs microcanaux tout aluminium de pointe sont conçus pour offrir une longue durée de vie sans corrosion et nécessitent une charge de réfrigérant réduite de 30 % par rapport aux autres types d'échangeurs thermiques.

La température de consigne affecte la capacité de refroidissement d'un refroidisseur. La diminution de la température entraîne une charge plus importante sur le système de réfrigération, et inversement pour l'augmentation. Il existe une relation directe entre la température à laquelle le refroidisseur a été réglé et sa capacité de refroidissement totale. Par conséquent, il est important d'examiner les données de performances publiées du refroidisseur pour s'assurer qu'elles sont pertinentes pour l'installation proposée. En même temps, si le refroidisseur est destiné à un site exposé, il est tout aussi important d'établir le niveau de protection contre le gel requis, c'est-à-dire la température de liquide de refroidissement la plus froide qui quitte le refroidisseur pendant le fonctionnement.

Bien que la durée de vie de la pompe soit un facteur essentiel lors de la configuration d'un système de refroidissement industriel, la perte de pression dans le système et le débit nécessaire doivent d'abord être déterminés par la taille et les performances de la pompe.
Pression : une pompe sous-dimensionnée réduit le débit de liquide dans toute la boucle de refroidissement. Si le refroidisseur a été équipé d'une décharge de pression interne, le débit est dévié autour du procédé et renvoyé dans le refroidisseur. En l'absence de décharge de pression interne, la pompe tente de fournir la pression nécessaire et fonctionne à ce que l'on appelle la pression de tête morte, ou limite. Lorsque cet état se produit, la durée de vie de la pompe peut être considérablement réduite ; le liquide cesse de s'écouler et le liquide dans la pompe devient chaud, se vaporisant et perturbant la capacité de la pompe à refroidir, entraînant une usure excessive des roulements, des joints et des roues.Pour déterminer la perte de pression dans un système, il faut installer des manomètres à l'entrée et à la sortie du procédé, puis appliquer une pression de pompe pour obtenir les valeurs au débit souhaité.
Débit : un débit inadéquat dans le procédé entraîne un transfert de chaleur inadéquat, de sorte que le débit n'élimine pas la chaleur nécessaire au fonctionnement sûr du procédé. Lorsque la température du liquide dépasse le point de consigne, les températures de surface/composant continuent également d'augmenter jusqu'à ce qu'une température d'état stable supérieure au point de consigne initial soit atteinte.La plupart des systèmes de refroidissement détaillent les exigences en matière de pression et de débit. Lors de la spécification de l'élimination de la charge thermique nécessaire dans le cadre de la conception, il est important de tenir compte de tous les flexibles, raccords et changements d'élévation intégrés au système. Ces fonctions auxiliaires peuvent augmenter considérablement les exigences de pression si elles ne sont pas correctement calibrées.

Température ambiante. La capacité d'un refroidisseur refroidi par air à dissiper la chaleur est affectée par la température ambiante. En effet, le système de réfrigération utilise le gradient de température de l'air ambiant/du réfrigérant pour induire le transfert de chaleur pour le procédé de condensation. Une augmentation de la température de l'air ambiant diminue la différence de température (ΔT) et, par conséquent, réduit le transfert de chaleur total. Si le refroidisseur utilise un condenseur à refroidissement liquide, des températures ambiantes élevées peuvent continuer d'avoir des effets négatifs sur des composants clés tels que le compresseur, la pompe et l'électronique. Ces composants génèrent de la chaleur pendant le fonctionnement et des températures élevées réduisent leur durée de vie. A titre indicatif, la température ambiante maximale typique pour les refroidisseurs non extérieurs est de 40 °C.
Contraintes spatiales : afin de maintenir une température d'air ambiant appropriée, il est important de prévoir un espace de circulation d'air adéquat autour du refroidisseur. En l'absence d'un flux d'air adéquat, la recirculation d'un volume d'air inadapté chauffe rapidement. Cela affecte les performances du refroidisseur et peut endommager l'unité de refroidissement.

Le dimensionnement correct d'un refroidisseur est crucial pour son bon fonctionnement. Un refroidisseur sous-dimensionné sera toujours un problème : il ne sera jamais en mesure de refroidir correctement les équipements en place et sa température d'eau de refroidissement ne sera pas stable. A l'inverse, un refroidisseur surdimensionné ne pourra jamais fonctionner à son niveau optimal et s'avérera plus coûteux à utiliser. Pour dimensionner correctement un refroidisseur, il est nécessaire de connaître le débit d'eau et la quantité d'énergie à dissiper pour l'ensemble des équipements à refroidir, c'est-à-dire la différence entre leurs températures d'entrée et de sortie d'eau généralement exprimée sous la forme d'un ∆T. La formule de calcul est la suivante : énergie thermique par seconde (ou plus communément appelée puissance) = débit massique × capacité calorifique spécifique × élévation de température (∆T)'. La capacité calorifique de l'eau est de 4,2 kJ/kg K, avec du glycol cette valeur est augmentée à 4,8 kJ/kg K. Remarque : 1 K = 1 °C et la densité de l'eau est de 1, c'est-à-dire 1 L de volume d'eau = 1 kg de masse d'eau. Voici un exemple de calcul pour dimensionner un refroidisseur adapté pour un débit d'eau de 2,36 L/s (8,5 m3/h) avec une élévation de température de 5 °C : énergie thermique par seconde (kJ/s ou kW) = 2,36 L/s (débit) X 5 °C (∆T) X 4,2 kJ/kg K (capacité calorifique spécifique de l'eau pure). Taille du refroidisseur requise = 49,6 kW. Si la puissance à dissiper est connue, cette formule peut être utilisée pour recalculer l'écart de température (∆T) correspondant à différents débits (possible avec différentes tailles de pompe). D'autres paramètres peuvent influer sur son dimensionnement, tels que les éventuelles extensions de capacité futures, l'exposition à des températures ambiantes élevées ou un fonctionnement en altitude pouvant nécessiter d'utiliser une taille différente.

Dans la dernière génération avancée de refroidisseurs industriels, la facilité d'entretien, la sécurité opérationnelle, le contrôle intelligent et la connectivité sont des caractéristiques importantes de leurs conceptions. Par exemple, ils sont construits avec des capots insonorisés conformes à la norme IP54 qui permettent aux refroidisseurs de fonctionner à l'intérieur ou à l'extérieur, même à des températures ambiantes allant jusqu'à -45 °C. Ils sont spécialement conçus pour faciliter l'accès aux composants installés : systèmes de réfrigération à l'avant et ensemble de circulation d'eau de refroidissement à l'arrière. Les larges portes du capot et l'agencement intelligent réduisent le temps d'entretien et permettent une inspection facile pour éviter les pannes. Les nouveaux modèles innovants disponibles sur le marché sont dotés d'une large gamme de dispositifs de sécurité, tels que des commutateurs de débit et de niveau, des sondes thermiques, des sondes de pression, des chauffages pour carter et des crépines qui permettent au refroidisseur de fonctionner en toute sécurité. En outre, un système de réfrigération entièrement hermétique empêche les fuites de gaz réfrigérant et ne nécessite aucun entretien. La réglementation FGAS du Royaume-Uni exige une inspection annuelle, et sur les systèmes de réfrigération plus importants, une inspection semestrielle par un ingénieur certifié FGA. La mise à disposition d'un relais de séquence de phase garantit l'absence de risque d'endommagement du compresseur en cas de câblage incorrect. Dans ces nouvelles conceptions, un contrôleur à écran tactile fonctionne avec des algorithmes économes en énergie, combine tous les capteurs du refroidisseur en un seul système et émet des avertissements en temps voulu en cas d'écart par rapport aux paramètres de fonctionnement. Une connectivité complète est obtenue grâce à la fonction de surveillance à distance intelligente intégrée sur les refroidisseurs de 11 kW et plus. Les données de la machine de l'utilisateur sont ainsi fournies en temps réel, dans un format clair, pour garantir une efficacité optimale.