Aide technique - refroidisseur de gaz - recherche
Indications concernant le programme
Cette aide est prévue pour vous apporter une assistance technique générale pour sélectionner les paramètres de gaz, échangeurs de chaleur et refroidisseurs de gaz, qui s'appliquent pour tous les types de refroidisseurs. Des indications sont ainsi données lorsque le programme détecte que les échangeurs de chaleurs sont surchargés.
Avec ce programme, vous pouvez faire déterminer quel est le refroidisseur approprié pour votre application. À cet effet, vous devez saisir les données requises dans les champs prévus à cet effet. Les refroidisseurs qui sont montrés dans un tableau de résultat sont en principe tous en mesure de satisfaire aux exigences. Pour autant, chaque refroidisseur ou échangeur de chaleur calculé n'est pas nécessairement judicieux (voir par ex. les explications au chapitre 3.3).
Encore une indication concernant la saisie : Seuls les paramètres pour une seule voie de gaz peuvent être saisis. Si vous disposez de plusieurs voies de gaz, saisissez les paramètres du flux de gaz ayant l'énergie la plus élevée.
1. Paramètres gazeux
2. Échangeur de chaleur
2.1 Sélection des matériaux
2.2 Le comportement de l'échangeur de chaleur / Indications de conception
2.3 Échangeur de chaleur double
2.4 Type d'échangeur de chaleur 2
2.5 Que faire lorsque l'échangeur de chaleur est surchargé ?
3. Refroidisseur de gaz
3.1 Refroidisseur de gaz peltier
3.2 Refroidisseur à compression
3.3 Quelle conception du refroidisseur ?
3.4 Instructions de montage
3.5 Que faire lorsque le refroidisseur est surchargé par l'application ?
4. Accessoires
1. Paramètres gazeux
Dans ce chapitre, on suppose des gaz proches de l'air, ce qui est une supposition suffisante pour des applications pratiques.
a) La température (maximale) d'entrée du gaz :
c'est la température du mélange de gaz à refroidir à l'entrée de l'échangeur de chaleur. Plus le mélange de gaz est chaud, plus il faut avoir d'énergie de refroidissement. Dépendant du matériau composant l'échangeur de chaleur, une limite supérieure de température doit être donnée (en général pour l'acier : 180°C ; verre Duran et PVDF : 140°C).
b) Point de rosée maximum d'entrée / teneur en humidité :
- Le point de rosée maximum d'entrée :
détermine la teneur en eau mélange de gaz à refroidir. Si la température du gaz s'abaisse en-dessous de la température du point de rosée, l'eau commence à se condenser (le point de rosée d'entrée ne peut de ce fait jamais être au-dessus de la température d'entrée du gaz !). En règle générale, lors d'une augmentation du point de rosée d'entrée de 10°C, la capacité de refroidissement nécessaire est doublée. Un cadre approprié est par conséquent important pour la conception. Le point de rosée le plus haut possible est limité par les spécifications de chaque échangeur de chaleur. La limite inférieure de la saisie est 6°C, car pour le point de rosée d'entrée le plus bas, l'eau ne peut plus se condenser. - Teneur en humidité :
Une alternative pour la saisie de la teneur en eau peut aussi être par la teneur en humidité en pourcentage de volume d'eau. Ainsi la prise en compte de la dépendance à la pression du point de rosée est supprimée.
La teneur en humidité du gaz est une valeur importante pour concevoir le refroidisseur. Plus cette teneur est élevée, plus la capacité de refroidissement doit être élevée. La teneur en humidité maximum possible est déterminée par la température d'entrée du gaz. Dans ce cas, le point de rosée d'entrée maximum du gaz correspond à la température d'entrée du gaz.
c) Le point de rosée de sortie :
Le point de rosée de sortie est la température à régler à laquelle le gaz de mesure doit être refroidi pour que l'humidité du gaz puisse se condenser. Cette température peut être réglée individuellement sur le refroidisseur en fonction du point de rosée du gaz de mesure. Un point de rosée de sortie supérieur au 5°C standard pour un point de rosée d'entrée constant a pour conséquence une capacité de gaz moindre que le refroidisseur doit refroidir. Une logique comparable s'applique pour la fonction de maintien du delta T. Le chapitre sur le refroidisseur Peltier donne plus de détails à ce sujet.
d) La pression du gaz p :
La pression du gaz influence la densité du mélange de gaz, à ce propos, la règle de base suivante s'applique : double pression = double quantité énergétique (pour un même volume). Dans la zone 0,5 .. 3 bar on peut faire abstraction de la dépendance à la pression du point de rosée d'entrée avec suffisamment de précision. Concernant les échangeurs de chaleur en verre Duran ou en PVDF, la pression maximum est limitée.
e) Le débit volumique Q par voie de gaz :
Il est saisi en l / h (refroidi, également à la sortie gaz du refroidisseur). Il existe un rapport linéaire entre le débit volumique et l'énergie venant du gaz. Si vous voulez saisir la valeur en Nl / h, réglez la valeur de la pression à 1 bar.
f) Humidité relative :
L'humidité relative du gaz n'est généralement une valeur prise pour la conception. Elle indique quel pourcentage de la teneur maximale possible en eau est atteint pour la température du gaz. La chaleur excessive du gaz saturé est ainsi donnée indirectement (si température du gaz = point de rosée).
2. Échangeur de chaleur
Les échangeurs de chaleur ont une très grande influence sur les performances du système de refroidissement. Les influences physiques fondamentales ne sont pas facile à représentées, ce qui explique que nous devons nous limiter à l'essentiel. Il est toujours supposé un refroidissement du gaz et donc une diminution du point de rosée d'env. 5°C, ce qui correspond au réglage usine du refroidisseur. La plage de mesure du point de rosée du refroidisseur comme c'est aussi le cas dans le programme de calcul est entre +2°C et +20°C.
2.1 Sélection des matériaux
Des échangeurs de chaleur en acier inoxydable, en verre duran ou en PVDF sont disponibles. La conductivité thermique diminue selon qu'on utilise de l'acier, du verre ou du PVDF. Du point de vue du système de refroidissement, il faut donc toujours opter pour un échangeur de chaleur en acier. Toutefois, votre application pourrait aussi contenir des gaz agressifs ce qui exclurait la version en acier : Dans ce cas, nous vous recommandons un échangeur de chaleur en verre. Les échangeurs de chaleur en PVDF sont particulièrement appropriés par rapport au verre du fait de leur haute stabilité mécanique.
La fiche technique de chaque refroidisseur vous informe sur les différents échangeurs de chaleur proposés, d'autres types de refroidisseurs sont disponibles sur demande.
2.2 Le comportement de l'échangeur de chaleur / indications de conception
L'efficacité d'un échangeur de chaleur dépend du type, des matériaux et des paramètres gazeux mentionnés ci-dessus de manière compliquée. Le principe de construction de l'échangeur de chaleur Bühler lui confère une grande stabilité du point de rosée sur une large plage de variation des paramètres gazeux et de leur fluctuation.
L'efficacité d'un échangeur de chaleur est généralement d'autant moindre qu'est moindre l'humidité relative ou la teneur en humidité du gaz. Cela signifie que l'efficacité diminue à mesure que la différence s'agrandit entre le point de rosée d'entrée et la température d'entrée du gaz. Le degré d'efficacité augmente par conséquent lorsque le point de rosée augmente. Le graphique ci-dessous doit donner une impression de la manière dont le point de rosée de sortie / la température de sortie est appliqué qualitativement via l'énergie de refroidissement. Il existe de même une dépendance avec le débit volumique.
On voit donc que la capacité de refroidissement maximale de l'échangeur de chaleur pour un gaz ayant un point de rosée d'entrée de 30°C (voir courbe marron du diagramme) est moindre que pour un gaz avec un point de rosée d'entrée de 65°C (voir courbe bleue du diagramme). Les échangeurs de chaleur en verre et en PVDF offrent une capacité de refroidissement moindre que ceux en acier inoxydable (voir courbes pétrole et magenta du diagramme).
La capacité de refroidissement maximale de l'échangeur de chaleur peut être définie par le biais des 3 paramètres température d'entrée du gaz, point de rosée d'entrée du gaz et pression du gaz à des fins pratiques. Le résultat est l'obtention du débit maximum de gaz séché.
L'effet de variations des paramètres gazeux est d'autant plus important que l'échangeur de chaleur est utilisé à la limite de puissance, ce qui se visualise par le biais des tangentes aux courbes sur le graphique ci-dessous. Nous vous recommandons en conséquence, pour avoir une grande stabilité du point de rosée de sortie, de ne solliciter l'échangeur de chaleur qu'à environ 60 à 80 % de sa puissance maximale. La capacité de charge peut être trouvée dans le tableau du programme de calcul.
Il faut aussi aborder rapidement la puissance limite de l'échangeur de chaleur. Pour des valeurs définies de température d'entrée de gaz, de point de rosée d'entrée de gaz et de pression du gaz, le débit volumique est déterminé pour lequel le point de rosée de sortie se situe au maximum 2 K au-dessus du point normalisé. Les valeurs définies se déterminent à partir du cas d'utilisation habituel et sont les suivantes :
Refroidisseur Peltier TC-Standard
Te = 70°C et τe = 40 °C pour p = 1 bar
Refroidisseur à compression EGK
Te = 90°C et τe = 65 °C pour p = 1 bar
Lors de la détermination des trois paramètres, on peut définir le débit maximum qui est donné pour l'échangeur de chaleur dans les fiches techniques. Comme conséquence du comportement de l'échangeur de chaleur démontrée dans les explications ci-dessus, le débit maximum a une autre valeur selon les valeurs de température d'entrée, de point de rosée d'entrée et de pression.
Lors de l'utilisation du programme, vous n'avez besoin de tenir compte de ces considérations puisque le programme s'en charge.
2.3 Échangeur de chaleur double
Les échangeurs de chaleur doubles de Bühler vous donnent la possibilité, en relation avec un refroidisseur de type TC-MIDI, EGK 1SD, EGK 1/2 ou EGK 2A Ex, de refroidir deux voies de gaz avec un seul échangeur de chaleur. Vous pouvez ainsi par exemple, pour une capacité de refroidissement requise, au lieu d'utiliser deux TC-Standards, un EGK 1/2 ou un TC-MIDI avec échangeur de chaleur double (économie de coûts d'acquisition et de montage).
Les voies de gaz de l'échangeur de chaleur double sont complètement séparées du fait de la conception de l'appareil.
L'échange de la température des deux voies de gaz dans l'échangeur de chaleur double est faible. La variation de l'énergie gazeuse d'une voie de gaz sur toute (!) la plage de performance de l'échangeur de chaleurs n'a pour effet sur l'autre voie de gaz qu'une variation du point de rosée de sortie de 0,5 K maximum.
Comme, en général, les performances sont partagées sur les voies de gaz de manière équilibrée, les influences croisées restent sous 0,2 K et peuvent donc être ignorées pour un point de rosée de sortie de 5 °C.
2.4 Type d'échangeur de chaleur 2
Les échangeurs de chaleur de type 2 ont été spécifiquement développés pour mesurer les émissions. Pour les séries de refroidisseurs à lixiviation optimisée, qui se caractérisent par un „+“ dans leur nom de modèle, ces échangeurs de chaleur sont disposés en série. Cette configuration garantit une lixiviation nettement moindre des composants solubles dans l'eau en comparaison avec les échangeurs de chaleur standards.
2.5 Que faire lorsque l'échangeur de chaleur est sursollicité ?
Une solution simple est de disposer deux ou plus d'échangeurs de chaleur en parallèle. Cette possibilité n'est valable que pour les échangeurs de chaleur standard et non pour les échangeurs de chaleur dits de type 2. Une connexion en série de deux échangeurs de chaleur standards ne conduit pas à une solution avec un point de rosée stable car le premier échangeur de chaleur doit se charger de la plus grande partie du refroidissement. Le deuxième échangeur de chaleur ne travaille qu'avec un point de rosée d'entrée moindre, ce qui, comme indiqué plus haut, entraîne un plus grand manque d'efficacité ainsi que des variations du point de rosée plus importantes. Dans le cas d'une disposition en parallèle, des échangeurs de chaleur standards, la capacité de refroidissement requise est partagée de manière équilibrée entre les deux échangeurs de chaleur et ils travaillent avec une sollicitation moindre entraînant une meilleure stabilité du point de rosée.
3. Refroidisseur de gaz
L'entreprise Bühler Technologies GmbH propose des refroidisseurs de gaz partagés sur deux gammes de produits. Ce sont les refroidisseurs Peltier de la série TC ainsi que les refroidisseurs à compression de la série EGK. Les principes de refroidissement des deux familles de produit ont en commun que la capacité de refroidissement disponible diminue lorsque la température ambiante augmente.
C'est la raison pour laquelle la température ambiante maximum sur le lieu d'installation du refroidisseur est un paramètre annexe important pour votre réflexion. Ce qui est déterminant pour la température ambiante requise dans le programme de calcul du refroidisseur c'est la température de l'air ambiant aspiré par le refroidisseur.
Comme exemple, on présume d'un refroidisseur intégré dans une armoire d'analyse. C'est la température au sein de l'armoire qui est ici déterminante et non la température en dehors de l'armoire.
C'est la raison pour laquelle il vous faut aussi prendre le chapitre 3.4 Instructions de montage.
La classe de puissance d'un refroidisseur est déterminée par sa puissance nominale. La puissance nominale doit être définie comme la capacité de refroidissement pour une température ambiante donnée. Les valeurs de la puissance nominale peuvent être obtenues à partir de la fiche technique spécifique de chaque refroidisseur.
Le tableau des résultats contient deux éléments « Capacité maximum de refroidissement » et « Lixiviation minimum ». Les refroidisseurs correspondants y sont évalués à partir des paramètres saisis. Pour les refroidisseurs dont les performances sont optimisées, les effets possibles de la lixiviation jouent un rôle secondaire, alors que pour les refroidisseurs ayant des effets de lixiviation minimum, on s'est efforcé de satisfaire les exigences de la norme DIN EN 15267-3. Pour réaliser une conception pour laquelle la lixiviation est minimale, les paramètres « matériaux échangeur de chaleur » « PVDF » ou « verre », « nombres de voies de gaz » doivent être réglés sur « 1 » et le « nombre d'échangeurs de chaleur » sur « 2 ».
3.1 Refroidisseur de gaz Peltier
Ces refroidisseurs sont très compacts et conçus pour un type spécifique à une ou deux voies de gaz. Les échangeurs de chaleur sont disponibles en acier inoxydable, en verre Duran et en PVDF. En raison du principe de refroidissement, ils sont conçus pour des performances et températures ambiantes moyennes. Ils sont de ce fait moins chers que les refroidisseurs à compression. La plage principale d'application couvre pour les flux gazeux de jusqu'à 150 Nl / h pour des températures de gaz allant jusqu'à 70 °C et un point de rosée d'entrée de 40 °C.
Les refroidisseurs de gaz Peltier sont équipés d'un contrôle spécifique pour augmenter les performances, le contrôle Delta-T. Un point de rosée de sortie de 5 °C n'est pas requis pour toutes les applications. Un point de rosée plus élevé est suffisant pour certaines applications. Pour d'autres applications, un point de rosée de sortie stable n'est pas important, il suffit que le gaz soit sec et que le point de rosée de sortie présente une différence de température suffisante par rapport à la température ambiante.
Le point de rosée de sortie est contrôlé par le contrôle Delta-T pour être en-dessous de la température ambiante actuelle. Ceci permet d'étendre la puissance de refroidissement aux limites de l'échangeur thermique. Il faut noter ici que le point de rosée de sortie varie avec la température ambiante et qu'il ne faut pas s'appuyer sur un point de rosée stable pour la mesure. Les diagrammes ci-dessous indiquent clairement ces corrélations. Les différences concernant la capacité de refroidissement fournie sont présentées dans le diagramme supérieur comme une fonction de la température ambiante. On compare ici l'évolution d'un point de rosée réglé à 10 °C par rapport à une différence de température de 15 K ou 30 K (Delta-T). Le diagramme ci-dessous montre les différents points de rosée résultants.
3.2 Refroidisseur à compression
Les refroidisseurs à compression de la série EGK sont dans une classe de puissance supérieure à celle des refroidisseurs Peltier et ils sont aussi appropriés pour des températures ambiantes plus élevées allant jusqu'à 50°C. Pour les refroidisseurs de la série EGK, il existe des échangeurs de chaleur simples comme les échangeurs de chaleur doubles (deux voies de gaz dans un même échangeur de chaleur) en acier inoxydable, en verre Duran et en PVDF (au choix, voir chapitre « Échangeur de chaleur »).
3.3 Indications concernant le tableau des résultats ?
Généralement, les refroidisseurs travaillent parfaitement lorsqu'ils sont sollicités à 100 % pour des paramètres maximum (sollicitation, voir tableau dans programme de calcul). Pensez cependant que certaines circonstances extrêmes peuvent se produire dans votre système, notamment au niveau de la température ambiante. Vous devriez donc prévoir une marge de sécurité d'env. 20 % pour les pics de température et pour un éventuel encrassement (voir chapitre « 3.4 Instructions de montage »).
3.4 Instructions de montage
Comme évoqué précédemment, la capacité de refroidissement disponible dépend de la température de l'air aspiré. C'est pourquoi, au montage, une entrée d'air plus froid doit si possible être garantie. Une ventilation suffisante doit être assurée notamment en cas d'installation dans une armoire fermée. Un circuit d'air entre la sortie d'air du refroidisseur et l'entrée d'air doit être évité. Cela implique que l'entrée et la sortie d'air doivent se faire sans entrave. Les obstacles devraient en conséquence se trouver à au moins 10 cm, voire plus loin, des ouvertures d'entrée et de sortie.
Lors du fonctionnement, il se peut, notamment dans des environnements très poussiéreux, que de la poussière se dépose sur le passage d'air du refroidisseur. La capacité de refroidissement en est alors diminuée. Nous vous recommandons à ce propos d'installer le refroidisseur de manière à ce les lamelles des surfaces de refroidissement à air puissent être régulièrement nettoyées au moyen d'air comprimé ou en utilisant une balayette.
3.5 Que faire lorsque le refroidisseur est sursollicité par l'application ?
1) Abaissement de la température ambiante (par ex. par ventilation forcée de l'armoire d'analyse)
2) Abaissement de la capacité de refroidissement requise :
a) par abaissement des débit volumiques
b) par utilisation d'un refroidissement préalable (contactez-nous le cas échéant)
c) par utilisation du contrôle Delta-T (uniquement pour les refroidisseurs de gaz Peltier)
d) par augmentation du point de rosée de sortie (seulement efficace pour les refroidisseurs de gaz Peltier)
4. Accessoires
Pour un nouveau traitement du gaz de mesure, nous proposons, selon le type de fonctionnement du système de traitement, des pompes à gaz de mesure comme stimulant ou des capteurs d'humidité et des filtres pour la sécurité du processus. Concernant la dérivation de condensat, nous proposons des dérivateurs de condensat automatiques ou des pompes péristaltiques. Ces accessoires peuvent être intégrés ou montés dans certains refroidisseurs.
Veuillez à cet effet respecter les indications présentes dans les fiches techniques des différents refroidisseurs ainsi que les fiches techniques d'accessoires dans notre catalogue ou sur notre site Internet.