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Dimensionnement circuit chauffe/refroidissement plaque alluminium pour traitement thermique



  1. #1
    mlebreton

    Dimensionnement circuit chauffe/refroidissement plaque alluminium pour traitement thermique

    bonjour à tous, voici mon petit sujet que j'espère très intéressant.
    je travaille actuellement sur l'amélioration d'un process de traitement thermique de pièces type condensateur électrique: chauffe et mise au vide d'une enceinte alumiminum contenant les condensateurs.
    le problème de la techno utilisé est le temps de cycle très important :
    5h10 pour traiter 50 éléments :
    - 1h de chauffe pour monter l'ensemble de 25 à 150°c
    - 2h30 de régulation à 150° et mise au vide (=> cycle utile)
    - 1h40 de refroidissement pour attendre 25°:
    le tps réellement utile est de 2h30 sur 5h10. je souhaiterai optimiser la chauffe et le refroidissement=> perte de temps
    l'équipement est composé d'une plaque alumimium de dimension 750x550x40 mm (masse :39Kg) dans laquelle 6 résitances chauffantes = 6 x 1kw chauffe la plaque.
    Sur cette plaque est déposé une enceinte (masse : 70Kg) en aluminium composé d'une embase et d'un couverle dans lesquels sont disposé les éléments à traiter. la chauffe des élements est réaliser par conduction : chauffe de la plaque, qui chauffe l'enceinte et qui chauffe les éléments.
    le refroidissement est réalisé pour un ventilateur tangentiel qui brasse un volume d'air sous la plaque chauffante qui comporte un radiateur à ailette.(air capté dans l'atelier à 25° et refoulé via une cheminé dans l'atelier également)
    mon idée première pour diminuer la chauffe était d'augmenter la puissance de chauffe (passer de 6 à 9 ou 12Kw).
    Pour le refroidissement c'était d'intégrer un refroidissement avec une boucle d'eau dans la plaque.
    Etant donné que j'intègre un serpentin pour le refroidissement, je pourrai utilisé ce même serpentin pour chauffer.
    c'est pourquoi je me tourne vers un système intégrant un serpentin dans ma plaque d'aluminium (idem process moule injection) dans lequel circule de l'eau issue d'un thermo-réfrigérateur (système qui fait du chaud et du froid). j'ai trouvé des fournisseurs.
    ma question est la suivante :
    connaissez vous ces équipements?fiabilité?bilan énergétique? vais-je vraiment gagner en temps de chauffe et refroidissement? comment dimensionner mon serpentin : diam/débit d'eau/longeur...
    comment estimer les gains sur mon temps de cycle?

    Merci pour vos retours d'expérience.

    -----

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  3. #2
    verdifre

    Re : Dimensionnement circuit chauffe/refroidissement plaque alluminium pour traitement thermique

    bonjour,
    j'ai pas encore vu la piece jointe, pas encore validée, mais ne peux tu pas envisager de mettre tes dondensateurs dans un panier pour les mattre dans le four et les sortir du four.
    le four étant en temperature, il est pret pour un autre cycle
    fred
    On ne vient pas de nulle part et il serait souhaitable qu'on n'aille pas n'importe où !

  4. #3
    mlebreton

    Re : Dimensionnement circuit chauffe/refroidissement plaque alluminium pour traitement thermique

    les éléments à traiter doivent rester sous vide pendant la phase de transfert vers l'étape suivante. le but du traitement thermique est d'évacuer l'eau des éléments (ppm H2O très faible) => pas envisageable d'ouvrir l'enceinte pour évacuer les éléments à l'air lilbre.
    nous le faisons dans une boite à gang sous atm azote.

  5. #4
    Zozo_MP

    Re : Dimensionnement circuit chauffe/refroidissement plaque alluminium pour traitement thermique

    Bonjour

    Si le système tel que vous le dérivez n'a pas d'autre éléments d'isolations et de refroidissements : c'est certain que l'on peut faire beaucoup mieux. Vos idées sont en parties bonnes mais tant qu'à modifier le processus autant faire des modifications plus radicales.

    quelques suggestions :
    1°) le chauffage
    1.a) Faire un chauffage en sandwich avoir un seconde plaque de chauffage sur le couvercle identique à celle actuellement située sous l'enceinte.
    1.b) Isoler les flancs en mettant des bas flancs isolant qui recouvrirons également les cotés des plaques chaufantes inférieures et supérieures.
    Nota : utiliser de l'eau chaude ou de la vapeur pour le chauffage ne me paraît être très efficace par rapport à la difficulté de mise en oeuvre.

    2°) Refroidissement. Procéder en deux phases
    2.a) Mettre des serpentins dans la plaque de chauffages ou ce qui serait beaucoup mieux, glisser-déplacer l'enceinte et le couvercle sur deux plaques déjà refroidies (une en dessous et une au dessus)

    Remarque : Cela vous éviteras comme Fred le fait remarquer de refroidir des plaques chauffantes pour les refaire chauffer après.
    En plus vous pourrez avoir des morceaux de process en recouvrement de phases ce qui vous fera gagner encore du temps.

    2.b) Ces deux plaques sont à refroidissement par eau fraiche ou froide (selon vos moyens). Pour la première phase dite à refroidissement rapide.
    2.c) Pour la deuxième phase du refroidissement (seulement si vous craignez de la condensation) retirez les bas flancs et utilisez des ventilateurs en compléments.
    Nota: Il faut que l'eau soit sous pression et à vitesse de circulation importante pour éviter le plus possible la vaporisation (150° après la phase utile) pendant les premières minutes du refroidissement.

    Cordialement

  6. #5
    verdifre

    Re : Dimensionnement circuit chauffe/refroidissement plaque alluminium pour traitement thermique

    bonjour,
    ce que je ne comprend pas, c'est pourquoi attendre d'etre descendu a 25 °C pour evacuer les composants.
    la mecanisation du chargement dechargement du four, permettrait à celui ci de rester en temperature et d'avoir un temps de cycle minimum.
    energetiquement, faire des cyles de chauffage refroidissement sur une masse de 100 kg , c'est couteux
    fred
    On ne vient pas de nulle part et il serait souhaitable qu'on n'aille pas n'importe où !

  7. A voir en vidéo sur Futura
  8. #6
    mécano41

    Re : Dimensionnement circuit chauffe/refroidissement plaque alluminium pour traitement thermique

    Bonjour à tous,

    Une idée en passant, qui consiste à ne pas chauffer / refroidir la totalité des masses en présence. Ce croquis ne montre qu'un principe.

    La boîte en alu est relativement mince (mais tenant néanmoins au vide) ; pour être chauffée ou refroidie, elle est posée sur une sole chauffante ou réfrigérante et une autre sole similaire est posée dessus. En fin de chauffage / mise sous vide, la boîte (toujours fermée) est transférée au poste de réfrigération pendant que la boîte nouvellement chargée et froide va se faire chauffer.

    Il faudrait voir, avec quelqu'un qui sait, l'incidence des plans de joints dans ces opérations et les masses à donner aux soles (voir également si les soles supérieures sont utiles - si c'est non le 3ème poste devient inutile)

    Inconvénient : la largeur de l'ensemble. Si seul le chargement / déchargement doit s'effectuer par les ronds de gants de la BàG, la maintenance s'effectuant BàG ouverte, la largeur ne gêne pas. Si, au contraire, la BàG ne peut jamais être ouverte (comme dans le nucléaire par ex.) alors cette disposition me paraît difficile à réaliser en raison des distances d'accès...

    Cordialement
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  10. #7
    mlebreton

    Re : Dimensionnement circuit chauffe/refroidissement plaque alluminium pour traitement thermique

    merci pour vos réponses. le sujet n'est pas simple car j'ai beaucoup de contraintes produit/process.
    pour la chauffe :
    pour répondre à zozoMP, concernant l'isolation:j'ai prévue d'isoler l'ensemble dans un caisson, ton idée d'isoler les flans est bonne => je concentre la conduction sur la face en contact de l'enceinte. concernant ta remarque sur la complexité de chauffer à l'eau, je comprends mais je vois mal avoir dans une plaque ou un sandwich
    à la fois des résistances éléctriques et un serpentin d'eau! pendant la chauffe l'eau va chauffer également => hausse pression !!! à moins de vider le serpentin avant de lancer la chauffe.
    pour le refroidissement :
    pour répondre à Fred, je dois attendre 25° car l'évacuation et le transfert de l'enceinte vers la BAG pour l'étape suivante est manuel, je ne dois pas avoir de risque de brûlure, de plus le produit doit être à 25° pour subir l'étape suivante dans le process.
    En effet évacuer l'enceinte pour la disposer sur 1 autre poste disposant de plaque déjà froide serait le mieux => mais nécessite d'automatiser cette étape car risque brûlure pour opérateur si opératin manuelle. mais ça vaut vraiment le côut de s'y pencher car comme le dit Fred, chauffer/refroidir 100Kg à chaque cycle va être coûteux en énergie. je vais faire un bilan énergétique des 2 solutions pour mettre en évidence le gain économique qui pourra amortir l'investissement dans un sytème de transfert automatique.
    concernant le recouvrement de phase pour le gain de temps, pour vous donnez une idée aujourd'hui si nous ne trouvons pas de solutions pour baisser le tps de cycle => j'ai besoin d'une vingtaine de stations de chaud/froid (avec cycle à 5h10) pour assurer le capacitaire de 1 éléments / 15 sec.
    j'ai un peu près 50 éléments / enceinte => débit enceinte 12 min
    c'est une usine a four que nous allons mettre en place.
    Mick

  11. #8
    mécano41

    Re : Dimensionnement circuit chauffe/refroidissement plaque alluminium pour traitement thermique

    Lorsque tu dis "les éléments à traiter doivent rester sous vide pendant la phase de transfert vers l'étape suivante...", l'étape suivante s'effectue où? Dans la même BàG? Et elle consiste en quoi? Faut-il prendre le contenu de la boîte sans communiquer avec l'atmosphère de la BàG?

    S'il y a plusieurs opérations, on peut envisager de transformer le dispositif de mon croquis du message #6 en un autre ayant un mouvement rectiligne sur plusieurs postes, avec retour des boîtes pas le dessous. On doit même pouvoir chauffer sur deux postes successifs (et refroidir idem) ce qui permet de chauffer une boîte pendant 2T min en sortant une boîte toutes les T min (le temps de transfert d'un poste à l'autre n'est pas suffisant pour que ça refroidisse).

    Cordialement

  12. #9
    mlebreton
    Le process TTH n'est pas réalisé en BAG. l'ouverture de l'enceinte après TTH est réalisé dans la BAG de l'étape suivante.
    dans le local TTH (hors BAG) je charge mes éléments dans mon enceinte, je ferme l'enceinte avec le couvercle (bridage mécanique du couvercle) ensuite à l'aide d'un chariot manipulateur, je charge mon enceinte sur ma plaque chauffante (situé dans un caisson). je raccorde la tuyauterie de vide sur le raccord rapide du couverlce et je lance le cycle : chauffe/régulation+vide/refroidissement
    à la fin de mon cycle, je ferme la vanne de vide présent sur mon couvercle, je débranche la tuyauterie de vide et j'évacue l'enceinte toujours avec le couvercle dessus. je transfert l'enceinte vers ma BAG qui est situé dans un local ATEX. et c'est une fois l'enceinte dans la BAG que j'ouvre le couvercle (la BAG est opéré sous azote).
    j'espère que c'est plus claire. dans la BAG il y a une étape d'imprégantion des condensateurs.

    j'ai regardé votre schéma, l'idée est intéresante mais il ne faut pas oublier que je fais le vide en continue dans mon enceinte pendant toutes la durée de la régulation : du début du cyle jusqu'au début du refroidissement. il faudrait imaginer une connectiont ype biberon en automatique sur l'enceinte avec pilotage electrovanne de vide qui remplacerait ma vanne manuelle. mettre l'ensemble en rotation!!!!

    j'ai regardé les temps de chauffe et refroidissement en optimisant la masse de mon ensemble plaque/enceinte pour dimiunuer le tps de chauffe et refroidissement et avec une puissance de chauffe de 9 Kw je chaufferai la plaque (35 kg) + enceinte (35 kg) en 15 min au lieu de 60 min aujourd'hui. concernant le refroidissement avec 13 Kw de froid je passe de 90 min à 10 min de refroidissement.
    (mais calcul sont peut-être à vérifier)
    le gain à l'année au niveau énergie de ne pas chauffer/refroidir à chaque cycle la plaque est < à 4K€. donc je me pose la question de lancer un investissement sur un système indépendant chaud froid avec une transitique => côut?? + maintenance...

    je dois trouver un sytème me permettant de fournir 9kw de chaud et 13 kw de froid, et tout ça dans un serpentin bien dimensionner.

    petite question, les temps de monter en température seront-ils similaire avec 9 kw de résistance élec noyé dans ma plaque alu et 9 kw de chauffe générer par une eau chaude circulant dans un serpentin et issu d'un thermo régulateur?
    pour calculer les tps de chauffe et refroidissement; j'ai pris la simple formule : Tps de chauffe/refroidissement = (chaleur massique x masse x deltaT)/puissance thermique
    cette formule est applicable dans la réalité?

  13. #10
    verdifre

    Re : Dimensionnement circuit chauffe/refroidissement plaque alluminium pour traitement thermique

    bonjour,
    l'interet d'une resistance, c'est qu'elle te donnes les calories à la bonne temperature alors qu'avec un circuit fluide, l'echange dépend du deltaT.
    si tu veux monter rapidement en temperature, il faut un delta T important pour que les calories puissent s'echanger.
    avec une resistance, le nombre de calories echangées ne depend que de la puissance electrique.
    fred
    On ne vient pas de nulle part et il serait souhaitable qu'on n'aille pas n'importe où !

  14. #11
    mlebreton

    Re : Dimensionnement circuit chauffe/refroidissement plaque alluminium pour traitement thermique

    bien compris Fred.
    mais 9 kw de chauffe en résistance = même nombre de calories que 9 Kw de chauffe via un fluide?? non

  15. #12
    verdifre

    Re : Dimensionnement circuit chauffe/refroidissement plaque alluminium pour traitement thermique

    oui c'est le même nombre de calories, mais aprés il reste à savoir comment les echanger
    pour les echanger avec un fluide il faut un delta t
    si ton fluide est à 200° et que tu veux chauffer à 150° en partant de 25
    au debut tu va avoir un delta t de 175° , donc un transfert trés rapide, à la fin tu auras un delta t de 50° donc un transfert plus lent
    l'energie transferée sera la même , mais la puissance de chauffe ne sera pas constante. plus forte au debut qu'a la fin
    (bien sur a debit constant et temperature de fluide constante)
    fred
    On ne vient pas de nulle part et il serait souhaitable qu'on n'aille pas n'importe où !

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  17. #13
    mlebreton

    Re : Dimensionnement circuit chauffe/refroidissement plaque alluminium pour traitement thermique

    Très bien mais autrement quelqu'un a t'il de l'expérerience sur des installations thermo-réfrigérant ? j'ai consulté 2 sociétés : SELLA et Euro Chiller. c'est installation sont-elles fiables et facile d'utilisation = peu de maintenance.
    merci encore pour votre aide

  18. #14
    mlebreton

    Re : Dimensionnement circuit chauffe/refroidissement plaque alluminium pour traitement thermique

    bonjour,
    je relance mon appelle de la semaine dernière concernant votre expérience sur le matériel thermo-réfrigérateur, expérience sur le matériel ou sur une application. Merci de votre soutien.

  19. #15
    bougadul

    Re : Dimensionnement circuit chauffe/refroidissement plaque alluminium pour traitement thermique

    bonjour
    pour la chauffe ,a tu été explorer l'induction ?
    a moins que cela ne soit pas compatible avec tes produit .
    a+

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