Systèmes de refroidissement Bient, refroidisseurs à recirculation, systèmes de refroidissement liquide-liquide Il existe tellement de technologies de refroidissement différentes que la sélection d’une technologie peut être une tâche ardue. Ce guide détaillé simple décrit les différents types de systèmes de refroidissement disponibles et explique comment choisir le produit le mieux adapté à votre application.
Considérations relatives au choix d'un système pour votre application
Le premier critère consiste à déterminer si vous avez besoin d'un contrôle de température précis ou d'une capacité de refroidissement en dessous de la température (de l'air) ambiante. Si vous pouvez répondre « non » à ces deux questions, vous recherchez un système de refroidissement qui éliminera simplement la chaleur brute. La solution la plus économique est un système de refroidissement ambiant.
Les principaux inducteurs de coût pour les plaques froides en aluminium, après ceux mentionnés ci-dessus, sont le temps d'usinage et les étapes de traitement supplémentaires. Les fabricants de plaques froides ont généralement un coût associé au temps d'usinage qui couvre les coûts d'amortissement de la machine, l'énergie, les fournitures et la maintenance. Par conséquent, plus le temps d'usinage se prolonge, plus la plaque de refroidissement sera chère. Le coût augmente à chaque étape de traitement supplémentaire.
Systèmes de refroidissement ambiant
Un système de refroidissement ambiant est le système de refroidissement le plus simple et le plus économique qui soit. Il contient un échangeur de chaleur, un ventilateur, une pompe et un réservoir, dans un boîtier compact. La pompe fait circuler le fluide dans votre système et de nouveau vers l'échangeur de chaleur, et le ventilateur souffle de l'air ambiant à travers l'échangeur de chaleur pour refroidir le liquide.
Il n'existe aucun circuit de contrôle de température. Un système de refroidissement ambiant ne maintient donc pas de température prédéfinie. Dans la mesure où l'air ambiant assure le refroidissement, la température ambiante est la limite inférieure pour la température de sortie du fluide.
D'une apparente simplicité, les systèmes de refroidissement ambiant sont pourtant conçus pour une capacité maximale. La compréhension approfondie des performances de l'échangeur de chaleur du fabricant du système de refroidissement permet de faire correspondre les performances de débit de liquide et de débit d'air pour dégager les capacités de refroidissement optimales du système. La plomberie est conçue pour garantir un niveau élevé de fiabilité et les composants sont soigneusement sélectionnés pour éviter tout problème de corrosion galvanique. En outre, le système de refroidissement ambiant standard est extrêmement facile à utiliser. Il suffit de connecter les raccords d'admission et d'évacuation de fluide à votre équipement, de remplir le réservoir et de le mettre en marche !
Et si vous aviez besoin de contrôler la température ou de la refroidir en dessous de la température ambiante ? Les refroidisseurs à recirculation et les systèmes liquide-liquide constituent tous deux d'excellentes alternatives.
Refroidisseurs à recirculation
Les refroidisseurs à recirculation permettent un contrôle précis de la température (dans les limites de 0.1°C) et son refroidissement en dessous de la température ambiante. Ils sont silencieux, couvrent un large éventail de capacités de refroidissement et sont disponibles avec de nombreuses options différentes et fonctionnalités supplémentaires. Les refroidisseurs à recirculation sont compacts, silencieux et faciles à installer.
Les refroidisseurs à recirculation utilisent un fluide frigorigène pour le refroidissement. Ils fonctionnent de manière similaire à votre réfrigérateur ménager, sauf qu'ils refroidissent l'eau à la place de l'air. Le circuit d'eau de procédé comprend un évaporateur, un réservoir et une pompe. L'eau est refroidie par le fluide frigorigène lorsqu'elle passe dans l'évaporateur. De l'autre côté de l'évaporateur, le fluide frigorigène s'évapore pour refroidir l'eau, puis passe dans un compresseur et un condenseur, rejetant la chaleur dans l'air ambiant.
Lorsque les charges thermiques augmentent, les refroidisseurs peuvent entraîner une surcharge du système de climatisation de la salle lorsqu'ils rejettent la chaleur perdue dans l'environnement ambiant. Une option consiste à utiliser un refroidisseur avec un condenseur refroidi par liquide. Dans ce cas, le fluide frigorigène est refroidi par l'eau réfrigérée en usine au lieu de l'air, rendant ainsi le refroidisseur plus silencieux et évitant les problèmes de réchauffement de la salle.
Une autre alternative pour les charges thermiques élevées est un système de refroidissement liquide-liquide.
Systèmes de refroidissement liquide-liquide (LCS)
Un système de refroidissement liquide-liquide refroidit en dessous de la température ambiante et garantit une stabilité de température similaire à un refroidisseur à recirculation. Au lieu de rejeter la chaleur perdue dans la salle, il la transfère vers l'eau d'installation réfrigérée via un échangeur de chaleur liquide-liquide.
Le circuit côté procédé est complètement isolé de l'eau d'installation, protégeant ainsi votre équipement des variations de température, du débit de l'eau d'installation et de tous les contaminants susceptibles d'être présents. Dans la mesure où l'eau d'installation assure le refroidissement, la température de l'eau d'installation est la limite inférieure pour la température de sortie du fluide.
Les systèmes de refroidissement liquide-liquide sont prisés pour les applications à charge thermique élevée car ils sont compacts, environ 1/3 la taille d'un refroidisseur à base frigorigène de capacité similaire. Sans compresseur, ils sont également très silencieux et économes en énergie.
Refroidisseur à recirculation ou système de refroidissement liquide-liquide ?
Pour les charges thermiques faibles, les refroidisseurs à recirculation sont généralement la solution la plus simple car l'installation est très simple. À des charges thermiques élevées, les systèmes de refroidissement liquide-liquide sont plus économiques. Cependant, leur utilisation est limitée aux situations où l'eau d'installation réfrigérée est disponible. La nécessité de les plomber en eau d'installation peut affecter les emplacements où ils peuvent être utilisés et la portabilité de l'équipement.
Si vous disposez de charges thermiques élevées et avez besoin de rejeter la chaleur dans l'eau d'installation, le choix entre un LCS et un refroidisseur à recirculation avec un condenseur refroidi par eau dépend de votre température de consigne. Si votre température de consigne est supérieure à votre température d'eau d'installation maximale, un LCS est plus économique. Cependant, si vous nécessitez un refroidissement proche de ou inférieur à la température de l'eau d'installation, vous aurez besoin d'un refroidisseur basé sur un fluide frigorigène avec un condenseur refroidi par eau.
Sélection d'un système de refroidissement modulaire
Évaluer le système dont vous avez besoin
Les performances du MCS sont présentées comme Q/ITD par rapport au débit. Q correspond à la charge thermique et ITD correspond à la différence de température initiale, ou différence entre la température d'entrée du liquide MCS et la température de l'air ambiant.
Pour choisir le système MCS approprié, vous devez d'abord déterminer la valeur Q/ITD. Ensuite, à l'aide du graphique de performances MCS, tracez une ligne horizontale sur la valeur Q/ITF calculée. Enfin, vérifiez que la pompe garantira un débit suffisant.
Exemple :
Un laser produit 700 W de chaleur perdue. La température de l'eau quittant le laser doit être inférieure à 35°C. La température de l'air ambiant est de 20°C. L'équipement laser requiert un débit d'au moins 1 gpm. Quel système MCS doit être choisi ?
Tout d'abord, déterminez Q/ITD Q/ITD = 700 W/35°C-20°C) =46,7W/°C
À partir du graphique de performances thermiques, vous pouvez voir que pour les débits supérieurs à 0,5 gpm, le modèle MCS20 offrira des performances adéquates. La pompe BB standard offre un débit de 1,3 gpm et fonctionnera donc bien. Si vous considérez une autre pompe, utilisez le calcul de débit de pompe pour vérifier qu'avec la chute de pression donnée, le débit sera suffisant.
Sélection d'un système de refroidissement liquide-liquide
Comment calculer le système de refroidissement liquide-liquide qui convient à votre application ?
Dans la plupart des applications de refroidissement liquide-liquide, nous avons connaissance de la température de l'eau de l'installation (TF), de la température de référence souhaitée du processus (TP), du débit à travers le processus (P) et de la charge thermique du processus, Q.
Pour déterminer la capacité requise, Q/ITD, nous devons d'abord calculer le changement de température, ΔT, à travers le processus. Nous pouvons le faire soit en résolvant l'équation de la capacité thermique :
soit en utilisant les graphiques de capacité thermique disponibles dans notre Guide de référence thermique.
Ensuite, nous calculons Q/ITD pour trouver la capacité de refroidissement nécessaire. Q est la charge thermique du procédé. ITD, la différence de température initiale, est la différence de température entre l'eau de retour chaude, (TP+ ΔT) et l'eau froide de l'installation (TF).
Enfin, consultez les courbes de performance du système de refroidissement liquide (LCS) pour déterminer le débit du processus de l'installation nécessaire pour atteindre le Q/ITD calculé.
Exemple de calcul de système de refroidissement liquide-liquide
Un four à refusion de soudure nécessite un réglage de processus de référence de 20 °C. La charge thermique est de 10 kW et le débit d'eau de traitement est d'environ 5 gpm. L'eau de l'installation est à 10 °C.
En utilisant les graphiques de capacité thermique, nous trouvons que la valeur ΔT à travers le procédé est à environ 7,6 °C pour la condition 10 kW à 5 gpm.
Nous pouvons à présent résoudre Q/ITD comme suit :
En se référant au graphique de performance du LCS, on peut voir qu'un débit de l'installation supérieur à 2 gpm permettra d'atteindre les performances requises.
Conclusions pour choisir un système de liquide
En définitive, la capacité de refroidissement requise, la stabilité de la température, la température de consigne et la disponibilité de l'eau de refroidissement de l'installation dictent le système à utiliser. Pour obtenir de l'aide dans le choix d'un système de refroidissement, contactez nos ingénieurs en conception thermique pour discuter de vos exigences applicatives spécifiques. En fonction des renseignements fournis comme votre charge thermique et le débit souhaité, ils recommanderont même un produit adapté. 
