- La charge thermique générée par le dispositif refroidi (Q)
- La température maximale acceptable du fluide quittant la source de chaleur (TOUT)
- Le débit de fluide disponible
- Les conditions ambiantes de fonctionnement (V)
Souvent, un fabricant d'équipement spécifiera la température de consigne et le débit du refroidisseur requis. Dans ce cas, le choix d'un refroidisseur à recirculation est simple. Marquez simplement l'intersection de la capacité de refroidissement souhaitée et de la température de consigne sur le graphique du refroidisseur. Tout refroidisseur dont la courbe de performance est supérieure ou égale à ce point fournira une capacité suffisante. Ensuite, utilisez le graphique de la pompe pour choisir une pompe qui satisfait au débit souhaité pour votre refroidisseur à recirculation.
Exemple 1
Un refroidisseur doit fournir 2 gpm à 20°C à un tube radiogène qui génère 2,000 W de chaleur. L'alimentation est de 60 Hz. En marquant ce point sur le graphique du refroidisseur, nous pouvons voir qu'un RC022 constituerait un choix approprié. En observant les courbes de la pompe, nous constatons qu'une pompe BE fournirait le débit nécessaire.
Si la charge thermique (Q) est connue, mais que le débit est inconnu, l'équation suivante peut être utilisée pour déterminer le débit souhaité.
Exemple 2
Une tête laser génère 2,000 watts (6,824 BTU/hr) de chaleur. La température du fluide ne doit pas dépasser 20°C (68°F). Avec un fluide de refroidissement d'eau, une puissance de 60 Hz, à une température de 20°C, quel est le refroidisseur à recirculation adéquat ?
À partir des graphiques de performance thermique (fig. 1), tracez une ligne horizontale au niveau de la charge thermique souhaitée (2000 W). Comme indiqué, le RC022 répondrait à cette exigence à 13°C (55°F). Il s'agit du TIN (la température quittant le refroidisseur à recirculation). Par conséquent, le calcul devient alors :
Ensuite, déterminez si le refroidisseur à recirculation peut satisfaire au débit souhaité. Comme indiqué sur le graphique de la pompe du système (fig. 2, la pompe volumétrique 1,3 gpm (standard sur le RC022) satisferait amplement le débit demandé.
Pour de plus amples informations sur notre gamme de refroidisseurs à recirculation, consultez notre section Refroidisseur à recirculation
Aspects clés des conditions environnementales et des conceptions de refroidisseurs ayant un impact sur la capacité de refroidissement totale
Les refroidisseurs à recirculation sont des systèmes de refroidissement de liquides réfrigérés utilisés dans de nombreux secteurs, notamment dans les domaines de l'instrumentation médicale, militaire, laser et analytique. Les refroidisseurs sont utilisés pour maintenir à une température constante un composant tel qu'une tête laser, un panneau de détection ou tout autre dispositif sensible à la température et/ou pour évacuer la chaleur résiduelle et empêcher la surchauffe des composants critiques.
Lors de la sélection d'un refroidisseur à recirculation, il faut tenir compte de plusieurs facteurs susceptibles d'affecter la capacité de refroidissement. Au nombre de ces facteurs figurent la température de l'air ambiant ou de l'eau de l'installation, la température de consigne du refroidisseur, le fluide de traitement, la maintenance du refroidisseur, etc. Les fabricants de refroidisseurs fournissent généralement des valeurs de capacité de refroidissement basées sur une température d'arrivée d'eau de 20 °C et une température ambiante de 20 °C. Cependant, que se passerait-il si la température ambiante est supérieure ou inférieure à 20 °C ? Que se passerait-il si le liquide de refroidissement est fourni au processus à 5 °C au lieu de 20 °C ? Que se passe-t-il si un liquide de refroidissement autre que l'eau est utilisé ? Dans quelle mesure toutes ces variations affectent-elles la capacité de refroidissement d'un refroidisseur ?
Refroidisseurs à recirculation et cycle de réfrigération
Pour comprendre les effets de ces facteurs sur la capacité de refroidissement d'un refroidisseur, il convient au préalable de comprendre comment celui-ci fonctionne. Un refroidisseur à recirculation basé sur un compresseur fonctionne en utilisant les propriétés de chaleur latente d'un réfrigérant pour retirer la chaleur d'un processus et la rejeter dans l'air ambiant ou dans l'eau de l'installation (voir Figure 1.). Pour transférer cette chaleur du processus à l'air ambiant ou à l'eau de l'installation, le système de réfrigération doit fournir une température du réfrigérant inférieure à la température du fluide du processus à refroidir. Plus tard dans le processus, le système doit élever la température du réfrigérant à un niveau supérieur à la température du fluide utilisé pour rejeter la chaleur.
Un refroidisseur est un système complexe, dont les composants de base sont le compresseur, le condenseur, le détendeur thermostatique (TXV) et l'évaporateur. Au niveau du compresseur, le réfrigérant provenant de l'évaporateur est comprimé pour passer d'un gaz saturé à un gaz à haute pression et à haute température. Ce gaz désormais chaud passe par le condenseur, où il est refroidi et condensé en un liquide saturé par rejet de la chaleur dans l'air ambiant plus froid (condenseur refroidi à l'air) ou dans l'eau de l'installation (condenseur refroidi à l'eau). Le réfrigérant passe ensuite par le TXV, à travers lequel sa pression et sa température baissent considérablement. La température du réfrigérant est alors inférieure à celle du fluide de traitement et, par conséquent, la chaleur est transférée du fluide de traitement au réfrigérant, ce qui entraîne son évaporation en un gaz à basse pression. Le cycle est à nouveau répété lorsque le gaz retourne vers le compresseur.
Le condenseur et l'évaporateur sont des échangeurs de chaleur qui transfèrent la chaleur d'un milieu à un autre. Dans le cas d'un condenseur refroidi par air, un échangeur de chaleur liquide-air à tubes en cuivre et à ailettes en aluminium est généralement utilisé pour rejeter la chaleur du gaz réfrigérant chaud dans l'air ambiant. Un condenseur refroidi par eau, quant à lui, utilise un échangeur de chaleur liquide-liquide pour transférer la chaleur du gaz réfrigérant chaud à l'eau de l'installation. En ce qui concerne l'évaporateur, un échangeur de chaleur liquide-liquide est généralement utilisé pour transférer la chaleur du fluide de traitement au réfrigérant. Les performances d'un échangeur de chaleur dépendent de nombreux facteurs, notamment le fluide de traitement utilisé, les températures du fluide entrant, les débits, les matériaux de construction et la conception de l'échangeur de chaleur. Tous les autres facteurs étant égaux, la force motrice du transfert de chaleur d'un fluide à un autre est la différence de température du fluide entrant.
Ambient Air and Facility Water Temperature Effect
La température de l'air ambiant ou de l'eau de l'installation joue un rôle important dans la capacité de refroidissement d'un refroidisseur. Pour que le condenseur rejette la totalité de la chaleur (charge thermique du processus plus chaleur de compression) dans l'air ambiant ou l'eau de l'installation, la différence de température entre le gaz réfrigérant chaud et l'air ambiant ou l'eau de l'installation doit être suffisante. For example, Boyd chillers typically operate at condensing temperatures between 32.2°C (90°F) and 43.3°C (110°F) and reject heat to 20°C (68°F) ambient air or 24°C (75°F) facility water (Figure 2). Les condenseurs refroidis à l'eau peuvent rejeter la même quantité de chaleur à une température plus élevée que celle de l'eau de l'installation, car l'eau est un bien meilleur fluide de transfert de chaleur que l'air et ne nécessite pas un différentiel de température aussi important entre les deux fluides entrants.
Au fur et à mesure que la température de l'air ambiant ou de l'eau de l'installation augmente, la capacité du condenseur du refroidisseur à transférer la chaleur de processus du réfrigérant à l'air ambiant ou à l'eau de l'installation est réduite, entraînant des pressions de condensation plus élevées qui pourraient entraîner une réduction des performances du système. Par conséquent, si le refroidisseur à recirculation est exposé à des températures ambiantes supérieures à 20 °C, des calculs de dimensionnement doivent être effectués pour déterminer la capacité de refroidissement requise. De même, si la température ambiante diminue, les performances s'amélioreront en raison d'un différentiel de température initial plus important.
Lors du dimensionnement d'un refroidisseur, il est essentiel de connaître la température ambiante maximale ou la température de l'eau de l'installation afin de pouvoir sélectionner un refroidisseur ayant une capacité de refroidissement suffisante pour répondre aux besoins de votre application. Consultez un ingénieur d'application pour obtenir de l'aide sur le dimensionnement d'un refroidisseur.
Set Temperature Effect
Tout comme le condenseur, les performances de l'évaporateur diminuent si la différence de température d'entrée entre le réfrigérant liquide et la température de retour de l'eau de traitement est réduite. Cela se produit si le refroidisseur est réglé pour fonctionner à une température basse, par exemple 5 ;°C au lieu de 20 ;°C. La température de l'eau du processus de retour sera plus basse si la température d'alimentation du refroidisseur est plus basse et le différentiel de température pour le transfert de chaleur sera moins important. Les performances d'un refroidisseur diminuent lorsque la température de consigne diminue. De même, les performances du refroidisseur s'améliorent lorsque la température de consigne augmente jusqu'à la température maximale dans la plage de température recommandée (voir Figure 2).
Process Fluid Effect
Le fluide de processus utilisé dans le refroidisseur à recirculation a également un impact sur les performances. La capacité de refroidissement des refroidisseurs est généralement basée sur l'utilisation d'eau comme fluide de processus. Il est à noter que l'utilisation d'un fluide de processus autre que l'eau peut donc entraîner une capacité de refroidissement moindre. Par exemple, certains refroidisseurs à recirculation sont conçus pour être compatibles avec une polyalphaoléfine (PAO) comme fluide de processus. La PAO est généralement utilisée dans les applications militaires en raison de ses propriétés diélectriques et/ou de sa large plage de températures de fonctionnement. Cependant, tous les autres facteurs étant égaux, la capacité de refroidissement d'un refroidisseur à PAO sera inférieure à celle d'un refroidisseur à eau, car la PAO a une chaleur spécifique plus faible, une densité plus faible et une conductivité thermique plus faible que l'eau.
Chiller Operation and Maintenance Effect
L'entretien des condenseurs et des évaporateurs est un autre facteur qui affecte les performances des refroidisseurs. L'accumulation de poussière sur les condenseurs à air ou l'encrassement des tubes ou des passages d'écoulement sur les condenseurs ou évaporateurs à eau entraîne une diminution des performances du refroidisseur. Lorsque la poussière ou les débris s'accumulent sur les ailettes et les pales de ventilateur des condenseurs à air, ils limitent le débit d'air, ce qui entraîne une perte de la capacité de refroidissement du refroidisseur. Si le refroidisseur doit fonctionner dans un environnement poussiéreux ou sale, un entretien ou un nettoyage de routine doit être prévu et/ou le refroidisseur doit être surdimensionné. L'encrassement des condenseurs refroidis par eau en raison de la formation de tartre, de la corrosion et/ou de la croissance biologique due à la mauvaise qualité de l'eau peut également se produire. L'encrassement forme une couche isolante sur les parois internes des tubes qui entrave le transfert de chaleur entre le réfrigérant et l'eau, ce qui entraîne une détérioration de l'efficacité du refroidisseur. Il est possible de minimiser le risque d'encrassement en utilisant une eau propre contenant des inhibiteurs de corrosion. Voir notre note d'application « Mise au point du refroidisseur à recirculation : fonctionnement et entretien de votre équipement le plus froid » pour en savoir plus.
Autres facteurs
Dans quelques rares cas où un refroidisseur à recirculation d'air est situé à une altitude élevée, un air de densité plus faible affectera la capacité de refroidissement. Le débit massique étant égal au débit volumétrique multiplié par la densité, si la densité diminue, un débit volumétrique plus élevé doit être fourni par le ventilateur du condenseur afin de fournir la même capacité de refroidissement qu'au niveau de la mer. L'une des options consiste à surdimensionner le refroidisseur à recirculation pour s'assurer que les besoins en capacité de refroidissement sont bien satisfaits.
L'humidité est un autre facteur qui affecte les performances du refroidisseur lorsque la température du liquide de refroidissement du processus d'alimentation est inférieure au point de rosée ambiant. Dans ce cas, si les lignes du refroidisseur, l'évaporateur et la pompe ne sont pas isolés, de la condensation peut se former sur ces surfaces, entraînant une perte de capacité de refroidissement. La surface des métaux non traités peut également être endommagée par la corrosion. L'isolation est donc fortement recommandée.
Il est également nécessaire de garder à l'esprit qu'un refroidisseur 230 VAC 50 Hz a une capacité de refroidissement inférieure d'environ 17 % à celle d'un refroidisseur 230 VAC 60 Hz en raison de la fréquence plus lente à laquelle les moteurs de la pompe, du compresseur et du ventilateur tournent (figure 3).
Les performances d'un refroidisseur dépendent de la température de l'air ambiant ou de la température de l'eau de l'installation, de la température de consigne du refroidisseur, du fluide de processus, du fonctionnement et de l'entretien, et de bien d'autres facteurs. Il est essentiel de prendre en compte tous ces facteurs lors du choix d'un refroidisseur ainsi que lors de son utilisation. Cela permettra de garantir la durée de fonctionnement de l'équipement que le refroidisseur refroidit.
Veuillez consulter notre section sur les refroidisseurs à recirculation pour comparer les différentes options ou contactez notre équipe d'ingénieurs pour vous aider à déterminer la quantité de refroidissement dont vous avez besoin pour votre système.
