Un atelier de placage a augmenté le point de consigne de son bain de nickelage de 50 degrés à 55 degrés pour améliorer le taux de dépôt. L'équipe de production était satisfaite du placage plus rapide. L'équipe de maintenance a constaté que le chauffage fonctionnait plus longtemps et que la facture d'électricité de ce réservoir avait augmenté de près de 15 %. Le changement de consigne en était la cause et l’augmentation des coûts était prévisible.
Le point de consigne de la température du bain est l’une des variables les plus contrôlables du coût de fonctionnement du chauffage. Chaque degré d'augmentation augmente la perte de chaleur du réservoir, augmente la température de la gaine et accélère la dégradation. L'effet sur le coût de l'énergie est non-linéaire-plus le point de consigne est élevé, plus le coût marginal de chaque degré supplémentaire est élevé.
La relation entre les pertes de chaleur
La perte de chaleur d’un réservoir se produit à travers les murs, la surface et toute tuyauterie ou accessoire connecté. Le taux de perte est proportionnel à la différence de température entre le bain et le milieu environnant. Un bain à 60 degrés dans une pièce à 20 degrés a une différence de température de 40 degrés. Augmenter le point de consigne à 65 degrés augmente la différence à 45 degrés -, soit une augmentation de 12,5 % de la perte de chaleur.
La perte de chaleur plus élevée signifie que le chauffage doit fournir plus d’énergie pour maintenir le point de consigne plus élevé. Le coût énergétique augmente proportionnellement à la perte de chaleur et non proportionnellement à l’augmentation de la température. Une augmentation de 5 degrés de la consigne peut augmenter la consommation d'énergie de 10 à 15 %, en fonction de l'isolation et de la surface du réservoir.
| Point de consigne du bain | Différence de température | Perte de chaleur relative | Coût énergétique relatif | Augmentation annuelle des coûts |
|---|---|---|---|---|
| 50 degrés | 30 degrés | 1.0× | 1.0× | Référence |
| 55 degrés | 35 degrés | 1.17× | 1.17× | +17% |
| 60 degrés | 40 degrés | 1.33× | 1.33× | +33% |
| 65 degrés | 45 degrés | 1.50× | 1.50× | +50% |
| 70 degrés | 50 degrés | 1.67× | 1.67× | +67% |
Perte de chaleur et coût énergétique en fonction du point de consigne du bain à 20 degrés ambiants
L'effet sur la dégradation du chauffage
Un point de consigne plus élevé augmente la température de la gaine, ce qui accélère chaque mécanisme de dégradation. La perméation, le dépôt de tartre et la fatigue thermique augmentent tous avec la température. Le radiateur qui fonctionnait confortablement à 50 degrés se trouve peut-être à la limite de sa plage de sécurité à 60 degrés.
La température de la gaine est la somme de la température globale et de l'espace entre la gaine et le-espace. À un volume de 50 degrés avec un écart de 15 degrés, la gaine est à 65 degrés. À 60 degrés de volume avec le même écart, la gaine est à 75 degrés. L'augmentation de 10 degrés de la température de la gaine double environ le taux de perméation et augmente le taux de dépôt de tartre de 30 à 50 %.
| Point de consigne du bain | Gaine ΔT | Température de la gaine | Taux de perméation relatif | Durée de vie prévue |
|---|---|---|---|---|
| 50 degrés | 15 degrés | 65 degrés | 1.0× | 4 à 5 ans |
| 55 degrés | 15 degrés | 70 degrés | 1.4× | 3 à 4 ans |
| 60 degrés | 15 degrés | 75 degrés | 2.0× | 2 à 3 ans |
| 65 degrés | 15 degrés | 80 degrés | 2.8× | 18 à 30 mois |
| 70 degrés | 15 degrés | 85 degrés | 4.0× | 12 à 20 mois |
Température de la gaine, taux de perméation et durée de vie en fonction de la consigne du bain
Le compromis-entre le taux de production et les coûts d'exploitation
Une température de bain plus élevée améliore souvent les performances du processus. Lors du nickelage, la vitesse de dépôt augmente et les propriétés du dépôt changent. Lors du nettoyage, une température plus élevée améliore l’élimination des saletés. Lors de la gravure, une température plus élevée augmente la vitesse de gravure.
L’augmentation des coûts d’exploitation doit être mise en balance avec le bénéfice en matière de production. Si le point de consigne plus élevé permet une augmentation du débit de 20 % et que le coût énergétique augmente de 15 %, le compromis-peut être favorable. Si le point de consigne plus élevé améliore une propriété secondaire mais n’augmente pas le débit, le coût peut ne pas être justifié.
| Processus | Augmentation du point de consigne | Avantage de production | Augmentation des coûts énergétiques | Bénéfice net |
|---|---|---|---|---|
| Nickelage | 50 → 55 degrés | Dépôt 10 à 15 % plus rapide | +17% | Positif si le débit compte |
| Nettoyage alcalin | 60 → 65 degrés | Un nettoyage amélioré de 20 à 30 % | +15% | Positif pour les sols difficiles |
| Décapage acide | 40 → 45 degrés | Décapage 15 à 25 % plus rapide | +12% | Positif pour un volume élevé |
| Rincer | 40 → 45 degrés | Minimal | +12% | Généralement non justifié |
Bénéfice de production par rapport au coût énergétique pour les augmentations de points de consigne communes
Réduire le coût d'un point de consigne plus élevé
Le coût énergétique d’un point de consigne plus élevé peut être réduit en améliorant l’isolation, en recouvrant la surface du réservoir et en récupérant la chaleur perdue. Un réservoir couvert perd 60 à 70 % de chaleur en moins de la surface. Les murs isolés perdent 80 à 90 % de moins que les murs non isolés.
Un élément chauffant à densité de watts inférieure réduit l'espace entre la gaine-et-, ce qui réduit la température de la gaine pour une température globale donnée. Un radiateur fonctionnant à 0,9 W/cm² a une température de gaine inférieure de 8 à 12 degrés à celle d'un radiateur fonctionnant à 1,5 W/cm² au même point de consigne. La température plus basse de la gaine réduit la perméation et le dépôt de tartre, prolongeant ainsi la durée de vie.
| Point de consigne | Coût non isolé | Coût isolé | Coût couvert | Isolé + Couvert |
|---|---|---|---|---|
| 50 degrés | Référence | 0.6× | 0.7× | 0.4× |
| 55 degrés | 1.17× | 0.7× | 0.8× | 0.5× |
| 60 degrés | 1.33× | 0.8× | 0.9× | 0.6× |
| 65 degrés | 1.50× | 0.9× | 1.0× | 0.7× |
Coût énergétique relatif par point de consigne et configuration d'isolation/couvercle du réservoir
Lorsqu'un point de consigne plus élevé nécessite un chauffage différent
Si l'augmentation du point de consigne pousse la température de la gaine au-delà de la plage de sécurité pour le PTFE, une spécification de chauffage différente peut être nécessaire. Une densité de watts inférieure, une gaine plus épaisse ou un matériau différent peuvent être nécessaires. Une configuration personnalisée de thermoplongeur en PTFE avec une faible densité de watts et une grande surface permet un point de consigne plus élevé sans dépasser la température de sécurité de la gaine. Le processus de spécification nécessite la chimie du bain, la température de fonctionnement, les dimensions du réservoir et la puissance requise.
