Le lien entre la température- et la densité de courant
Les spécifications de densité de courant de galvanoplastie supposent une température de bain spécifique. La cinétique de la réaction électrochimique, la conductivité de la solution et les taux de diffusion dépendent tous de la température. Un bain à 55 degrés fonctionne différemment du même bain à 50 degrés, même avec des réglages de redresseur identiques.
Lorsque le débit de production augmente, le redresseur délivre plus d’ampérage. Plus de courant signifie plus de chauffage ohmique dans la solution. La température du bain augmente à moins que le système de refroidissement n'élimine la chaleur supplémentaire. À l'inverse, pendant les périodes de faible-production, un courant réduit signifie moins d'auto-échauffement-. L'échangeur de chaleur en PTFE doit ajouter plus de chaleur pour maintenir la température.
Le système de chauffage et le redresseur sont couplés via la température du bain. Un dimensionnement inadapté produit une dérive de température qui altère les propriétés du dépôt. L'ingénieur dimensionnant un échangeur de chaleur en PTFE doit comprendre le bilan thermique complet, y compris la contribution du redresseur.
L'équation du bilan thermique
Le bilan thermique d’un réservoir de placage comprend plusieurs entrées et pertes. Le redresseur fournit un chauffage résistif : environ 70 à 85 % de la puissance électrique fournie au bain est convertie en chaleur. Un redresseur de 10 000 ampères fonctionnant à 8 volts fournit 80 kW de puissance électrique, dont environ 60 à 68 kW sont transformés en chaleur.
Les apports de chaleur supplémentaires comprennent le travail de la pompe (mineur, généralement 1 à 3 kW), la chaleur de réaction chimique (exothermique ou endothermique, souvent négligeable) et l'apport de vapeur de l'échangeur de chaleur en PTFE.
Les pertes de chaleur comprennent l'évaporation de la surface du bain (importante, 5 à 15 kW pour les grands réservoirs ouverts), le rayonnement et la convection des parois du réservoir, la ventilation par aspiration évacuant l'air chauffé et les pièces froides entrant dans le bain.
L'échangeur thermique en PTFE doit fournir la différence entre les pertes thermiques totales et la somme de tous les autres gains thermiques. Lorsque le redresseur est à pleine charge, il fournit l’essentiel de la chaleur nécessaire. L'échangeur peut n'avoir besoin que de compenser les pertes par évaporation. Au ralenti sans charge du redresseur, l'échangeur doit fournir toutes les pertes thermiques pour maintenir la température.
Tableau 1 : Bilan thermique pour un réservoir de nickelage de 8 000 litres à différentes charges du redresseur
| État de fonctionnement | Apport thermique du redresseur (kW) | Perte par évaporation (kW) | Perte de mur/ventilation (kW) | Entrée de chauffage PTFE requise (kW) |
|---|---|---|---|---|
| Pleine production (8 000 A) | 55 | 12 | 15 | 0 (chaleur excédentaire éliminée par refroidissement) |
| Demi-production (4 000 A) | 27 | 10 | 13 | 0 (proche de l'équilibre) |
| Au ralenti (0 A, maintien de 55 degrés) | 0 | 5 | 12 | 17 |
| Démarrage à froid (20 degrés à 55 degrés) | 0 | 0 | 3 | 75 (service de chauffage-) |
Bilan thermique pour un bain de nickel Watts typique. La circulation de l'eau refroidie gère l'excès de chaleur à pleine production. Chauffage en PTFE dimensionné pour le démarrage.
Dimensionnement de l'échangeur de chaleur PTFE pour une charge variable
L'échangeur thermique en PTFE doit satisfaire la demande de chauffage la plus importante du cycle de fonctionnement. Pour la plupart des lignes de placage, il s'agit de la condition de démarrage à froid : chauffer tout le volume du bain de la température ambiante à la température de fonctionnement dans un délai spécifié.
La tâche de démarrage éclipse la tâche d'inactivité en régime permanent-. L'exemple d'un réservoir de 8 000 litres nécessite 75 kW pour le démarrage mais seulement 17 kW pour l'entretien au ralenti. L'échangeur PTFE dimensionné pour un démarrage de 75 kW est plus que suffisant pour toutes les autres conditions. En pleine production, l'échangeur peut être isolé ou modulé jusqu'à un débit de vapeur nul tandis que le refroidissement élimine l'excès de chaleur du redresseur.
Le système de contrôle gère la transition. Un contrôleur de température détecte la température du bain et module la vanne de vapeur vers l'échangeur PTFE. Lorsque la chaleur du redresseur augmente la température du bain au-dessus du point de consigne, la vanne de vapeur se ferme. Si la température continue d'augmenter, le système de refroidissement s'active. Ce contrôle en cascade maintient la température à ± 1 degré à tous les taux de production.
Capacité de couverture
Les échangeurs de chaleur en PTFE tolèrent de larges taux de régulation sans problèmes de performances. Contrairement aux échangeurs métalliques qui peuvent subir une corrosion liée aux condensats-à de faibles débits de vapeur, le PTFE n'est chimiquement pas affecté par les condensats. La vanne de vapeur peut moduler de zéro à plein débit selon les besoins.
Pour les applications présentant des exigences de réduction extrêmes, une configuration de bobine divisée-offre un contrôle plus précis. Deux circuits de bobines PTFE indépendants partagent le réservoir. Le contrôleur fait fonctionner un circuit pour la charge de base, mettant le deuxième circuit en ligne pendant le démarrage ou les périodes de forte demande. Cet agencement améliore la précision du contrôle de la température à faible apport de chaleur.
Résumé
La capacité de l’échangeur thermique en PTFE doit correspondre à toute la gamme des conditions de fonctionnement du redresseur. La condition de dimensionnement dominante est généralement le démarrage à froid, et non le fonctionnement en régime permanent-. Les calculs du bilan thermique, y compris l'entrée du redresseur, l'évaporation et les pertes dans les parois, déterminent le fonctionnement requis de l'échangeur.
L'échangeur PTFE fournit un supplément de chaleur pendant les périodes d'inactivité et de faible-production. À pleine production, la chaleur excessive du redresseur peut nécessiter un refroidissement. Le système de contrôle met en cascade le chauffage et le refroidissement pour maintenir la température à tous les taux de production.
L'analyse technique du dimensionnement de l'échangeur de chaleur en PTFE avec intégration de la chaleur du redresseur est disponible sur soumission du volume du réservoir, de la température de fonctionnement, de la plage de sortie du redresseur, du calendrier de production, du temps de démarrage requis et des détails du système de chauffage ou de refroidissement existant.
