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Guide damlioration du rendement nergtique des

LECTROTECHNOLOGIES

lintention des petites et moyennes industries

CLAUSE DE NON-RESPONSABILIT : Ni CEA Technologies Inc., ni les auteurs, ni les commanditaires, ou toute autre personne agissant en leur nom, ne seront en aucun cas tenus responsables quant lutilisation, ou aux dommages rsultant de lutilisation, des informations, matriels, quipements, produits, mthodes ou procds, quels quils soient, dcrits dans le prsent guide.

Il est conseill de faire appel des professionnels accrdits pour la mise en uvre des directives et recommandations contenues dans le prsent guide.

Ce guide a t prpar par Stricker Associates Inc pour la Groupe dintrt sur les Solutions nergtiques pour les clients (GISEC) de CEA Technologies Inc. (CEATI) avec le parrainage des entreprises dlectricit membres du Groupe ci-aprs :

2007 CEA Technologies Inc. Tous droits rservs.

Des remerciements vont Ontario Hydro, Ontario Power Generation et tous autres organismes qui ont fourni les matriels employs dans la prparation de ce guide.

TABLE DES MATIRES

Chapitre Page

1 Introduction 9 2 Rponse Aux Besoins Des Entreprises 13

a. Rduire lnergie ncessaire la production 14 b. Rduire les gaz effet de serre 14 c. Amliorer la qualit des produits 14 d. Augmenter la cadence de production 15 e. Amliorer lenvironnement de travail des

employs 15 3 Apercu des Applications Possibles Dans

LIndustrie 17 4 Pompes Chaleur Industrielles et

Recompression Mcanique de la Vapeur 21 a. Principe 21 b. Types de systmes 22 c. Applications 24 d. Avantages 26 e. Limites 26 f. Rendement type 26 g. Considrations de mise en uvre 27 h. Composants et terminologie 27

i. Exemples dinstallations 28 j. Sources pratiques dinformation 30 k. Fournisseurs dquipements et de services 31

5 Chauffage Par Rayonnement Infrarouge 33 a. Principe 33 b. Types de systmes 34 c. Applications 34 d. Avantages 37 e. Limites 37 f. Rendement type 37 g. Considrations de mise en uvre 38 h. Composants et terminologie 38 i. Exemple dinstallation 39 j. Sources pratiques dinformation 40 k. Fournisseurs dquipements et de services 40

6 Chauffage Par Induction 43 a. Principe 43 b. Types de systmes 44 c. Applications 45 d. Avantages 46 e. Limites 47 f. Rendement type 47

g. Considrations de mise en uvre 48 h. Composants et terminologie 49 i. Exemple dinstallation 50 j. Sources pratiques dinformation 50 k. Fournisseurs dquipements et de services 51

7 Chauffage Par Radiofrquence 55 a. Principe 55 b. Types de systmes 56 c. Applications 56 d. Avantages 58 e. Limites 59 f. Rendement type 60 g. Considrations de mise en uvre 61 h. Composants et terminologie 61 i. Exemples dinstallations 63 j. Sources pratiques dinformation 63 k. Fournisseurs dquipements et de services 64

8 Chauffage Par Micro-ondes (Hyperfrquences) 67

a. Principe 67 b. Types de systmes 68 c. Applications 68

d. Avantages 69 e. Limites 70 f. Rendement type 71 g. Considrations de mise en uvre 71 h. Composants et terminologie 72 i. Exemple dinstallation 73 j. Sources pratiques dinformation 74 k. Fournisseurs dquipements et de services 74

9 Chauffage Direct Par Rsistance 77 a. Principe 77 b. Types de systmes 78 c. Applications 78 d. Avantages 79 e. Limites 79 f. Rendement type 80 g. Considrations de mise en uvre 80 h. Composants et terminologie 80 i. Exemple dinstallation 81 j. Sources pratiques dinformation 82 k. Fournisseurs dquipements et de services 82

10 Chauffage Indirect Par Rsistance 85 a. Principe 85

b. Types de systmes 86 c. Applications 86 d. Avantages 87 e. Limites 87 f. Rendement type 88 g. Considrations de mise en uvre 88 h. Composants et terminologie 88 i. Exemple dinstallation 91 j. Sources pratiques dinformation 91 k. Fournisseurs dquipements et de services 91

11 Traitement Aux Rayons Ultraviolets 93 a. Principe 93 b. Types de systmes 94 c. Applications 94 d. Avantages 94 e. Limites 95 f. Rendement type 95 g. Considrations de mise en uvre 96 h. Composants et terminologie 96 i. Exemple dinstallation 98 j. Sources pratiques dinformation 99 k. Fournisseurs dquipements et de services 100

12 Autres lectrotechnologies 101 a. Arc lectrique 101 b. Laser 101 c. Plasma 102 d. Membranes 103

13 Bibliographie 109 14 Glossaire des Termes Employs 113 15 Index 119

1 Introduction

9

1 INTRODUCTION

Ce guide damlioration du rendement nergtique des lectro-technologies prsente brivement les descriptions, caractris-tiques, avantages et inconvnients des divers procds indus-triels employs dans les petites et moyennes installations industrielles. Ces procds particuliers mettent en jeu lemploi dnergie sous forme dlectricit, de gaz naturel ou dautres combustibles

En raison de la hausse des cots de tous les combustibles, de la ncessit de rduire les missions de gaz effet de serre, et de la concurrence accrue, les industries doivent continuellement rechercher des mthodes visant la rduction de lnergie indispensable la production, laccroissement des cadences de production et lamlioration de la qualit de leurs produits. Le prsent guide a t labor en tenant compte de ces trois objectifs.

Bien quelles emploient un type dnergie plus coteux -- llectricit -- les lectrotechnologies prsentent des avantages particuliers par rapport aux autres technologies mises en uvre et peuvent en fait consommer beaucoup moins dnergie pour effectuer un travail quivalent. Par exemple, chauffer une pice de mtal haute temprature peut tre ralis de faon beaucoup plus efficace, plus rapide et avec un bien meilleur contrle si lon y induit des courants de Foucault (chauffage par induction) plutt que de la chauffer dans un four convection ou un four rayonnement infrarouge.

Le matriel contenu dans ce guide a t labor partir dinformations fournies par des entreprises dlectricit, des universits, des laboratoires de recherche et des fournisseurs

1 Introduction

10

dquipements industriels; cela aidera le lecteur retrouver aisment le type dquipement appropri.

Ce guide propose galement des liens vers des sources de renseignements complmentaires. Comme certaines sources voluent avec le temps, il se peut que le lecteur soit rorient. Il est dailleurs conseill de toujours rechercher linformation la plus rcente sur le sujet considr.

Par souci de concision et de respect des objectifs du prsent guide, les sujets traits comportent assez de dtails pour offrir au lecteur les rudiments essentiels de la terminologie, des principes employs et des particularits qui assurent un haut rendement nergtique aux lectrotechnologies. Pour de plus amples dtails, le lecteur est pri de communiquer avec un prpos du service la clientle de son entreprise dlectricit locale, avec lassociation industrielle ou avec les fournisseurs dquipements viss dont la liste figure dans chacun des chapitres.

Les lectrotechnologies traites dans ce guide appartiennent aux huit grandes catgories suivantes :

1. Pompes chaleur industrielles & recompression mcanique de la vapeur (PC & RMV).

2. Chauffage par rayonnement infrarouge.

3. Chauffage par induction.

4. Chauffage par radiofrquence (on dit aussi chauf-fage par haute frquence ou RF).

5. Chauffage par hyperfrquences (micro-ondes ou MW).

1 Introduction

11

6. Chauffage direct par rsistance.

7. Chauffage indirect par rsistance.

8. Traitement aux rayons ultraviolets.

Dans chacune des catgories sont dcrites diverses configu-rations dquipement et applications types.

1 Introduction

12

2 Rponse aux besoins des entreprises

13

2 RPONSE AUX BESOINS DES ENTREPRISES

La mondialisation, la dlocalisation de la fabrication vers des pays o les salaires sont beaucoup moins levs, ainsi que les prix croissants de lnergie contraignent les industries manu-facturires dAmrique du Nord, si elles veulent survivre, devenir plus efficaces, fabriquer des produits de meilleure qualit et rester concurrentielles. Parmi ses responsabilits, un directeur dusine doit minimiser la quantit dnergie consomme par linstallation, optimiser la qualit des produits, maintenir la cadence de fabrication la plus leve possible, et rduire au minimum limpact de lexploitation sur lenviron-nement.

Il existe normalement plusieurs options en matire de procds industriels mettant en uvre le chauffage, la fusion, le recuit, le schage, la distillation, la sparation, le revtement, le schage, etc. Le prsent guide se penche sur lutilisation des lectrotechnologies du point de vue commercial, c.--d. quil examine et met en lumire les caractristiques qui rendent un procd moins nergivore et plus rapide, et offrent un meilleur contrle sur la qualit du produit. Dans les pages qui suivent, on trouvera quelques exemples montrant comment la mise en uvre des lectrotechnologies les mieux appropries permet datteindre ces objectifs.


14

a. Rduire lnergie ncessaire la production

Lide est de chauffer un composant fabriqu en produisant de la chaleur lintrieur du matriau par induction, chauffage dilectrique ou hyperfrquences, plutt que de le chauffer de lextrieur vers lintrieur, en utilisant un four, un systme de chauffage par rayonnement, etc. qui doivent tre aliments en permanence pendant le processus de production.

b. Rduire les gaz effet de serre

Certains procds intermittents exigent que les appareils de chauffage combustion soient en marche en permanence. Il est souvent possible de remplacer de tels appareils par des dispositifs lectrotechnologiques qui ne consomment aucune nergie pendant les priodes dattente, comme par exemple le chauffage par induction et par radiofrquence dans des environnements atmosphre contrle.

c. Amliorer la qualit des produits

Dans les applications de schage, on peut employer diverses lectrotechnologies qui amlioreront la qualit et la valeur des produits tout en conomisant de lnergie : par exemple, pour contrler la siccit des bords durant lenroulement de bandes de papier, pour empcher le voilement du bois duvre lors du schage, ou pour le schage final des produits alimentaires. Dans ces applications, le chauffage par radiofrquence (dilectrique), le schage par pompe chaleur par abaissement du point de rose et le chauffage par micro-ondes (hyperfr-


15

quences) des produits pratiquement secs, rpondent aux besoins indiqus.

d. Augmenter la cadence de production

Dans les procds qui ncessitent le chauffage dun produit, il faut en gnral attendre une certaine priode de temps jusqu ce que le produit atteigne la temprature voulue du procd, en raison de la masse du matriau, de sa conductivit, des propri-ts de surface, ainsi que des limites de temprature imposes pour viter lendommagement du produit ou des changements non souhaitables. Plusieurs lectrotechnologies aident acclrer la vitesse de chauffage du matriau sans dpasser les tempratures limites de surface, tout en ludant les problmes de conductivit thermique et de proprits de surface. Le rendement des ces procds est en principe beaucoup plus lev que celui des fours, tunnels de chauffage et autres appareils de chauffage par rayonnement classiques. Un coefficient suprieur de transfert de chaleur et un rendement plus lev se traduisent par une cadence de fabrication plus rapide et un cot en nergie plus faible.

e. Amliorer lenvironnement de travail des employs

tant donn que les lectrotechnologies peuvent remplacer les quipements de chauffage combustion, lenvironnement de travail sen trouve normalement amlior grce de plus basses tempratures dexploitation et llimination des produits de combustion dans latelier.


16

3 Aperu des applications possibles dans lindustrie

17

3 APERCU DES APPLICATIONS POSSIBLES DANS LINDUSTRIE

Le tableau 1 ci-aprs procurera au lecteur un aperu des lectrotechnologies potentiellement applicables dans certains groupes particuliers dindustries selon les procds employs dans les usines respectives. Cette feuille de route aidera les directeurs dexploitation saisir les possibilits dapplication des lectrotechnologies dans leurs installations. Excellent point de dpart pour valuer ces possibilits, cette feuille de route dresse le plan des principales lectrotechnologies en fonction du Systme de classification des industries de lAmrique du Nord (SCIAN). Les cases dintersections du tableau portent une indication des possibilits dapplication qualitatives (leves, Moyennes ou Faibles).

Par exemple, la classification Fabrication daliments (SCIAN 311) inclut les industries qui transforment de grandes quantits de liquides et daliment frais. Dans ce cas, les lectrotechno-logies mettant en jeu les pompes chaleur industrielles, la recompression mcanique de la vapeur, le chauffage par micro-ondes et le chauffage indirect par rsistance sont trs probablement applicables. Les industries de fabrication de produits mtalliques (SCIAN 322) prsentent des possibilits leves dapplication pour pratiquement toutes les lectrotech-nologies en haute temprature, car ces industries font appel des procds exigeant des hautes tempratures et un traitement de surface ou de finition.


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5

PAC ind. & RMV H H M L L H M L M MInfrarouges M M H M M M H H M M

Induction L L M L L L L L L MCourant haute

frquence M M H L L M M L L L

Hyperfrquences H M L L L L L L L MDirect par rsistance M L L L L L L L L L

Indirect par rsistance H M M M M M M M M MUltraviolet L L M L L M M H L L

LGENDE : - Possibilits d'application

H = leves M = moyennes L = faibles

lecro-technologie

Systme de classification 3 chiffres des industries de l'Amrique du Nord

Tableau 1. Plan des possibilits dapplication des lectrotechnologies dans le Systme de classification des industries de lAmrique du Nord


19

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PAC ind. & RMV L L L L L L L L L L

Infrarouges H H M H H H H H M HInduction M M H H H M H H M M

Courant haute frquence H L L H H L H L M L

Hyperfrquences M M M L L L H L L L

Direct par rsistance L M H H M M M M M MIndirect par rsistance M M M H M M M M M MUltraviolet M L L H H H H H M M

LGENDE : - Possibilits d'application

H = leves M = moyennes L = faibles

lectro-technologie

Systme de classification 3 chiffres des industries de l'Amrique du Nord


20

Pour une valuation plus approfondie des possibilits, on devra tudier les spcifications particulires dun procd donn et dterminer alors llectrotechnologie qui procurera les avantages les plus importants. Le prsent guide propose en outre de nombreux liens Web fort utiles vers des sources de donnes externes, lesquelles peuvent se rvler prcieuses pour lvaluation des applications des diverses lectrotechnologies.

4 PAC industrielles & RMV

21

4 POMPES CHALEUR INDUSTRIELLES ET RECOMPRESSION MCANIQUE DE LA VAPEUR

a. Principe

On utilise les pompes chaleur industrielles pour rcuprer, dans une tape dun procd, la chaleur rsiduaire dont on lve la temprature pour chauffer des composants dans une autre tape. Le procd fondamental que lon utilise pour y parvenir est la compression mcanique de la vapeur. Ainsi, lnergie thermique est transfre dune source basse temprature vers un dissipateur temprature plus leve par vaporation et circulation de vapeur avec compression et condensation. Lorsque la vapeur, comprime dans un circuit ferm comportant au moins deux changeurs de chaleur, est recircule, le systme porte le nom de pompe chaleur (PAC). Lorsque la vapeur est extraite et pompe vers lextrieur du systme travers un changeur de chaleur, le systme est appel recompression mcanique de la vapeur (RMV).

Ce qui rend particulirement efficaces les pompes chaleur et les systmes RMV est le fait que ces systmes sont capables de transfrer lnergie thermique dune source basse temprature vers un dissipateur temprature plus leve en nutilisant quune faible proportion de lnergie totale qui est transfre. Les autres mthodes comprennent les fours combustion classiques et le transfert de chaleur par conduction travers des changeurs de chaleur.


22

b. Types de systmes

Il existe deux types courants de systmes industriels de pompes chaleur : ferm et ouvert.

Les systmes ferms

Les systmes ferms font appel un fluide intermdiaire caloporteur appel rfrigrant. La vapeur est mue par un compresseur mcanique partir dun changeur de chaleur (lvaporateur) vers un second changeur de chaleur (le condenseur), puis retourne lvaporateur travers un dtendeur. Le condenseur et lvaporateur transfrent la chaleur respectivement au dissipateur et la source considrs. Les fluides caloporteurs actuellement utiliss limitent 120 C la temprature maximale de sortie. Les systmes ferms sont gnralement appels pompes chaleur.1

1 Un Guide du rendement nergtique des pompes chaleur pour les applications de chauffage/refroidissement des locaux et de l'eau est en cours de prparation par la CEATI.


23

Les systmes ouverts

Les systmes ouverts ne contiennent aucun fluide intermdiaire de transfert de chaleur ou rfrigrant. Le compresseur agit directement sur la forme vapeur du fluide traiter, en gnral de la vapeur deau ou un solvant en phase vapeur. Le schma ci-dessous prsente un systme RMV employ pour la concentration du lait.

Ce type de systme inclut en principe un seul changeur de chaleur, un condenseur, ou mme aucun changeur de chaleur au cas o la vapeur comprime est directement employe dans le procd. Dans cet exemple particulier, le compresseur extrait directement la vapeur deau du rservoir contenant la solution ou le mlange concentrer (lait), refroidissant ainsi le liquide. La vapeur comprime est refroidie par prchauffage du lait, puis limine du systme sous forme deau. De cette faon, la chaleur de la vapeur comprime ou du condenseur est transfre au liquide trait pour le rchauffer. En retournant la chaleur dvaporation au liquide trait laide du condenseur, on augmente lefficacit du processus dvaporation en recy-clant lnergie thermique contenue dans la vapeur et dans le


24

condensat. Llvation de temprature tant dordinaire faible, le rendement des systmes RMV est lev, leurs coefficients de performance (COP) tant de lordre de 10 30. Les systmes RMV actuels fonctionnent avec des sources de chaleur de 70 80 C et dlivrent une chaleur comprise entre 110 et 150 C et mme, dans certains cas, une chaleur pouvant atteindre 200 C.

c. Applications

Les systmes RMV conviennent bien aux cycles de fabrication industrielle pour dplacer dimportantes quantits dnergie thermique des tempratures relativement basses dune tape lautre du procd, ainsi que pour accrotre les diffrences de tempratures (au-dessous de 90 C environ). Les applications courantes touchent llimination de leau ou de la vapeur deau dans les procds de schage, de dshumidification, de distil-lation et de concentration, ou encore dans les applications de rcupration de chaleur et daugmentation de temprature des gaz et des liquides

Applications types des pompes chaleur

Schage du bois, du cuir, des tissus et des crales. Distillation dans les usines chimiques et ptro-

chimiques. Dshumidification. Concentration de solutions.

Applications types de la recompression mcanique de la vapeur

Dshydratation de solutions ou de mlanges tels que :


25

o bains galvaniques dilus pour rcuprer des substances et ingrdients actifs.

o mulsions dhuile pour rcuprer lhuile. o bains de dgraissage riches en savon et en

dtergents. o bains dacide concentr ou solutions

fortement corrosives. o bains de dveloppement photographique o solutions salines concentres. o lixiviat de dcharges et coulements prove-

nant des installations dentreposage et dlimination des dchets.

o eaux de cale. o eaux de rinage renfermant des encres

puises. o eaux uses des industries chimiques,

cosmtiques et pharmaceutiques. Concentration de jus de fruits, de lait, de petit-lait, de

liqueur noire (dans lindustrie des ptes et papiers) et autres liquides.

Distillation dalcool, de produits ptrochimiques et de produits chimiques organiques.

Recompression des vapeurs de distillat de tte dans une tour de distillation de produits ptrochimiques des fins de rcupration dnergie.

Cristallisation du sucre par vaporation. Rinjection de vapeur basse pression dans un

systme haute pression (procds mcaniques et thermomcaniques de prparation des ptes papier).


26

d. Avantages

Rendement nergtique trs lev (par ex. rduction de 75 % des besoins dnergie dans le schage du lait).

Possibilit dutilisation de la chaleur perdue dans les procds basse temprature ou les milieux pollus.

Adaptation parfaite aux procds contrls de schage basse temprature par dshumidification.

Excellent moyen pour inciter une innovation de la gestion de lnergie absorbe par les procds industriels trs nergivores.

Amlioration de la qualit des produits et diminution des pertes de produits grce un meilleur contrle des caractristiques de schage.

e. Limites

Cots dinvestissement levs. Les conomies sont fonction de la diffrence entre les

cots de llectricit et ceux des autres combustibles. Usage plus complexe que les techniques classiques. Entretien plus compliqu. La limite suprieure de temprature qui convient aux

procds industriels savre relativement basse .

f. Rendement type

Efficacit de la conversion dnergie (puissance calo-rifique fournie divise par llectricit consomme, exprime en units compatibles).

o pour les pompes chaleur : de 3 5 la plupart du temps.


27

o pour la recompression mcanique de la vapeur : de 10 30 dans la plupart des cas.

g. Considrations de mise en uvre

Diffrence entre les cots de llectricit et ceux du combustible remplacer.

Cot dinvestissement de lquipement et dlai de rcupration de linvestissement (plus courts pour les installations originales que pour les modernisations).

Temprature absolue et diffrence de temprature entre la source et le puits de chaleur pris en compte.

Nature de lactivit : schage, dshumidification, distillation, rcupration dnergie, augmentation de la temprature, vaporation, etc.

Puissance ncessaire (flux nergtique requis), facteur dutilisation, capacit nergtique disponible, stabilit dans le temps.

Nature des fluides de la source et du puits de chaleur (air, vapeur, vapeur deau, eau, liquides, impurets, etc.).

h. Composants et terminologie

Compresseurs (types de) : o hermtiques, semi-hermtiques, ouverts o pistons o vis o centrifuge

changeurs de chaleur : vaporateur et condenseur. Dtendeur.


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Fluide de transfert de chaleur ou rfrigrant (choix de compromis reposant sur les tempratures et niveaux de pressions de service du procd, puissance et tolrance de temprature du compresseur).

Alimentation lectrique. Type et caractristiques des commandes. Dispositifs auxiliaires propres au procd (source de

chaleur dappoint, stockage thermique, purge, etc.).

i. Exemples dinstallations

http://www.p2pays.org/ref/11/10451.htm

Ce site dcrit diverses applications et utilisations de pompes chaleur industrielles aux tats-Unis, qui amliorent considra-blement le rendement des usines en permettant de rcuprer des ressources nergtiques perdues dont notamment :

Un systme de schoirs et dvaporateurs permettant de moudre, cuire et transformer lamidon de mas en un sirop haute teneur en fructose.

Dans une fabrique de caoutchouc synthtique, des pompes chaleur servent alimenter un procd dalimentation en eau sous moyenne pression et chauffer leau dalimentation de chaudires.

Dans une usine intgre de ptes et papiers, une pompe chaleur utilise la vapeur deau usage basse pression pour chauffer leau dalimentation de chaudires.

Dans une raffinerie spcialise, des pompes chaleur vont tre utilises pour la recompression des vapeurs de distillat de tte dune tour de distillation en vue de rcuprer lnergie contenue dans ces vapeurs.


29

Rapport ACE 9114 U 859D intitul Applications possibles des lectrotechnologies : rcupration de la chaleur en milieu industriel, 1993. Ce rapport dcrit six possibilits dapplications prometteuses de pompes chaleur dans les industries canadiennes, dont :

Rcupration de chaleur dun racteur actaldhyde. Rcupration de chaleur partir de la chaleur

rsiduelle dun systme de rfrigration. Rcupration de chaleur de leau de refroidissement

dun procd de raffinage et de dsodorisation. Rcupration de la chaleur dans la dcharge de vapeur

durant la fabrication thermomcanique de la pte papier.

Rcupration de la chaleur de leau blanche. Rcupration de la chaleur des purateurs de gaz de

carneau de chaudires de rcupration de la pte kraft.

Rapport ACE 614 U 566 : Revue de linstallation des pompes chaleur industrielles au Canada, 1988. Ce rapport prsente lexprience dexploitation de douze systmes pompe chaleur ainsi que les conomies ralises, les problmes rencontrs et les mesures correctives qui ont dues tre prises; il tire plusieurs conclusions sur ltat de la technologie des pompes chaleur industrielles utilises lpoque au Canada, et fournit de prcieuses informations sur les amliorations ventuelles apporter aux futures applications.


30

j. Sources pratiques dinformation

http://www.heatpumpcentre.org/

Le Centre des pompes chaleur de lAIE procure les infor-mations les plus rcentes sur lapplication et le dimensionne-ment des pompes chaleur pour le chauffage des locaux et de leau, ainsi que pour la rcupration de chaleur des systmes de rfrigration dans les supermarchs et autres tablissements commerciaux.

http://www.heatpumpcentre.org/About_heat_pumps/HP_ technology.asp

Ce site prsente des informations dtailles sur la RMV, les pompes chaleur, ainsi que sur la pompe chaleur absorption (type I) moins connue, les transformateurs de chaleur (type II) et les pompes chaleur cycle inverse de Brayton employes pour la rcupration des solvants contenus dans les gaz de nombreux procds.

http://tristate.apogee.net/et/exth.asp

Ce site dcrit de faon simple diverses configurations de pompes chaleur destines diffrentes applications, ainsi que des calculs destimation.

http://www.owr.ehnr.state.nc.us/ref/32/31234.pdf

Industrial Heat Pumps for Steam and Fuel Savings. Cette publication du ministre amricain de lnergie (US Depart-ment of Energy) prsente les principes du procd ainsi que des applications types dans diverses industries.


31

k. Fournisseurs dquipements et de services

http://www.topdownloads.org/directory/show.php?/Business/Industrial_Goods_and_Services/Machinery_and_Tools/Thermal_Process/Heat_Exchangers/

Ce site recense un grand nombre de fabricants et fournisseurs dchangeurs de chaleur.

Avis : cette liste de fournisseurs ne constitue pas un rpertoire complet ou exhaustif. La mention de tout produit, procd, service ou vendeur dans cette publication ne lest qu des fins purement documentaires et ne doit pas tre considre comme une recommandation de la part des auteurs ou des diteurs.


32

5 Chauffage par rayonnement infrarouge

33

5 CHAUFFAGE PAR RAYONNEMENT INFRAROUGE

a. Principe

Le chauffage par rayonnement infrarouge (IR) repose sur le principe du rayonnement mis par des rsistances lectriques, dordinaire en nickel-chrome ou en tungstne, portes des tempratures relativement leves. Le spectre infrarouge est divis en trois bandes : proche infrarouge, infrarouge moyen, et infrarouge lointain.

Le schma ci-dessous montre comment un metteur infrarouge (IR) chaud transfert lnergie rayonnante, dans lair, une surface sans aucun contact avec celle-ci. Cette caractristique particulire rend le chauffage par rayonnement infrarouge spcialement adapt certaines applications.


34

b. Types de systmes

metteurs infrarouges

Gamme Proche infrarouge Infrarouge

moyen Infrarouge

lointain Filaments en tungstne

sous vide metteur

Lampe en verre

ou quartz

Tube de quartz avec

rflecteur

Fil en nickel-chrome sous

tube de quartz ou panneau

de silice

lments gains dacier

lments noys sous Pyrex ou

cramique

Puissance

150 W 250 W 375 W

12-14 cm : 500 W

27-28 cm : 1000 W

64-70 cm: 5000 W

30-250 cm : 500-8000 W

600 - 6000 W

150-1000 W

Temp-rature de fonction-nement

2000 C 2200 C Tubes de quartz : 1050 C

Panneaux de silice : 650 C

750 C Panneaux Pyrex : 350 C;

lments en cramique : 300

700 C

Temp-rature

maximale du produit

300 C 600 C Tubes de quartz : 500 C

Panneaux de silice : 450 C

400 C Panneaux Pyrex : 250 C;

lments en cramique :

500 C Reproduit avec lautorisation dHydro-Qubec

c. Applications

On emploie le rayonnement infrarouge dans une grande diversit dapplications sadaptant de nombreux matriaux qui ncessitent un traitement de surface. On combine souvent ce rayonnement lair chaud pour liminer les vapeurs et prvenir


35

le durcissement prmatur des surfaces. Quelques exemples dapplications comprennent notamment :

1. Mtaux

Schage de pices laves ou nettoyes. Schage de peintures, vernis ou maux vitreux. Chauffage des calandres, chauffage des surfaces de

moules. Prchauffage du mtal avant dcapage au jet ou

soudage. Traitement thermique (recuit, trempe).

2. Matires plastiques

Prchauffage avant thermoformage. Schage de granules et de feuilles aprs nettoyage. Prchauffage de tubes avant cintrage. Polymrisation dagents plastifiants. Durcissement de revtements en poudre.

3. Produits alimentaires

Cuisson / dshydratation de pains, gteaux secs et biscuits.

Rchauffage de produits alimentaires. Rtissage de la viande. Confection de la crote des pts. Pasteurisation et strilisation du lait et des jus de

fruits.


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4. Verre

Prchauffage de bouteilles et de verre feuillet. Schage de revtements dont lmail et les miroirs.

5. Textiles

Schage de textiles, adhsifs et encres. Polymrisation de rsines. Thermofixage de la mousse de latex sur les endos de

tapis.

6. Caoutchouc

Vulcanisation. Chauffage des adhsifs caoutchouts.

7. Cramiques

Schage des pices crues et des maux vitreux de poteries en argile.

8. Papier

Schage dadhsifs, produits de couchage et encres pour papier.

Polymrisation dadditifs. 9. Divers

Schage de panneaux de bois et du tabac. Thermoscellage des piles lectriques. Ramollissement de la cire.


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Thermortraction des emballages en plastique.

d. Avantages

Le rayonnement infrarouge (IR) constitue un moyen de chauffage intressant et trs efficace. Lnergie est transfre la surface dun objet sans contact avec lui et sans absorption directe notable par le milieu ambiant.

La faible inertie thermique des metteurs proche infrarouge et infrarouge moyen limine la ncessit de longues priodes de mise en marche, et aide rduire la quantit de dchets ou rebuts produits durant la fabrication.

On peut concentrer, focaliser, orienter ou rflchir le rayon-nement. Comme la densit de puissance incidente peut atteindre 250 kW/m2, les quipements ncessaires sont compacts et la dure de traitement plus rapide.

e. Limites

Vu que le rayonnement infrarouge est absorb par la surface dun matriau, les proprits thermiques de ce dernier rgiront le temps que prend la chaleur pour le traverser. Pour cette raison, lnergie de rayonnement infrarouge est moins adapte un chauffage de masse. Le chauffage de revtements rfl-chissants prsente des difficults. Lentretien des metteurs IR est plus fastidieux dans les milieux souills.

f. Rendement type

quipements de taille rduite en raison des dures de traitement plus rapides.


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Cot dinvestissement faible modr selon lapplication.

Entretien minime, limit essentiellement au nettoyage et au remplacement de lmetteur.

Rendement global lev par rapport aux autres mthodes de chauffage.


Opration unitaire effectuer (schage, chauffage, durcissement, etc.).

Longueur donde du rayonnement mettre en fonction du facteur dabsorption du produit traiter.

Forme du produit. Type ou formulation du matriau (par ex. base de

solvants vs revtement en poudre), et paisseur. Mthode de traitement (traitement continu ou

discontinu). Caractristiques du four (par ex. risques de contact ou

de chocs entre le produit et les metteurs IR). Type dmetteur (temprature de llment actif,

densit de puissance, etc.). Distance entre les metteurs et le produit chauffer,

conditions de ventilation.


metteurs rayonnement dans le proche infrarouge : o tubes ou lampes vide ou gaz inerte.

Infrarouge moyen : o filaments en mtal sous tubes en quartz ou en

silice transparente.


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o panneaux radiants. o tubes radiants.

metteurs infrarouge lointain : o panneaux en verre ou en cramique chauf-

fage par rsistances (mince couche doxyde de mtal, rsistances nickel-chrome noyes, etc.).

o lments tubulaires ou bandes en surface sur substrat en cramique fibreuse.

Systme de ventilation (lair de ventilation peut servir galement refroidir les metteurs et augmenter le rendement global du four).

Rgulation (temprature de la source en fonction-nement, vitesse de dplacement des produits, etc.).

Alimentation lectrique.

i. Exemple dinstallation

Schage dun produit en cellulose moule Paramtres Four infrarouges Four convection

Source dnergie lectricit Propane Procd de schage Infrarouge/convection Convection Puissance installe 1 MW 1,1 MW quivalent Temprature de lair 150 C en moyenne Rendement global > 80 % ~ 45 % Dure de schage ~ 9 minutes ~15 minutes Consommation spcifique dnergie

0,85 kW/kg deau vapore

1,35 kWquiv /kg deau vapore

Daprs la rfrence 1


40


Industrial Heating Equipment Association (IHEA) Tlphone : (513) 231-5613 / Web: http://www.ihea.org

Ce groupe fournit ses compagnies membres un appui leur permettant daccrotre leurs capacits en matire de prestation de services aux utilisateurs dans le domaine du traitement thermique industriel, et damliorer ainsi la performance commerciale des compagnies membres. LIHEA comprend une division quipements infrarouge (IRED).


Applied Heat Equipment Co. Limited 1312 Britannia Rd. E., Mississauga, ON L4W 1C8 Canada Tl. : (905) 670-2200 / tlcopieur : (905) 670-1927 Site Web : http://www.appliedheatequipment.com

Casso-Solar Corp. 230 Rt. 202, P.O. Box 163, Pomona, NY 01970 USA Appel sans frais : 1-800-988-4455 / Tl. : (845) 354-2500 Tlcopieur : (845) 362-1856 / Site Web : http://www.cassosolar.com

Reprsentants canadiens de Casso-Solar Corp. :

a) Synergetic Technologies (ON, MB, SK, AB, CB) 1120 Speers Rd., Oakville, ON L6L 2X4 Canada Tl. : (905) 849-7115 / tlcopieur : (905) 849-0001 Site Web : http://www.synergetic.on.ca Aucune application concernant le verre


41

b) Gaston Belanger (QC, NB, NE) 7623, rue Thames; Anjou (QC) H1K 4C2 Canada Tl. : (514) 493-3824 Comprend les applications industrielles du verre pour toutes les provinces

Fostoria Industries Inc., Process Heating Division 1200 N. Main, Fostoria, OH 44830 USA Appel sans frais : 1-800-495-4525 / tl. : (419) 435-9201 Tlcopieur : (419) 435-0842 Site Web : http://www.fostoriaindustries.com

Gasmac Inc., 509 Clair Road West, Guelph, ON N1H 6H9 Canada Tl. : (519) 836-5362 / tlcopieur : (519) 836-4242 Site Web : http://www.gasmac.com

Glenro Inc. 39 McBride Ave., Paterson, NJ 07501-1799 USA Appel sans frais : 1-888-453-6761 / Tl. : (973) 279-5900 Tlcopieur : (973) 279-9103 / Site Web : http://www.glenro.com

ITW BGK Finishing Systems 4131 Pheasant Ridge Drive North, Blaine, MN 55449 USA Appel sans frais : 1-800-663-5498 / Tl. : (763) 784-0466 Tlcopieur : (763) 784-1362 / Site Web : http://www.itwbgk.com

Research, Inc. 7128 Shady Oak Road, Eden Prairie, MN 55344 USA Tl. : (952) 941-3300 / tlcopieur : (952) 941-3628 Site Web : http://www.researchinc.com


42

Tempco Electric Heater Corporation 607 N. Central Avenue, Wood Dale, IL 60191 USA Appel sans frais : 1-888-268-6396 / Tl. : (630) 350-2252 Tlcopieur : (630) 350-0232 / Site Web : http://www.tempco.com

Reprsentants canadiens de Tempco Electric Heater Corp. :

Process Heaters Inc. 750 Oakdale Rd., #58, Toronto, ON M3N 2Z4 Canada Appel sans frais : 1-877-747-8250 / Tl. : (416) 747-8250 Tlcopieur : (416) 747-1860 / Site Web : http://www.processheaters.ca


6 Chauffage par induction

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6 CHAUFFAGE PAR INDUCTION

a. Principe

Le chauffage par induction consiste appliquer un objet ou matriau conducteur dlectricit, un champ lectromagntique cr par une bobine dinduction.

Le champ magntique variable (oscillant) appliqu un corps mtallique engendre un courant lectrique (appel courant induit) qui circule dans le corps en question et lchauffe par effet Joule. Du point de vue du rendement nergtique, le chauffage par induction dune pice mtallique est en gnral beaucoup plus efficace et plus rapide que le chauffage obtenu par un four convection ou rayonnement du fait que la chaleur est produite directement lintrieur du matriau; et mme sil existe certaines pertes lies lalimentation lectrique, ces pertes sont trs infrieures celles des fours combustion, des schoirs lectriques ou des radiateurs radiants. Du point de vue contrle, la puissance absorbe par la pice peut tre contrle avec prcision par la forme des bobines, lintensit du champ et la dure dapplication. tant donn que lquipement de chauffage par induction ne ncessite aucune


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enceinte chauffe ou chemine, le remplacement dun appareil combustion par un quipement de chauffage par induction peut grandement amliorer lenvironnement de travail dans la zone du procd.

On utilise surtout le chauffage par induction lectro-magntique pour chauffer des matriaux mtalliques (cest le chauffage direct) ou pour chauffer un creuset mtallique qui transmet la chaleur par conduction et convection la charge non mtallique traiter, (cest le chauffage indirect).

Le procd repose sur le mme principe que celui du transformateur. La source du champ magntique variable correspond au circuit primaire (linducteur) tandis que le corps mtallique chauff, travers lequel circule le courant de court-circuit, reprsente le circuit secondaire.

Grce la production directe et immdiate de chaleur dans la pice mtallique ou le creuset mtallique, le chauffage par induction offre une efficacit trs leve de lnergie consomme, vu que trs peu dnergie est dissipe dans les matriaux environnants ou dans lair, alors que presque toute lnergie est fournie par le champ magntique au mtal solide ou au creuset et sa charge (de la mme manire que dans la cuisson par induction). Ce qui fait que moins de chaleur est rejete dans la zone locale ou la sortie du procd.

b. Types de systmes

Systmes fonctionnant la frquence du rseau, haute frquence et double frquence.

Installations de fusion et dattente :


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o fours induction canal. o fours induction haute frquence.

Systmes de chauffage o bobines solnodes. o bobines dinduction plates. o types convoyeur.

c. Applications

Chauffage direct des mtaux (applications mtallurgiques)

Quasiment tous les modes de chauffage des mtaux. Fusion et fonte de lacier, de la fonte, de laluminium,

du cuivre, du zinc, du plomb, du magnsium, des mtaux prcieux et alliages.

Chauffage avant faonnage ou forgeage (brames, billettes, tles, tubes, barres, pions, etc.).

Traitements thermiques (trempe des engrenages et recuit des tubes, soudures, fils, tles, etc.).

Chauffage avant traitements de surface des pices mtalliques (nettoyage, schage, dcapage, galvani-sation, tamage, maillage, revtements organiques, etc.).

Soudage et brasage. Durcissement des poxydes. Chauffage slectif de pices et collage de corps

mtalliques et non mtalliques.


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Chauffage indirect de matriaux dans des rcipients mtalliques

Chauffage des filires et des platines de presse dans lindustrie des matires plastiques.

Chauffage des racteurs chimiques dans la fabrication des rsines, peintures et encres.

Chauffage des cuves dans lindustrie alimentaire. Chauffage des lits fluidiss. Fusion et cristallisation du verre, des oxydes

rfractaires et des dchets nuclaires.

d. Avantages

La particularit marquante du chauffage par induction est labsence de tout contact physique entre la source dnergie et lobjet chauffer. Parmi les autres avantages citons :

Chauffage trs rapide (immdiat) pour un temps de sjour moindre et une cadence de production accrue.

Reproductible. Immdiat. Optimis par rsonance. Rendements levs. Aucune nergie perdue pendant la marche vide. Chauffage orient avec possibilit de chauffage localis

et contrle de la profondeur de pntration; pas de risque de chauffage de composants non destins au traitement.

Rduction des pertes doxydation et absence de dcarburation.

Encombrement rduit.


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Amlioration notable des conditions de travail (par diminution de la chaleur et du bruit) et des conditions denvironnement (la chaleur est sur la pice et non dans lair qui lentoure; les pertes de chaleur de lquipement sont trs faibles).

limination des produits de combustion, des ractions indsirables et de la contamination.

Brassage du bain dans les procds de fusion (favorise lhomognit des alliages et une fusion rapide).

Peut tre employ dans des conditions atmosphre contrle.

Utilisation scuritaire.

e. Limites

Mal adapt aux pices de forme irrgulire durant le forgeage.

Exige de remplacer linducteur et parfois de procder une compensation pour les pices de forme non rptitive.

f. Rendement type

Densit de puissance trs leve : de 50 50 000 kW/m2

Bon rendement global : de 70 75 % en moyenne et pouvant atteindre 90 %.

Le rendement est fonction des paramtres de fonctionnement : gomtrie des inducteurs, distance entre inducteurs et matriau, nature des matriaux traiter, et proprits des conducteurs des inducteurs, etc.


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Puissance spcifique de sortie pouvant atteindre plusieurs MW.


Les matriaux traiter peuvent tre de bons ou de mauvais conducteurs dlectricit. Dans le premier cas (objets mtalliques), le traitement est direct alors que dans le second cas, le matriau est chauff indirectement par un rcipient mtallique lui-mme chauff par induction.

Dimensions et forme de la pice (les pices plus petites ou plus minces sont en principe chauffes plus efficacement par chauffage direct par rsistances).

Le choix de la frquence du champ magntique variable est important car sa profondeur de pntration et, par consquent, celle de leffet de chauffe, est inversement proportionnelle la racine carre de la frquence.

Il convient galement de tenir compte de la perma-bilit magntique, de la rsistivit lectrique et de la conductivit thermique du matriau chauffer, ainsi que de la faon dont ces paramtres varient en fonction de la temprature.

La configuration des inducteurs est fonction de celle des matriaux; ils doivent tre situs aussi prs que possible lun de lautre pour obtenir un bon rendement.


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La source de frquence doit tre choisie en fonction de la dimension et de la nature de lobjet, ainsi que du degr de pntration souhait. Ce degr dpend lui-mme des exigences de lapplication donne. Les sources de courant oscillatoire peuvent tre :

o un transformateur 60 Hz. o des convertisseurs de frquence et des oscilla-

teurs dans la gamme de quelques dizaines de Hz quelques MHz.

Bobine inductrice (ou applicateur) transformant le courant oscillatoire en un champ magntique alternatif de gomtrie approprie (il existe une grande diversit dinducteurs). Les types de bobines employs dans lindustrie comprennent :

o bobines dinduction solnodes pour les produits de grande dimension.

o bobines dinduction tunnel pour des sries de petits objets.

o bobines dinduction plates pour objets plats. o condensateurs ajustables. o fours de types divers ( creuset, canal,

poche, convoyeur, etc.).


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Forgeage chaud de billettes 30 000 tonnes/an; 4 000 heures par an Paramtres Induction Four gaz

Cot relatif dinstallation 3 1 Efficacit du chauffage 60 % 15 % Pertes dans les matriaux 0,75 % 3 % Main-duvre relative 1 2 Cot dexploitation annuel relatif 1 1,3 Daprs la rfrence 1 j. Sources pratiques dinformation

http://www.ihea.org/

Industrial Heating Equipment Association -- Rpertoire des membres (fournisseurs de service et dquipements de chauffage industriel : tous types et procds et tous types de combustibles).

http://www.ameritherm.com/appnotes.html

Excellentes notes pratiques pour des applications spcialises du chauffage par induction, particulirement celles combinant mtaux et matires plastiques.


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http://www.industrialheating.com/CDA/Articles/Tabloid_Showcases

The International Journal of Thermal Technology -- Ce site Web prsente plusieurs fournisseurs dquipements et de services en matire de chauffage par induction.

http://www.cihinduction.com/

La compagnie Cheltenham Induction Heating Limited fournit des quipements destins des applications de chauffage par induction dune puissance de 1 120 kW.

http://www.ameritherm.com/

La compagnie Ameritherm fabrique des alimentations RF dune puissance de 10 W 250 kW fonctionnant des frquences comprises entre 5 et 400 kHz.

http://www.rdoinduction.com/inductionheating.htm

Fournisseur dquipements de chauffage par induction pour chauffage, brasage, soudage, etc., destins des applications demandant des puissances dune fraction de watt jusqu 100 kW, et des fondeuses induction pour mtaux prcieux et alliages (jusqu 7,5 kW).


52

http://www.fluxtrol.com/

Services de conception de bobines dinduction et de contrle du flux, et produits pour concentration et redistribution du flux magntique sur la pice en cours de traitement.

http://www.heattreatquotemaster.com/

Services contractuels de traitement thermique -- le Metal Treating Institute (MTI) reprsente le plus important rseau dexperts du traitement thermique commercial rpondant aux besoins de spcialisation et de capacit des entreprises de traitement thermique intgres. Le MTI est constitu dentre-prises commerciales de traitement thermique spcialises dans de nombreux procds et traitements de lacier et des mtaux et notamment le recuit, le brasage, le forgeage, le frittage, le trempage et autres traitements thermiques. Le Heat Treat QuoteMaster est un systme convivial qui facilite le processus complet de slection des fournisseurs en distribuant automati-quement les demandes de prix (RFQ) aux membres actifs du MTI travers toute lAmrique du Nord

http://www.inductionatmospheres.com/

Induction Atmospheres est un intgrateur de systmes indpendant qui possde de vastes installations et laboratoires, une expertise en ingnierie, ainsi que des possibilits dusinage et de fabrication sur place. Il offre des systmes induction cls en main pour chanes de production de petites sries, y compris le brasage par induction en atmosphres contrles.


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http://www.advancedenergy.org/industrial_process_heating

Advanced Energy est une organisation autonome sans but lucratif qui est en mesure dvaluer, dprouver et de recommander des solutions impartiales dans le domaine des applications de chauffage industriel.



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7 Chauffage par radiofrquence

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7 CHAUFFAGE PAR RADIOFRQUENCE

a. Principe

Lorsque lon place un matriau non conducteur dlectricit dans un champ lectrique haute frquence (alternatif), les charges des lectrons et des protons des molcules du matriau tendent saligner dans la direction du champ lectrique appliqu. Il en rsulte une vive agitation des molcules qui se transforme en chaleur lintrieur du matriau par suite de linteraction molculaire (frottement). La chaleur produite ne dpend nullement de la conductivit thermique du matriau lui-mme; elle est plutt fonction des proprits dilectriques du matriau traiter. La gamme des frquences employes pour le chauffage dilectrique va de 10 MHz 300 MHz. Le matriau chauffer est dispos entre deux lectrodes de telle sorte que le champ lectrique oscillant existant entre ces deux plaques provoque lchauffement des matires places dans ce champ (voir lillustration ci-dessous).


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Cette caractristique est couramment employe pour acclrer le chauffage et le schage des adhsifs dans la production des produits feuillets, la chaleur tant engendre lintrieur du matriau et nayant pas traverser ce dernier par conduction depuis la surface.

b. Types de systmes

Fonctionnement sous frquence fixe ou variable. Systmes chauffage discontinu ou continu (par ex.,

convoyeur). Systmes convoyeur (caractriss par la configuration

des lectrodes. o lectrodes plates pour objets pais. o de types dispersion du champ pour bandes

de tissu minces. o types dlectrodes en quinconce pour feuilles

paisses. Systmes de chauffage tubulaire (pour les liquides).

c. Applications

Chauffage et vaporation de leau contenue dans les matriaux scher, sous rserve quils soient isolants et de forme assez rgulire (papier, carton, planches, textiles, bois, etc.).

Chauffage de tout matriau isolant, sous rserve quil ait un facteur de pertes dilectriques lev (colles, matires plastiques, rsines, etc.).

Parmi les applications qui sont mises en uvre par les utilisateurs industriels, citons :


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o ajustement du niveau de schage et dhumi-dit des bandes de tissu, feuilles, planches et matriaux en vrac.

o schage des revtements base deau, encres et adhsifs dans la fabrication et la transfor-mation du papier.

o schage sous atmosphre ou sous vide des produits du bois et des bois duvre et de charpente de dimensions courantes.

o schage et application de teintures sur les fils textiles, tissus et vtements.

o schage des fils de fibre de verre et des fils de base coups.

o schage des pices crues en cramique avant cuisson.

o schage des noyaux de moules en sable base de rsine.

o schage des gteaux de filtration. o collage des stratifis, sacs en papier et botes

de carton. o soudage et scellage des matires plastiques. o prchauffage des feuilles de plastique avant

faonnage et moulage. o chauffage et durcissement des panneaux

composites. o contrle du schage et de lhumidit aprs

cuisson des biscuits, craquelins, crales et autres produits alimentaires.

o chauffage, cuisson et pasteurisation des matires fluides.

o traitement thermique, dsinfestation et pasteurisation des matires ensaches.

o strilisation des dchets mdicaux.


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d. Avantages

Ce procd permet le chauffage direct et instantan de lintrieur des matriaux dilectriques (ce qui est impossible dans les mthodes classiques de chauffage).

Possibilit de mise en uvre de densits de puissance leves tout au long du procd, ce qui rduit ainsi notablement la dure du traitement et lencombrement de lquipement; productivit accrue.

Pour le schage : o gradient avantageux dlimination deau. o rendement lev mme dans le cas du schage

final. o chauffe slective de leau : ajustement du

niveau dhumidit lintrieur du matriau trait sans surchauffe du produit (ce qui se traduit par une consommation dnergie moindre et une meilleure qualit).

o consommation dnergie haute frquence (RF) dans le cas des matriaux humides seulement; avantageux pour le chauffage de pices distinctes ou espaces (chauffage intermittent).

Transfert de chaleur sensiblement indpendant de la temprature et du dbit de lair de ventilation :

o ventilation rduite (dbit et nergie) au minimum strictement ncessaire pour llimination de lhumidit.

o fonctionnement basse temprature (rduc-tion des pertes travers les parois et par la chemine de ventilation).

Mise en marche et arrt instantans.


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e. Limites

Cots dinvestissement levs : o les applications sont plus conomiques dans le

cas des produits valeur ajoute leve. o les applications sont plus conomiques dans le

cas dutilisation combine avec des procds moins coteux (par ex. infrarouges, air chaud.

Une protection du personnel contre les rayonnements lectromagntiques est ncessaire.

Comparaisons avec le chauffage par hyperfrquences (micro-ondes)

On utilise lexpression chauffage dilectrique pour dcrire lensemble des techniques de chauffage par radiofrquence et par hyperfrquences (micro-ondes ou MW). Ces deux techniques de chauffage diffrent notamment par le comportement des divers matriaux traits et par la nature des composantes employes :

Le cot dinvestissement de lquipement de chauffage par radiofrquence RF est environ moiti moindre que celui de lquipement micro-ondes.

Dans le chauffage par radiofrquence RF, aucune puissance nest dissipe lorsquil ny a pas de charge (contrairement au chauffage par micro-ondes).

Les puissances de sortie des sources de chauffage RF (tubes ou amplificateurs semi-conducteurs) sont plus leves que celles utilises pour le chauffage MW, ce qui entrane par suite une rduction de lchelle des


60

prix (RF : jusqu 900 kWRF; MW : jusqu 75 100 kWMW).

Le chauffage RF est mieux adapt aux matriaux plats et de grandes dimensions (puissance uniforme et type dapplicateurs), alors que le traitement des produits de forme irrgulire est plus ais dans les cavits multi-modes MW.

Les choix du chauffage RF sont plus tendus pour des adaptations aux diffrentes situations.

Le chauffage MW est mieux adapt aux matriaux ayant un faible facteur de pertes dilectriques.

Le chauffage MW se prte mieux aux applications exigeant des densits de puissance leves sans quil y ait de claquage (par ex. amorage darc).

f. Rendement type

Efficacit de conversion de llectricit en RF : de 55 70 %; jusqu 80 % avec la technologie des amplifi-cateurs haute frquence semi-conducteurs.

Rendement global du procd : de 50 70 %. Rendement global plus lev dans les systmes

frquence flottante, qui exigent toutefois un niveau suprieur de blindage RF.

Pour le schage, le rendement reste encore lev, mme lors des phases finales de schage.

Densit de puissance ralisable : pouvant atteindre 200 kWRF/m

2 Puissance unitaire : pouvant atteindre 900 kWRF/tube. Dure de vie utile des tubes : de 5 000 10 000

heures.


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Les matriaux traiter doivent tre dilectriques, c.--d. non conducteurs dlectricit, sinon, le champ lectrique est entirement rflchi et ne peut pntrer dans le matriau.

Le traitement (chauffage, schage, collage, etc.) peut tre effectu en discontinu ou en continu.

La frquence choisie peut varier en fonction de la raction du matriau; cette frquence peut tre variable ou fixe.

Les pices traiter devront tre de prfrence de forme rgulire ou plate.

Les types dlectrodes et de convoyeur, la densit de puissance et la puissance totale installer doivent tre dtermins.

La possibilit de combiner la technique des hautes frquences avec une autre technique telle que celle des infrarouges ou de lair chaud devra tre srieusement envisage.


Gnrateur de chauffage haute frquence

Oscillateur RF triode aliment en courant continu haute tension.

Peut fonctionner selon deux modes : o frquence fixe. o frquence variable (qui sadapte automati-

quement la charge de matriau se trouvant dans lapplicateur).


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Trois bandes de frquences sont alloues par la rglementation gouvernementale : 13,56 MHz, 27,12 MHz et 40,68 MHz. Seules les frquences autorises peuvent tre utilises dans les systmes ouverts.

Pour les fours qui sont ferms et blinds de faon approprie, les frquences employes peuvent aller de 1 300 MHz.

Applicateurs de champ lectrique (trois principaux types)

Avec plaques parallles situes de chaque ct du produit traiter; employ lorsque le produit est pais ou de forme complexe.

Avec un systme strayfield dlectrodes (tiges) de polarit alterne situes sur un des cts du produit trait, lequel est trs mince, plat et prsente une grande surface.

Avec lectrodes disposes en quinconce (ou feston) sur les deux cts du produit trait, lequel est relativement mince, plat et prsente une grande surface.

Four

Traitement discontinu ou continu (tunnel). Convoyeur isolant (fibre de verre et tflon) ou chssis

en acier glissant sur une plaque dacier raccorde la terre.

Zone dentre pour attnuation du champ lectro-magntique.


63

i. Exemples dinstallations

Schage final du papier

600 kWRF (1000 kW). 1925 m2/min de papier (60 120 g/m2);

augmentation de 30 % de la cadence de production; rendement de chauffage global RF de 70 %; diminution de 10 % de la consommation dnergie pour lensemble de la machine : uniformit du profil dhumidit de 0,5 % [Rf. 1, 3].

Collage de bois

4 kWRF pour 0,1 m2 de joints en 1 2 minutes; 100 kWRF pour

4 m3/h de contreplaqu; 900 kWRF (1450 kWlect) pour la fabrication de panneaux en carton-fibre de 2,2 cm dpaisseur la cadence de 15,7 kg/m2 en 4 minutes [Rf. 1, 3].


Association for Microwave Power in Europe for Research and Education (AMPERE) AMPERE EUROPE LIMITED, IPTME, Loughborough University, Loughborough LE11 3TU UK Site Web : http://www.ampereeurope.org

International Microwave Power Institute (IMPI) 7076 Drinkard Way, Mechanicsville, VA 23111 USA Tl. : (804) 559-6667 / tlcopieur : (804) 559-4087 Site Web : http://www.impi.org


64


Heatwave USA, Inc. 2700 Orchard Ave., McMinnville, OR 97128 USA Tl. : (971) 241-5060 / Site Web : http://www.heatwave.com

Nemeth Engineering Associates, Inc. 5901 W. Highway 22, Crestwood, KY 40014 USA Tl. : (502) 241-1502 / tlcopieur : (502) 241-5907 Site Web : http://www.nemeth-engineering.com

Petrie Technologies Ltd. Ackhurst Road, Chorley, Lancashire PR7 1NH UK Tl. : +44 (1257) 241 206 / Fax: +44 (1257) 267 562 Site Web: http://www.petrieltd.com

PSC Division of C. A. Litzler Co., Inc. 21761 Tungsten Road, Cleveland, OH 44117 USA Appel sans frais : 1-800-538-1337 / tl. : (216) 531-3375 tlcopieur : (216) 531-6751 / Site Web : http://www.pscrfheat.com

Radio Frequency Company, Inc. 150 Dover Road, P.O. Box 158, Millis, MA 02054-0158 USA Tl. : (508) 376-9555 / tlcopieur : (508) 376-9944 Site Web : http://www.radiofrequency.com

Strayfield Limited Ely Road, Theale, Berkshire, RG7 4BQ UK Tl. : +44 (0)870 428 1086 / tlcopieur : +44 (0)870 428 1087 Site Web : http://www.strayfield.co.uk


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Amplificateurs de puissance haute frquence semi-conducteurs

Nautel Limited 10089 Peggys Cove Rd, Hacketts Cove, NS B3Z 3J4 Canada Tl. : (902) 947-8200 / tlcopieur : (902) 947-3693 Site Web : http://www.nautel.com



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8 Chauffage par micro-ondes (hyperfrquences)

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8 CHAUFFAGE PAR MICRO-ONDES (HYPERFRQUENCES)

a. Principe

Le matriau chauffer est soumis un champ lectromagn-tique ultra-haute frquence (UHF). Ce champ entrane une dformation ou une oscillation des molcules lintrieur du matriau. Lnergie des dplacements alterns des molcules est convertie en chaleur lintrieur du matriau du fait de linteraction intermolculaire (par ex. frottement). La chaleur produite ne dpend pas de la conductivit thermique du matriau lui-mme, mais plutt des proprits dilectriques du matriau trait. Dans le chauffage par micro-ondes, on utilise un gnrateur dondes ultra-haute frquence (magntron) pour produire le champ UHF (de 915 ou 2450 MHz) et un guide dondes (tube mtallique), une tuyre ou un cornet pour orienter lnergie dans un matriau ou lintrieur dune enceinte dans laquelle se trouve le matriau chauffer. La figure ci-dessous illustre un systme type.


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b. Types de systmes

Systmes discontinus

Multi-mode (c.--d. cavit de chauffage de grande dimension ou four).

mode unique (c.--d. zone de chauffage de petite dimension, densit de puissance leve).

Types tubulaires (pour les liquides) : o ondes stationnaires. o serpentin ou tube spiral.

Guide dondes rayonnant fentes. Cornet rayonnant.

Systmes continus

Multi-mode (c.--d. cavit de chauffage de grande dimension ou four).

mode unique (c.--d. zone de chauffage de petite dimension, densit de puissance leve).

Types tubulaires (pour les liquides) : o ondes stationnaires. o serpentin ou tube spiral.

Systmes tube rotatif (pour les matriaux granulaires ou en poudre).

Guide dondes fentes (pour les bandes de tissu). Guide dondes rayonnant fentes.

c. Applications

Chauffage et vaporation de leau dans les matriaux dilectriques ncessitant un schage, mme de formes


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complexes, sous rserve quils naient pas des dimensions trop importantes.

Prchauffage et vulcanisation de produits en caoutchouc.

Chauffage et dconglation partielle de la viande congele et autres produits alimentaires.

Cuisson du bacon et daliments divers. Schage des ptes alimentaires. Dshydratation sous vide de produits alimentaires Schage froid. Blanchiment des lgumes. Schage et durcissement de revtements sur les tapis,

textiles, papiers, matires plastiques, appareils lectroniques.

Oprations de teintures sur les textiles. Strilisation de marchandises dj emballes. Strilisation de dchets mdicaux. Schage de noyaux de moulage (sable et rsine) et des

moules en thermomousse. Schage des produits en cramique avant cuisson. Schage de la coquille de moulage la cire perdue

entre les trempages. Schage des produits du bois, du textile et du papier. Frittage des cramiques. Polymrisation. Traitement des dchets nuclaires ou toxiques. Production de plasma dans les procds chimiques.

d. Avantages

Aptitude particulire chauffer lintrieur des matriaux dilectriques (chauffage volumtrique)


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directement et instantanment, ce qui est impossible avec les procds de chauffage classiques.

Possibilit demployer des densits de puissance trs leves; il en rsulte des quipements de taille rduite et une productivit accrue (du fait des dures de chauffage plus courtes).

Dans certaines applications, le chauffage slectif permet dappliquer lnergie et le chauffage l o ils sont ncessaires et dobtenir un rendement et une productivit levs.

Production dun gradient de temprature favorisant llimination de leau ou le schage.

Rduction des pertes de matriaux et production amliore en termes de quantit.

Dmarrage et arrt quasiment instantans, rduisant les pertes dnergie des priodes dattente.

Le transfert de chaleur relativement indpendant de la circulation dair rduit les besoins en coulement dair et de temprature levs, diminuant ainsi les pertes de chaleur.

e. Limites

Cot dinvestissement lev. Faible puissance unitaire; peut ncessiter de multiples

sources dnergie et limiter la taille de linstallation. Effets de chauffage indsirables avec certains mat-

riaux (augmentation de temprature incontrlable, brlure).

Ncessit de blindage contre le rayonnement lectro-magntique.


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Le traitement uniforme de surfaces importantes peut savrer difficile.

f. Rendement type

Le rendement global du procd (de 50 70 %) est bien plus lev que celui des techniques classiques de chauffage, et la consommation dnergie est fortement rduite en raison des dures de traitement plus courtes et de la possibilit de chauffage slectif.

La densit de puissance peut atteindre 500 kW/m2 La puissance unitaire de gnrateur peut atteindre

30 kW par tube 2450 MHz, et 100 kW par tube 915 MHz.

La dure de vie du tube de puissance atteint en moyenne de 5 000 8 000 heures


Les matriaux traiter doivent tre dilectriques, c.--d. non conducteurs dlectricit, sinon, le champ lectrique est entirement rflchi et ne peut pntrer dans le matriau.

Type dapplicateur et configuration (par lots ou continu).

Frquence de fonctionnement. Densit de puissance et puissance totale ncessaire. Facteur de pertes dilectriques du matriau traiter, et

changements en fonction de la temprature. Possibilit de combiner la technique avec dautres

technologies de chauffage.


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Gnrateur

Tubes magntron ou klystron aliments en courant continu haute tension.

Systme de guide dondes

Isolateurs / circulateurs 3 accs. Guides dondes, antennes, antenne fictives, et rgleurs.

Applicateurs (principaux types)

Multi-mode, cavit compartimente (par ex. four micro-ondes mnager).

Multi-mode, tunnel. Guide fentes. Guide dondes rayonnant fentes. Applicateur onde progressive. Cavit rsonante mode unique.

Frquence

Comprise entre 300 MHz et 300 GHz. Les appareils de chauffage de classe industrielle fonctionnent en gnral une frquence de 915 MHz ou 2450 MHz.


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Vulcanisation de profils extruds en caoutchouc Paramtres Systme micro-

ondes Systme bain de sel

Configuration du systme

Chauffage continu par micro-ondes (2450 MHz) avec une section air chaud

Bain de sel fondu en continu

Longueur de la partie chauffante

Section micro-ondes : 2,8 8,8 m Section air chaud : 6,6 mm

Longueur du rservoir : de 7 15 m

Temprature de fonctionnement

Temprature de lair chaud pouvant atteindre 260 OC

Temprature du bain de sel : 200 250 OC

Dmarrage du procd

Dmarrage et chauffage presque instantans

Prchauffage denviron 2 heures requis

Transfert de chaleur

Chauffage volumtrique, adapt aux sections paisses

Chauffage de la surface par contact, avec chauffage du noyau par conduction

Taille limite dextrusion

Sections pouvant atteindre environ 200 mm2

paisseur jusqu 25 mm (limite par le coefficient de transmission de chaleur)

Cadence de production

45 m la minute 25 m la minute (pour 50 g par m de produit)

Nettoyage du produit aprs transformation

Non ncessaire Le nettoyage est essentiel

Consommation de sel

Aucune 4 5 kg lheure

Daprs les rfrences 1 et 3


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Association for Microwave Power in Europe for Research and Education (AMPERE) AMPERE EUROPE LIMITED, IPTME, Loughborough University, Loughborough LE11 3TU UK Site Web : http://www.ampereeurope.org

International Microwave Power Institute (IMPI) 7076 Drinkard Way, Mechanicsville, VA 23111 USA Voice: (804) 559-6667 / Fax: (804) 559-4087 Site Web : http://www.impi.org


Cober Electronics, Inc. 151 Woodward Avenue, Norwalk, CT 06854 USA Tl. : (203) 855-8755 / tlcopieur : (203) 855-7511 Site Web : http://www.cober.com

CoberMuegge LLC 151 Woodward Avenue, Norwalk, CT 06854 USA Tl. : (203) 852-0343 / tlcopieur : (203) 852-0214 Site Web : http://www.cobermuegge.com

Environmental Waste International 283 Station Street, Ajax ON L1S 1S3 Canada Tl. : (905) 686-8689 / tlcopieur : (905) 428-8730 Site Web : http://www.ewmc.com


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The Ferrite Company Inc. 165 Ledge Street, Nashua, NH 03060 USA Appel sans frais : 1-800-854-1466 / Tl. : 603-881-5234 Site Web : http://www.ferriteinc.com

Industrial Microwave Systems LLC 3000 Perimeter Park Drive - Building I, Morrisville, NC 27560 USA Appel sans frais : 1-888-321-4467 / Tl. : 919-990-9900 Tlcopieur : 919-990-9596 Site Web : http://www.industrialmicrowave.com

Microdry Incorporated 5901 W. Highway 22, Crestwood, KY 40014 USA Tl. : (502) 241-8933 / tlcopieur : (502) 241-8648 Site Web : http://www.microdry.com

Microwave Research and Applications, Inc. 8673 Cherry Lane, Laurel MD 20707 USA Tl. : (866) 953-1771 / tlcopieur : (301) 369-0523 Site Web : http://www.microwaveresearch.com

Thermex-Thermatron Inc. 11524 Commonwealth Dr., Louisville, KY 40299 USA Tl. : (502) 266-5454 / tlcopieur : (502) 266-5453 Site Web : http://www.thermex-thermatron.com



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9 Chauffage direct par rsistance

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9 CHAUFFAGE DIRECT PAR RSISTANCE

a. Principe

Le chauffage direct par rsistance met en uvre le passage dun courant continu ou alternatif directement travers le produit chauffer. Vu que la pice chauffer doit tre conductrice dlectricit, on donne souvent au chauffage direct par rsistance le nom de chauffage par conduction

Dans ce type de chauffage, on doit employer des lectrodes de type pince ou circulaires qui assurent le contact physique avec le produit chauffer. Voir le schma ci-dessus. Dans le cas des produits alimentaires, la sauce ou le jus constitue la composante qui conduit le courant lectrique, ce qui fait que le procd est parfois appel chauffage ohmique. La rsistance (R) quoppose le produit au passage du courant (I) qui le traverse engendre lnergie thermique I2R. Les courants basse frquence (60 Hz) chauffent la pice toute entire, alors que les courants haute frquence (400 kHz) chauffent plutt la surface de la pice.


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b. Types de systmes

Rchauffeur de mtal (rchauffeur de billettes, traite-ment thermique).

Soudage par rsistance (soudage par points, soudage continu, etc.).

Chauffage et fusion de produits non mtalliques (par ex. verre, carbure de silicium, bains de sel).

Dispositifs de cuisson et de strilisation des aliments (dsigns couramment sous le nom de chauffage ohmique).

Gnrateurs de vapeur (par ex. chaudires lectrodes haute tension, gnrateurs dhumidit employs dans les systmes CVC de btiments).

c. Applications

Traitement thermique des mtaux. Chauffage des mtaux ferreux avant formage ou

faonnage. Rchauffage de mtaux. Fusion des mtaux. Assemblage de mtaux : soudage par points, continu

et par tincelage. Fusion du verre. Chauffage de leau et production de vapeur. Cuisson et strilisation des aliments. Production dlectrodes en graphite. Cure acclre du bton.


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d. Avantages

Vitesse rapide de chauffage. Le chauffage se produit aux emplacements voulus. Rendement lev : seule la pice chauffer est traite. Aucun produit de combustion nest engendr. Rduction de lespace ncessaire aux quipements. Cots dinvestissement modrs.

e. Limites

Les surfaces de contact doivent tre propres et non oxydes de faon assurer une bonne connexion lectrique.

Chauffage

Pour un chauffage homogne, les pices doivent avoir une section uniforme.

La pice doit tre longue et mince (c.--d. avoir un rapport longueur/diamtre gal au moins 6:1).

Est mieux adapt aux petites sections (c.--d. de diamtre infrieur 3 cm).

Les gros systmes (par ex. pour la fusion du verre) peuvent avoir des cadences de production limites par les caractristiques de lalimentation lectrique.

Soudage

La configuration des pices doit assurer une rsistance leve au passage du courant.


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f. Rendement type

La densit de puissance peut aller jusqu 100 kW et atteindre 105 kW/m2

Conversion dnergie lectrique : > 95 %. Rendement global de procd : en principe de 75 %

95 %.


Forme, dimension et homognit du matriau (pour un chauffage uniforme); de faon gnrale < 3 cm de diamtre et rapport longueur/diamtre gal au moins 6:1.

Rsistivit lectrique du matriau (quilibre tension/courant).

Rsistances des connexions (surchauffe localise). Pertes thermiques travers les surfaces (radiation,

convection) et dans les connexions (conduction). Tension et puissance de lalimentation (c.c., c.a.,

puissance ncessaire). Effet pelliculaire (lnergie dissipe varie selon la

frquence de fonctionnement et la profondeur de pntration du courant).


Alimentation lectrique. Systme de commande et de rgulation du procd. Dispositifs de raccordement et circuit dentre du

courant. Chambre de traitement (option). Systme de manutention des matriaux.


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Chauffage pour forgeage de pices brutes Paramtres Chauffage direct par rsistance

Four combustible fossile

Configuration du systme

Chauffage individuel des pices brutes

Chauffage par lots de barres longues

Temprature de forgeage des pices brutes recherche

1230 C 1230 C

Contrle de temp-rature des pices brutes

Automatis Jugement de loprateur

Temps de chauffage < 15 sec de 15 20 minutes Rendement nergtique

~ 85 % de 17 % 20 % (sans rcupration)

de 35 % 40 % (avec rcupration)

nergie consomme ~ 280 kWh/tonne ~ 140 m3 GN /tonne ~ 70 m3 GN /tonne (avec rcupration)

Formation doxyde Faible ou aucune < 0,5 %

Notable ~ 2 %

Travail relatif dop-rateur ncessaire

0,5 x 1 x

Surface relative dusine ncessaire

0,8x 1 x

Environnement en usine

Plus frais & plus propre

Chaud, avec fumes et impurets

provenant du four Daprs les rfrences 19 et 20


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Chauffage ohmique des aliments

Ohio State University http://www.osc.edu/research/video_library/ohmic.shtml http://ohioline.osu.edu/fse-fact/0004.html

Agroalimentaire Canada http://sci.agr.ca/crda/pubs/art10_e.htm

Soudage et assemblage par points

Resistance Welding Manufacturers Alliance 550 NW LeJeune Road, Miami, FL 33126 USA Tl. : (305) 443-9353 / tlcopieur : 305-442-7451 Site Web: http://www.aws.org/rwma/index.html


quipement de chauffage

IHS (an Inductotherm Group Company) 5009 Rondo Drive, Fort Worth, TX 76106 USA Appel sans frais : 1-800-486-5577 / tl. : (817) 625-5577 tlcopieur : (817) 625-1872 / Site Web : http://www.ihs-usa.com


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Composants et quipements de soudage

Huys Industries Ltd. 175 Toryork Dr., #35, Weston (ON) M9L 1X9 Canada Appel sans frais : 1-800-461-9936 / tl. : (416) 747-1611 tlcopieur : (416) 747-7171 Site Web : http://www.huysindustries.com

Resistance Welding Products Ltd. 9270, rue Marlborough, C.P. 670, Blenheim (ON) N0P 1A0 Canada Appel sans frais : 1-800-265-5262 / tl. : (519) 676-8173 tlcopieur : (519) 676-3329 / Site Web : http://www.rwpweld.com

WTC Canada 240, chemin Cordova, Oshawa (ON) L1H 7N1 Canada Tl. : (905) 433-1230 / tlcopieur : (905) 433-1257 Site Web: http://www.wtc.ca

Chaudires

A E P Thermal Inc. 8190, boul. Montview, Montral (QC) H4P 2L7 Canada Tl. : (514) 342-5656 / Site Web : http://www.acmeprod.com

Electric Steam Generator Corp. 600 S. Oak St. P.O. Box 21, Buchanan, MI 49107 USA Appel sans frais : 1-800-714-7741 / tlcopieur : (269) 695-7777 Site Web : http://www.esgcorp.com


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Avis : cette liste de fournisseurs ne constitue pas un rpertoire complet ou exhaustif. La mention de tout produit, procd, service ou vendeur dans cette publication ne lest qu des fins purement documentaires et ne doit pas tre considre comme une recommandation de la part des auteurs ou des diteurs

10 Chauffage indirect par rsistance

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10 CHAUFFAGE INDIRECT PAR RSISTANCE

a. Principe

Le chauffage indirect par rsistance met en uvre le passage du courant la frquence du rseau travers des lments chauffants de rsistance leve. La rsistance oppose au passage du courant engendre de la chaleur et cette chaleur est transfre au matriau traiter par conduction, convection, et/ou rayonnement. Les tempratures des matriaux traits peuvent varier de la temprature ambiante jusqu 1700 C (3100 F) ou plus (sous atmosphre inerte), selon lapplication et le type des lments chauffants. Ce type de chauffage est en principe effectu dans une enceinte bien isole, comme par exemple un four lectrique. On minimise ainsi les pertes thermiques pour obtenir un rendement de chauffage lev qui est gnralement de lordre de 80 %.


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b. Types de systmes

On peut employer le chauffage indirect par rsistance de plusieurs faons diffrentes :

Modes de chauffage la demande dans lesquels inter-viennent une grande diversit dlments chauffants rsistances encastres.

Contact direct avec le matriau chauffer (par ex. chauffe-eau lments immergs).

En chauffant une substance intermdiaire (par ex. air chaud de schage).

Comme source de chaleur dans une enceinte isolation thermique (par ex. four).

Pour les applications de fours, on peut utiliser plusieurs types dlments chauffants et denceintes, en fonction des tempra-tures dsires, du produit chauffer et du procd. On retrouve quatre catgories de fours rsistance :

Fours atmosphre normale ou contrle. Fours procd par lots ou procd continu. Fours chargement par lots (manuel, motoris, etc.). Fours chargement continu (par ex. bande trans-

porteuse).

c. Applications

On utilise le chauffage indirect par rsistance dans une grande diversit dapplications dont notamment :

Chauffage et fusion de mtaux ou dautres substances (colle, cire, etc.).


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Traitements thermiques. Vitrification de cramiques, verres, maux. Torrfaction et grillage (poudres, grains, etc.). Frittage de cramiques. Cuisson, cuisson au four et rtissage des produits

alimentaires . Processus de schage et de durcissement (peinture,

vernis, etc.). Chauffage de leau et des liquides. Production de vapeur. Chauffage de lair et des gaz.

d. Avantages

Techniques simples et ayant fait leurs preuves. Souplesse dapplication. Commande et automatisation faciles. Faibles cots dentretien. Remplacent facilement les brleurs mazout ou au

gaz. Aucune production de fume, de poussire ou de gaz

de combustion. Lquipement compact et efficace au point dutilisa-

tion amliore la qualit du produit et lenvironnement du lieu de travail.

Compatible avec les atmosphres spciales ou le vide.

e. Limites

Temprature de la charge limite par le point de fusion du matriau rfractaire (silice : 1700 C; graphite : 3000 C; etc.) et par la temprature


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maximale de fonctionnement quadmettent les lments chauffants lectriques employs (fer, nickel et chrome : 1000 C; graphite : 1800 C, etc.).

Coefficient de transfert de chaleur entre les lments chauffants et la charge.

Dure de vie utile des lments chauffants. Les cots de fonctionnement peuvent savrer levs

(en fonction du cot de llectricit).

f. Rendement type

Conversion dnergie lectrique : > 95 %. Densit de puissance : elle peut atteindre jusqu

70 kW/m2 de la surface des parois du four.


Nature et dimensions de la charge. Mthode de transfert de chaleur reposant sur la

temprature souhaite (au-dessus de 500 C, le rayonnement prdomine).

Type et forme des lments chauffants. Pertes thermiques travers les parois et par les

ouvertures. Mthode dutilisation du four (continu/discontinu). Application (chauffage, prchauffage, cuisson, etc.).


Alimentation (gnralement 60 Hz). Systme de commande et/ou de rgulation (tout ou

rien, proportionnelle, intgrale, drive (PID), etc.).


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Four (enceinte, sole mobile, creuset, tambour, cloche, tunnel, etc.).

quipements de refroidissement auxiliaires, ventila-teurs.

Systme de manutention des matriaux (convoyeur, par vibration, vis dArchimde, etc.).

Matriaux isolants et rfractaires (type, paisseurs, etc.).

lments chauffants.

Matriaux isolants rfractaires Type de

matriau isolant Coefficient K-

(W/mC) Densit (kg/m3) Cot relatif

Cramique fibreuse 0,19 0,1 0,5

Bton isolant 0,27 1,25 0,7 Brique isolante 0,28 0,8 0,4

Brique comprime 1,4 2,3 1,0


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Types dlments chauffants Famille

dlments chauffants

Matriau Temprature maximale de llment (C)

Application - Remarques

Fe-20Ni-25Cr 900 Fe-45Ni-23Cr 1050 Fe-65Ni-15Cr 1100

Alli

Download - Guide d’amélioration du rendement energetique des electrotechnologies.pdf

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