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Aérothermes haute température à tubulaires, à serpentins ou à rubans: Quelle est la meilleure option?
Saviez-vous que Volton fabrique et reconditionne des aérothermes électriques de procédés pour des applications industrielles haute température depuis plusieurs décennies?
Ces aérothermes sont utilisés pour le traitement thermique des métaux ou encore pour le chauffage par convection, généralement dans des fours de grande taille.
Ces aérothermes sont fabriqués soit avec :
- Ruban chauffant Nickel-Chrome 80/20
- Serpentins chauffants nickel-chrome 80/20 ou Kanthal A-1
- Éléments tubulaires en incoloy
Pour ce qui est du ruban chauffant ou des serpentins, il s’agit de très gros calibres formés et soutenus par des isolateurs cylindriques en céramique et par une structure en acier inoxydable très robuste.
Volton manufacture et reconditionne les aérothermes à rubans chauffants et à serpentins. Pour les aérothermes à tubulaires, nous pouvons les reconditionner mais nous ne les fabriquons pas.
Un cas qui déclenche un débat!
Récemment, nous avons répondu à un appel d’offres d’un client au Québec qui voulait renouveler sa flotte d’aérothermes.
En répondant à l’appel d’offres, nous avons tenté de l’éclairer sur les « pour et les contre » d’un aérotherme à rubans, à serpentins ou à tubulaires afin de l’aider à effectuer son choix en toute connaissance de cause.
Voici un résumé des points abordés. Gardez toujours en tête que l’option envisageable pour vous dépend beaucoup des conditions dans lesquelles opèrent vos propres fours.
Aérotherme à rubans chauffants
Dans le cas de cet appel d’offres, l’aérotherme à rubans était risqué car l’environnement du client était très poussiéreux et le débit d’air n’était pas optimal, donc l’aérotherme courrait le risque d’être obstrué par la poussière. Le ruban chauffant tend à s’allonger en chauffant (phénomène d’élongation thermique). Toutefois, le ruban chauffant peut atteindre 1260 °C. Nous avons plusieurs clients qui utilisent des aérothermes à rubans chauffants sans problème de durabilité. Tout est une question de design et encore là, d’environnement du client.
Aérotherme de procédés avec rubans chauffants fabriqué chez Volton. Nous les reconditionnons également.
Aérotherme à tubulaires
Les éléments tubulaires éliminent les risques de court-circuit, le tube étant isolé de l’élément chauffant interne.
Des éléments serpentins peuvent également être une solution puisqu'ils peuvent aisément être fixés aux céramiques le supportant, contraignant ses mouvements. L'élongation thermique est alors permise par la forme du ressort des éléments, réglant le souci que nous pouvons rencontrer avec les rubans.
Aérotherme à tubulaires
Petit… ou gros bémol!
Les éléments chauffants de l'aérotherme doivent supporter les pires conditions d'utilisation, soit une vitesse d'air réduite (circulation d'air obstruée formant un point chaud) à la température finale d’opération de 620°C dans le cas précis de cet appel d’offres.
Toutefois, il ne faut jamais oublier que votre température d’opération n’est pas la température qu’atteignent les éléments sur leur surface, étant donné que ceux-ci chauffent, elle est beaucoup plus élevée.
Les éléments tubulaires ont une température de surface limitée selon le matériau de la gaine du tube, le plus commun étant l'Incoloy à 815°C, le plus élevé étant le tube en Inconel à 870°C. La densité de puissance maximale admissible sur l'élément serait alors de l'ordre de 19 kW/m² (12 W/po²) pour l’incoloy et 28 kW/m² (18 W/po²) pour l’inconel. Les tubulaires à tube en Inconel s’avèrent beaucoup plus dispendieux, pour un résultat qui sera encore une fois à la limite de ce que le tube peut supporter comme température.
La densité de puissance des tubulaires doit donc demeurer basse étant donné la limite en température de la gaine. Un environnement moyennement poussiéreux amène cependant les éléments à basse densité à surchauffer pour performer, faisant en sorte au passage d’augmenter la température sur la surface de la gaine des éléments. C’est donc un cercle vicieux puisque la solution résiderait dans le fait d’ajouter plus de tubulaires dans l’aérotherme (augmentation des coûts) mais en faisant cela, étant donné le chemin du débit d’air, plus de tubulaires aurait pour effet d’obstruer le passage de l’air dans l’aérotherme, laissant ainsi la poussière s’accumuler encore plus sur la gaine, et les degrés augmenter sur sa surface.
Au fil des ans, nous avons vu plusieurs entreprises utilisant des aérothermes avec éléments tubulaires pour des applications |
haute température nous approcher pour nous informer que leurs aérothermes n'avaient pas la longévité souhaitée. Maintenant |
vous comprenez pourquoi. Attention toutefois de ne pas confondre avec une application de chauffage qui n'est pas haute |
température pour laquelle les éléments tubulaires s'avèrent un choix gagnant. |
Aérotherme à serpentins
Quant aux éléments de fils résistifs boudinés (serpentins), ils ont une température de surface limitée par le matériau résistif utilisé. Pour des usages à haute température, l'alliage le plus commun est le KA1 (FeCrAl) et sa température maximale dépend du calibre utilisé. Dans le cas de cet appel d’offre précis, c’est un alliage de fil qui pouvait atteindre autour de 1285°C que nous avons sélectionné. Dépendamment de l’alliage, un fil chauffant boudiné peut atteindre jusqu’à 1350°C. La densité de puissance maximale admissible sur l'élément dans ce cas-ci était alors de l'ordre de 144 W/m² (90 W/po²). Une densité de puissance plus raisonnable serait de l'ordre de 31 à 46 kW/m² (20 à 30 W/po²) pour des températures d'éléments inférieures à 950°C assurant une longévité accrue des serpentins et des économies substantielles à long terme.
Aérotherme avec serpentins fabriqué chez Volton. Nous les reconditionnons aussi.
Si malgré tout, vous choisissez des aérothermes à tubulaires pour une application haute température, surveillez la durée de vie de vos aérothermes. Faire le reconditionnement d’un aérotherme à tubulaires s’avère souvent plus coûteux que le reconditionnement d’un aérotherme à rubans ou à serpentins.