Pourquoi les buses de pulvérisation sont indispensables à un processus de refroidissement performant

Les pulvérisations sont utilisées pour refroidir de nombreux procédés industriels, allant des presses à estamper à l’acier fraîchement forgé, en passant par les entrées des turbines à gaz et les flux d’échappement des centrales électriques. Mais qu’est-ce qui fait des pulvérisations une solution de refroidissement si intéressante ? Tout repose sur la quantité de mouvement, la surface et la vaporisation.

L'importance de la vaporisation

La vaporisation des liquides nécessite beaucoup d’énergie. Pour l’eau, il faut environ cinq fois plus d’énergie pour la vaporiser (passage de l’état liquide à l’état gazeux) que pour la chauffer depuis l’état de glace tout juste fondue (à 0 °C) jusqu’à l’état de liquide sur le point de bouillir (à 100 °C). Bien sûr, même si un liquide ne s’évapore pas, il peut tout de même refroidir une surface. Pulvériser de l’huile lubrifiante sur une presse à emboutir permettra de la refroidir. Mais on peut refroidir des objets bien plus efficacement si l’on laisse le liquide s’évaporer. Alors, pourquoi les pulvérisations favorisent-elles la vaporisation ? En créant un jet, nous augmentons considérablement la surface de contact entre le liquide et le support que nous cherchons à refroidir.

Surface de contact et transfert de chaleur (refroidissement) 

Pourquoi ne pas simplement inonder les surfaces d’eau pour les refroidir ? Il y a une limite au transfert de chaleur (refroidissement) que l’on peut obtenir avec une simple nappe de liquide bouillant. Lorsque l’eau bout (s’évapore), elle se transforme en gaz. Si cette expansion est suffisante au niveau de la surface chaude, on atteint un point où le liquide ne touche plus jamais directement la surface. On se retrouve alors avec une couche de gaz isolant la surface chaude. Les gouttelettes de la pulvérisation volent dans l’air avec une certaine impulsion. Même s’il y a une couche de gaz isolant la surface, cette impulsion permet aux gouttelettes de la traverser.

Refroidissement d’un flux de gaz chaud

Bien sûr, les pulvérisations ne servent pas uniquement à refroidir des surfaces. Elles peuvent également être utilisées pour refroidir des flux de gaz. Dans de nombreuses applications industrielles, telles que les gaz d’échappement des centrales électriques, un flux de gaz chaud doit être refroidi avant de pouvoir entrer dans d’autres équipements ou d’être rejeté dans l’atmosphère. Les pulvérisations constituent un excellent choix pour ce type d’applications. Comme les pulvérisations ont leur propre vitesse, il suffit d’en placer quelques-unes à des emplacements stratégiques pour que le conduit soit rempli de gouttelettes, ce qui permet de refroidir l’ensemble du gaz . Le positionnement stratégique des pulvérisateurs dans les flux de gaz est essentiel pour empêcher les gouttelettes de liquide d’entrer en contact avec des équipements chauds, ce qui provoquerait une évaporation rapide. La surface spécifique des gouttelettes dans un flux de gaz est déterminante pour un refroidissement efficace du gaz.

Enfin, il n’est pas nécessaire de dépasser le point d’ébullition de l’eau pour bénéficier du refroidissement par pulvérisation. Les brumisateurs extérieurs utilisent la vaporisation pour refroidir l’air du désert tout en restant bien en dessous du point d’ébullition. Ce principe est utilisé pour augmenter la puissance de sortie des turbines à gaz destinées à la production d’électricité. L’air plus froid est plus dense. Par conséquent, une plus grande quantité d’oxygène peut pénétrer dans l’admission, ce qui permet de brûler davantage de combustible.  

Technologie de refroidissement par pulvérisation 

Le refroidissement joue un rôle essentiel dans un large éventail d’applications dans de nombreux secteurs industriels. La technologie de pulvérisation est largement utilisée et bon nombre de nos buses assurent le refroidissement par pulvérisation nécessaire.  

• • Buses de pulvérisation à cône creux WhirlJet® – refroidissement par évaporation dans les bassins de pulvérisation et les tours de refroidissement, épuration des gaz, lavage et refroidissement, aération de l’eau et refroidissement de l’eau.
• • Buses à jet plat VeeJet® : refroidissement et trempe, extinction et prévention des incendies, lavage des gaz, lavage/rinçage et refroidissement de l’eau. 
• • Buses FullJet® à cône plein et CasterJet® – refroidissement par transfert de chaleur dans les aciéries. 
• • Buses d’atomisation à air FloMax® et HP FogJet® – opérations de refroidissement et de conditionnement des gaz. 
• • Lances et injecteurs à jet de précision – refroidissement des gaz.

Solutions d’optimisation en laboratoire

Pour atteindre une efficacité de refroidissement optimale des solides ou des gaz, notre expertise au sein de nos laboratoires de pointe nous permet de proposer des solutions en matière de transfert thermique, d’analyse de la taille des gouttelettes et de modélisation des procédés afin de simuler l’environnement d’exploitation de nos clients. 

Nous vous encourageons à orienter vos clients vers notre équipe d’analyse de pulvérisation afin que nous puissions les aider à relever les défis et répondre aux besoins liés à toute application de refroidissement spécialisée. 

Applications de refroidissement – solutions durables

Refroidissement des solides

Les objets solides sont généralement refroidis à l’aide de buses de pulvérisation et de collecteurs, notamment dans l’agroalimentaire et la métallurgie. Citons par exemple le refroidissement des pots de confiture et de gelée après stérilisation à la vapeur, le refroidissement et le durcissement des blocs de béton, ainsi que le refroidissement des poulaillers d’engraissement. Voici quelques exemples de produits nécessitant un refroidissement pour optimiser la couverture et minimiser le gaspillage. 

• • Étude de cas n° 1 – Solution : un fabricant de tuyaux en fonte élimine les retouches et économise 40 000 dollars US par mois grâce à un nouveau système de pulvérisation
• • Caractéristique du produit : les buses à cône plein HHX FullJet® assurent une distribution homogène de la pulvérisation pour garantir un refroidissement uniforme et un transfert de chaleur élevé dans l’industrie sidérurgique. Elles sont idéales pour les opérations de refroidissement secondaire telles que celles des billettes, des blooms, des ronds et des brames.
• • Solution de l’étude de cas n° 2 : de nouvelles buses de pulvérisation permettent à un transformateur de viande bovine d’économiser 2,7 millions de gallons d’eau.
• • Caractéristique du produit : les buses à jet plat Quick FloodJet® forment un jet plat réparti uniformément à partir du centre de la buse. La surface déflectrice permet d’obtenir des angles de pulvérisation plus larges que ceux des autres buses à jet plat.

Refroidissement des gaz

Le refroidissement des gaz peut s’avérer complexe et difficile en raison des températures élevées et des environnements extrêmes. Il est impératif de déterminer la taille exacte des gouttelettes nécessaire pour obtenir l’effet de refroidissement souhaité sans mouillage. Le flux de traitement et les conditions de fonctionnement ont un impact important sur les performances de pulvérisation ; c’est pourquoi la dynamique des fluides computationnelle (CFD) est souvent utilisée pour identifier le meilleur type de buse de pulvérisation, la taille des gouttelettes, leur emplacement dans le flux de gaz et la direction de pulvérisation. 

Le refroidissement des gaz est largement utilisé dans les raffineries, les centrales électriques et l’industrie chimique. Parmi les applications typiques, on peut citer le refroidissement en conduite, la réduction de la pollution, le refroidissement d’urgence, etc.  

• • Solution de l’étude de cas n° 1 : une usine d’éthylène double sa production et augmente sa rentabilité grâce à de nouveaux injecteurs de refroidissement de gaz. 
• • Caractéristique du produit : les injecteurs à pulvérisation de précision se composent d’un tuyau muni d’une ou plusieurs buses de pulvérisation personnalisables, pouvant être adaptées pour délivrer un volume spécifique de fluide à une perte de charge donnée. L’utilisation de buses de pulvérisation sur l’injecteur permet un contrôle précis de la répartition du liquide injecté dans le fluide de process récepteur.  
• • Solution de l’étude de cas n° 2 : les buses commutables permettent à une usine de valorisation énergétique des déchets d’économiser 100 000 dollars US par an. 
• • Caractéristiques du produit : les buses d’atomisation à air FloMax® produisent de très petites gouttelettes avec une efficacité exceptionnelle. Elles offrent des rapports de régulation nettement supérieurs à ceux des buses bifluides standard, pour une flexibilité de fonctionnement maximale. 

Nous testons de nombreuses autres applications de refroidissement par pulvérisation et proposons des solutions à nos clients confrontés à des défis :

• • Refroidissement de l’acier dans les machines de coulée continue 
• • Trempe des métaux après traitement thermique 
• • Refroidissement des cylindres dans les aciéries 
• • Refroidissement des bocaux alimentaires après transformation 
• • Refroidissement par zones des matériaux de toiture 
• • Refroidissement par évaporation pour le bétail et la volaille 
• • Refroidissement des tuyaux en PVC extrudés 
• • Bassins de pulvérisation pour refroidir l'eau provenant d'un échangeur de chaleur

Si vous souhaitez en savoir plus sur nos applications de refroidissement ou discuter d’une application spécifique, veuillez contacter votre expert local en arrosage.