Чиллер для анодирования: расчёт по току и напряжению

Чиллер для анодирования рассчитывают по электрической мощности, которую выпрямитель подаёт в ванну: почти весь ток, умноженный на напряжение, превращается в тепло электролита. Ток зависит от площади загрузки и плотности тока, напряжение — от процесса. Калькулятор посчитает холодопроизводительность, температуру хладоносителя и его расход для обычного и твёрдого анодирования.

Откуда берётся тепло

• Электролиз. Ток проходит через электролит и растущий оксидный слой, и электрическая мощность I × U уходит в нагрев ванны. Это основная нагрузка.
• Образование оксида. Окисление алюминия идёт с выделением тепла и добавляет к электрической мощности ещё несколько процентов.
• Стенки ванны и воздух. Для обычного анодирования при 18–22 °C притоки малы. Ванна твёрдого анодирования при 0 °C получает заметно больше тепла от цеха, если её не утеплить.
• Перемешивание. Насос циркуляции и барботаж воздухом тоже немного греют электролит.

Формула

I = S × 100 × j

I — ток на ванну, А; S — площадь загрузки ванны, м²; 100 — перевод м² в дм²; j — плотность тока, А/дм².

Q = n × I × U / 1000 × x × (1 + z / 100)

Q — холодопроизводительность чиллера, кВт; n — число одновременно работающих ванн; U — напряжение на ванне, В; x — добавка на теплоту образования оксида и притоки к ванне: 1,1 для обычного анодирования, 1,15 и 1,2 для твёрдого при 0…+5 и −5…0 °C, потому что холодная ванна получает больше тепла из цеха; z — запас, %.

G = Q / (c × 5)

G — расход хладоносителя, м³/ч; c — теплоёмкость кубометра: 1,163 кВт·ч/(м³·°C) для воды и 1,04 для раствора гликоля; 5 — нагрев хладоносителя, °C, как в расчёте мощности по расходу и температурам.

Для обычного анодирования ванну охлаждают водой около 10 °C, для твёрдого — раствором гликоля от −8 до −15 °C в зависимости от температуры электролита.

Пример расчёта

Две ванны обычного анодирования работают одновременно, в каждой загрузка 4 м², плотность тока 1,5 А/дм², напряжение 16 В, запас 15 %.

1. Ток на ванну: I = 4 × 100 × 1,5 = 600 А.
2. Тепло в ваннах: 2 × 600 × 16 / 1000 × 1,1 = 21,12 кВт, округлённо 21,1 кВт.
3. Холодопроизводительность: Q = 21,12 × 1,15 = 24,3 кВт.
4. Расход воды 10 °C: G = 24,29 / (1,163 × 5) = 4,18 м³/ч.

Как выглядит установка на 24,3 кВт — компрессоры, потребление, расход воды, габариты и масса — показано на странице чиллера 24 кВт; температуру воды там задают свою.

Типовые ошибки

• Расчёт по номиналу выпрямителя. Выпрямитель берут с запасом, и его номинальные ток и напряжение заметно выше рабочих. Чиллер по номиналу получается больше нужного; считать надо по загрузке и режиму. Если ванна уже работает, нагрузку проверяют по расходу и температурам воды в проверке чиллера по показаниям.
• Напряжение начала процесса вместо конечного. При твёрдом анодировании напряжение растёт по мере роста слоя. Если взять начальное значение, к концу цикла нагрузка окажется в разы больше и электролит перегреется. Ванны цинкования, никелирования и хромирования считают в задаче о чиллере для гальваники, а ультразвуковую очистку перед анодированием — в задаче об ультразвуковой ванне.
• Электролит через испаритель чиллера. Серная кислота разрушает испаритель за короткое время. Ванну охлаждают через теплообменник из титана или фторопласта, а чиллер работает на чистой воде или гликоле; такой промежуточный контур описан в справочнике о теплообменниках чиллера.
• Твёрдое анодирование на воде. Для электролита около 0 °C хладоноситель должен быть −8 °C и ниже — это гликоль и низкотемпературный чиллер; концентрацию считают в расчёте концентрации гликоля. Перегрев электролита на несколько градусов даёт рыхлый, мягкий слой.