Чиллер для гальваники: расчёт охлаждения ванн по току

Чиллер для гальваники считают по электрической мощности на ванне: ток выпрямителя, умноженный на напряжение, почти целиком превращается в тепло электролита, и его нужно снять, чтобы ванна цинкования не ушла выше 25–30 °C, а никелирования и хромирования — выше 55–60 °C. Калькулятор посчитает холодопроизводительность по типу ванн, току, напряжению и зеркалу ванны и покажет расход воды.

Откуда берётся тепло

• Электролиз. На осаждение металла уходит малая часть энергии, остальное — сопротивление электролита, контактов и анодов — становится теплом в ванне. У хромирования выход по току всего 12–18 %, и почти вся мощность идёт в нагрев.
• Выпрямитель. Его собственные потери греют воздух или свой контур охлаждения, а не ванну; если выпрямитель с водяным охлаждением, его тепло добавляют отдельно.
• Поверхность ванны. Горячая ванна при 55 °C теряет через открытое зеркало испарением и конвекцией ориентировочно 1 кВт на квадратный метр; холодная ванна при 20–25 °C, наоборот, набирает немного тепла из цеха.
• Насосы и барботаж. Фильтрация и перемешивание добавляют мощность двигателей, как в расчёте тепловыделений от электродвигателей; при токах в тысячи ампер это малая добавка, и её закрывает запас.

Анодирование алюминия считают по той же схеме, но с другими температурами и хладоносителем — в задаче о чиллере для анодирования.

Формула

Q_в = 0,95 × I × U / 1000 − q_з × S

Q = n × Q_в × (1 + k / 100)

G = Q / (1,163 × 5)

I — ток на ванну, А; U — напряжение на ванне, В; 0,95 — доля электрической мощности, которая становится теплом электролита; q_з — потери или притоки через зеркало, кВт/м², по таблице; S — площадь зеркала ванны, м²; Q_в — нагрузка от одной ванны, кВт; n — число одинаковых ванн, работающих одновременно; k — запас, %; Q — холодопроизводительность чиллера, кВт; G — расход воды, м³/ч, при нагреве на 5 °C, как в расчёте мощности по расходу и температурам.

Вода от чиллера для всех ванн 10–15 °C: тепло идёт через промежуточный теплообменник или змеевик из титана, и электролит в контур чиллера не попадает. Вода 15 °C внутри серийного ряда, поэтому чиллер подбирают по общему ряду; концентрат хромовой кислоты и никелевые электролиты коррозионны, и материал теплообменника выбирают по ним.

Пример расчёта

Две ванны хромирования работают одновременно, в каждой 3000 А при 8 В, зеркало 2 м², вода 15 °C, запас 15 %.

1. Электрическое тепло в ванне: 0,95 × 3000 × 8 / 1000 = 22,8 кВт.
2. Потери с зеркала: 1,0 × 2 = 2,0 кВт; нагрузка от ванны 22,8 − 2,0 = 20,8 кВт.
3. Две ванны: 2 × 20,8 = 41,6 кВт.
4. Холодопроизводительность: 41,6 × 1,15 = 47,84 кВт, округлённо 47,8 кВт.
5. Расход воды: 47,84 / (1,163 × 5) = 8,23 м³/ч.

Как выглядит установка на 47,8 кВт — компрессоры, потребление, расход воды, габариты и масса — показано на странице чиллера 50 кВт; температуру воды там задают свою.

Типовые ошибки

• Считать по номиналу выпрямителя. Выпрямитель на 5000 А работает на 3000 А по площади загрузки и плотности тока. Чиллер по номиналу выходит в полтора раза больше нужного и работает короткими пусками.
• Горячую ванну считать как холодную. Ванна при 55 °C теряет через зеркало киловатты, и если их не вычесть, чиллер завышен; если же ванну закрывают крышкой или ставят шарики-поплавки от испарения, потери падают, и вычитать уже нечего. Запас в расчёте на этот случай.
• Вода чиллера в змеевике из нержавеющей стали. Хромовая кислота и хлориды разъедают нержавеющую сталь, электролит попадает в контур, и испаритель выходит из строя. Для хрома и кислых ванн берут титан, а контур заправляют по справочнику о воде для чиллера.
• Один чиллер на холодные и горячие ванны без разделения. При общей уставке 10 °C и прямой подаче в змеевик холодной ванны она переохлаждается у стенки, а горячие недополучают воду. Контуры балансируют по схеме гидромодуля или ставят подмес по расчёту температуры смешения.