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Mar 20, 2023

Chauffage et séchage par radiofréquence : la vague du futur

Timothy D. Clark, président et chef de la direction, Radio Frequency Company, Inc. | 04 janvier 2023

Timothy D. Clark, président et chef de la direction, Radio Frequency Company, Inc. | 04 janvier 2023

Les systèmes de chauffage et de séchage par radiofréquence (RF) utilisent l'énergie électromagnétique pour chauffer et sécher rapidement de nombreux types de matériaux en vrac, ainsi que des produits finis avec une vitesse et une efficacité excellentes. D'une manière générale, ils ne nécessitent qu'une fraction de l'espace au sol des technologies de chauffage conventionnelles, ne produisent pas de gaz à effet de serre, ne nécessitent pas de températures de traitement élevées et offrent un excellent contrôle de la teneur en humidité finale et de l'uniformité.

Aujourd'hui, de nombreux fabricants modernisent de nouveaux systèmes RF en ligne avec leurs technologies traditionnelles existantes pour augmenter la productivité ou résoudre des problèmes critiques de contrôle de l'humidité. Cette approche hybride a montré un retour sur investissement convaincant, tout en augmentant l'efficacité énergétique et la qualité du produit final.

Avant de fournir une analyse des équipements disponibles et des applications de séchage, examinons d'abord ce qu'est l'énergie électromagnétique. Ci-dessous se trouve le spectre d'énergie électromagnétique avec la lumière visible vers le centre. À gauche, nous avons des fréquences croissantes et des niveaux d'énergie plus élevés vers les rayons X et les rayons gamma, qui sont tous deux des formes de rayonnement « ionisant ». Souvent appelé « irradiation ». À droite, nous avons des fréquences décroissantes et une énergie décroissante vers les micro-ondes et encore plus bas, les ondes radio. Les micro-ondes et les RF sont des formes de rayonnement "non ionisant" et ne doivent pas être confondus avec "l'irradiation".

Spectre d'énergie électromagnétique

La définition du "rayonnement ionisant" du CDC est "une forme d'énergie qui agit en retirant des électrons des atomes et des molécules". L'énergie RF ne divise pas les atomes.

La structure unique de la molécule d'eau polaire, H2O, est à la base de la réponse thermique de l'eau lorsqu'elle est soumise à un champ d'énergie RF alternatif. Une molécule d'eau est magnétiquement polaire parce qu'il y a une répartition inégale des électrons entre les atomes d'oxygène et d'hydrogène. Dans un système de chauffage par radiofréquence, le générateur RF crée un champ électrique alternatif entre deux électrodes, au-dessus et au-dessous du convoyeur. Cela fait tourner les molécules d'eau pour faire face au pôle opposé de la même manière qu'un barreau aimanté tournerait dans un champ magnétique oscillant. La rotation constante provoque un développement rapide de la friction et de la chaleur.

Molécule d'eau polaire

Dans le processus décisionnel d'utiliser ou non cette technologie dans un processus de séchage, certaines des caractéristiques notables du processus de chauffage et de séchage RF sont les suivantes :

Contrôle précis et uniforme de l'humidité. La radiofréquence est unique en ce sens qu'elle chauffera préférentiellement un produit où la teneur en humidité est la plus élevée. De nombreux processus de séchage sont prolongés par l'incapacité de la chaleur conventionnelle à pénétrer à l'intérieur d'un matériau, ce qui prolonge considérablement le temps de séchage pour les derniers pourcentages d'humidité à sécher ou à durcir. Dans les produits à répartition uniforme de l'humidité, le chauffage est volumétrique et instantané.

Basses températures de séchage. Dans la plupart des applications, la température est limitée au point d'ébullition de l'eau. Ce type de séchage est parfois appelé séchage in situ car l'eau quitte le matériau sous forme de gaz plutôt que par capillarité à partir du chauffage de surface. Étant donné que le séchage est in situ, les solides présents dans de nombreux revêtements et liants aqueux restent uniformément répartis dans les matériaux plutôt que de migrer vers la surface et de former une croûte.

Filtres à particules diesel en céramique extrudée et substrats de convertisseur catalytique

Rétrécissement uniforme. De nombreux produits, tels que la céramique, rétrécissent en séchant, et si l'extérieur sèche avant l'intérieur, la fissuration de surface peut être un problème de qualité majeur. C'est précisément pour cette raison que les substrats des convertisseurs catalytiques automobiles sont séchés avec RF. Le chauffage et le séchage volumétriques signifient également que le retrait est uniforme et élimine les fissures de surface.

Système de séchage RF 420kW pour filtres à particules diesel

Capacité à pénétrer les matériaux isolants. Le chauffage conventionnel fonctionne bien lorsque la conductivité thermique d'un produit est élevée. Cependant, les rendements sont médiocres avec un matériau isolant. Dans toute l'industrie de la boulangerie, une approche hybride est utilisée où des fours à gaz conventionnels sont utilisés au début du processus de cuisson où la pâte a une teneur élevée en humidité et est un bon conducteur thermique, et suivie par RF lorsque le produit développe un gonflant et une structure de miettes difficile à pénétrer avec de l'air chaud sans brûler la surface.

Système de séchage par radiofréquence de 240 kW pour ouates non tissées

A faible consommation. L'énergie RF est "instantanée", sans temps de préchauffage nécessaire pour préchauffer des structures lourdes ou de grands volumes d'air. De plus, lorsqu'aucun produit ne se trouve dans le système, la consommation d'énergie est minimale. L'énergie n'est consommée que lorsqu'il y a du matériel dans le système et utilisée proportionnellement à la quantité d'eau à éliminer ou à la masse à chauffer. La chaleur du refroidissement du générateur est récupérée et utilisée dans le processus de séchage pour piéger l'humidité, ce qui augmente encore l'efficacité de la technologie de chauffage RF.

Réduction de la surface au sol de l'usine. En règle générale, les systèmes de séchage RF nécessitent un cinquième de l'espace au sol requis par les technologies de séchage conventionnelles. Cela est dû au fait qu'il n'y a pas de temps de séjour requis pour que la chaleur pénètre de l'extérieur vers l'intérieur. Le chauffage RF est instantané dans toutes les dimensions du matériau à sécher ou à durcir.

Micro-ondes contre radiofréquence. Bien que les micro-ondes et les RF soient deux formes de chauffage électromagnétique, il existe des différences distinctes à prendre en compte par rapport aux applications de séchage industriel. La profondeur de pénétration est une variable clé lors du traitement de matériaux plus épais ou d'une profondeur de lit de produit sur un convoyeur de manutention en vrac. Aux fréquences micro-ondes (900-2 450 mhz), la profondeur de pénétration est limitée à env. à un pouce de la surface alors qu'aux fréquences RF (13,56 à 40,68 mhz), la profondeur de pénétration augmente à plusieurs pieds. Un autre aspect de l'énergie micro-onde est que les cavités résonnantes sont par nature non uniformes de sorte que les points chauds et froids sont communs, d'où le besoin de tables tournantes pour augmenter l'uniformité du chauffage. Les systèmes de chauffage RF transportent les matériaux entre deux réseaux d'électrodes au-dessus et au-dessous du produit où la distribution d'énergie est uniformément appliquée à la charge du produit. Cependant, les systèmes à micro-ondes peuvent être un bon choix pour les produits avec des courbures composées ou des formes complexes qui ne se prêtent pas bien au chauffage RF.

Aujourd'hui, les fabricants peuvent choisir parmi une grande variété de systèmes RF disponibles dans une gamme complète de sorties de puissance et de configurations, de sorte que l'ajustement correct en termes de budget et de capacités de processus peut être satisfait. Bien que les RF puissent être à forte intensité de capital en amont, elles sont également économes en énergie et nécessitent moins d'entretien que les technologies de séchage conventionnelles. Les coûts d'investissement et de fonctionnement sont faciles à calculer pour des exemples d'analyses de rentabilisation, qui peuvent être créés et soumis par n'importe quel fournisseur. De plus, des tests d'échantillons et des études de faisabilité sont disponibles auprès de la plupart des fabricants RF, ce qui rend l'exploration de cette technologie de chauffage plus facile que jamais.

Timothy D. Clark est président et chef de la direction de Radio Frequency Company, Inc. (Millis, MA). Pour plus d'informations, appelez le 508-376-9555 ou visitez radiofrequency.com.

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