Last updated on juillet 13th, 2017 at 04:21 pm

La protection contre le gel : Les conditions atmosphériques étant de plus en plus imprévisibles depuis ces dernières années, beaucoup d’entreprises cherchent à protéger leurs médiums, qu’ils soient à base d’eau ou d’huile, de geler pendant l’hiver. Dans une étude menée par l’Université de Californie pour les Sciences Atmosphériques en 2000*, il était évident que de plus en plus de pertes économiques étaient dues au gel aux États-Unis et à d’autres risques liés à la météo.

Industries qui ont besoin d’une protection contre le gel

Les industries les plus communes qui sont généralement touchées en hiver sont les industries du pétrole et du gaz, des usines de traitement des eaux, les industries du transport, les industries de l’agriculture et les industries minières. Ces industries ont beaucoup d’utilisation qui nécessitent que leurs produits soient à l’extérieur, exposés à des températures extrêmes pendant une longue période. Avec les produits à base d’eau il est essentiel d’assurer une protection contre le gel, car ils commencent à se cristalliser et à geler à 0°C / 32°F / 273.5°K. Gardez à l’esprit que mettre en place une source de chaleur simple n’est pas forcément la meilleure solution, il faut également s’assurer que les réservoirs soient bien isolés afin que votre médium ne gèle pas.

Lorsque l’on passe aux produits à base d’huile, c’est de plus en plus difficile lorsque les températures baissent. Les fiouls (les huiles pour diesel et mazout) ne gèlent pas, mais se transforment en gel ou deviennent plus épais. Ce processus commence à se produire en dessous de 0°C (32°F) et entraîne un durcissement plus important avec le froid. Une fois que la température passe en dessous de -10°C (15°F), la cire ou paraffine commence à cristalliser et à se séparer de l’huile, ce qui la rend très difficile à manipuler ou à enlever du contenant. Dans certaines utilisations où ces huiles sont transportées dans un pipeline, il est fortement commandé d’isoler toutes les canalisations qui pourraient être exposées à des vents et températures extrêmes, afin d’éviter que les canalisations ne se bouchent.

L’huile de moteur, l’huile d’embrayage et l’huile hydraulique ont chacune une température de gel différente. L’huile de moteur 10W30 gèle à -30°C (-20°F), mais de 10 à -17°C (50 à 0°F) sa viscosité devient de plus en plus difficile à gérer. L’huile d’embrayage et l’huile hydraulique gèlent à -24°C (-10°F) et elles deviennent également plus visqueuses avec le froid. Toutefois certaines huiles fonctionnent en dessous de la température de gel. Ce sont généralement les huiles de moteur plus épaisses comme la 15W30, qui gèlent à -50°C (-55°F).

La définition de la protection contre le gel 

Protection contre le gel signifie que vous ne souhaitez pas que la température de votre réservoir passe en dessous de 0°C (32°F), sinon le liquide peut geler. Pour se protéger au mieux contre le gel, il faut isoler le réservoir. Cela permet d’avoir moins de perte de chaleur : 5% contre 35 à 45% sans isolation. Puisque votre réservoir peut contenir plusieurs gallons, et que vous avez décidé d’utiliser un réchauffeur, isoler votre réservoir est obligatoire. Cela vous évitera d’avoir 2 zones de températures différentes dans votre réservoir. Gardez à l’esprit que si vous réchauffez un côté, le transfert de chaleur prendra quelque temps avant d’arriver au côté opposé, mais avec une bonne isolation, ce transfert se fera plus rapidement. La manière la plus efficace cependant est d’installer 2 réchauffeurs ou plus selon la taille de votre réservoir.

La partie la plus difficile dans la protection de votre médium est de déterminer la puissance nécessaire. La première chose à faire est de comprendre l’environnement de votre réservoir. Il vaut mieux regarder les tableaux historiques pour déterminer la température minimale à laquelle s’attendre avec et sans vent. Cependant, le temps est toujours imprédictible, et vous devrez garder à l’esprit que si votre réservoir est bien isolé, et que le réchauffeur fonctionne avec les bons contrôles, vous devriez alors être bien protégé pendant les périodes les plus froides. Dans certaines régions du monde la température pourra baisser au-dessous de 0°C (32°F) pendant de nombreux jours, c’est pourquoi la bonne puissance et l’isolation jouent le rôle le plus important dans la protection contre le gel.

Formules de chauffage

Voici les formules utilisées généralement dans l’industrie du chauffage pour déterminer combien de kilowatts sont nécessaires pour réchauffer un réservoir rempli d’eau ou d’huile :

• [Formule pour réchauffer un réservoir d’eau]
  (# de gallons) x (Température delta en Fahrenheit) / (372) x (# heures)  = Kilowatts nécessaires
• [Formule pour réchauffer un réservoir d’huile]
  (# de gallons) x (Température delta en Fahrenheit) / (860) x (# heures)  = Kilowatts nécessaires

Quelle est la puissance nécessaire pour protéger contre le gel
Quelle est la puissance nécessaire pour protéger un réservoir d’eau ou d’huile ? Pour cet exercice, nous utiliseront la formule ci-dessus, en prenant en compte le fait que nous allons chauffer 30.000 gallons d’eau. La prochaine étape est de déterminer la température delta, la température ambiante du réservoir d’eau commencera à environ 5°C (40°F) et la température visée sera de 26°C (80°F), ce qui donne une augmentation de la température delta de 21°C (40°F).

Nous utiliserons ensuite la formule (30.000 gallons) x (40F DT) / (372) x (24 heures) = 134KW/par heure. Cela signifie que pour chaque heure qui passe, nos 30.000 gallons d’eau gagneront environ 1.66°F par heure pour les prochaines 24 heures. Si votre réservoir n’a pas d’isolation, et que la température extérieure descend en dessous de 0°C (32°F); vous perdrez jusqu’à 40% de cette chaleur par les côtés du réservoir à chaque heure, selon l’épaisseur des parois. Votre réservoir étant placé à une température cible de 26°C (80°F), elle baissera d’environ 32°F toutes les heures et votre réchauffeur n’augmentera la température que de 1.66°F, ce qui signifie que le réservoir sera gelé en 2 à 3 heures. L’autre moitié du réservoir où le réchauffeur se trouve sera préparé à cristalliser, alors qu’une cavité de glace commencera à se former autour du réchauffeur.

C’est la raison principale pour laquelle nous recommandons d’isoler un réservoir qui est exposé à l’extérieur. C’est la première ligne de défense contre le gel, car il protègera votre réservoir des vents et températures extrêmes en hiver. Avec une isolation, vous ne perdrez qu’environ 5% si la température descend en dessous de 0°C (32°F), ce qui, si nous reprenons l’exemple ci-dessous, entraînerait une perte d’environ 4°F à 80°F chaque heure, mais avec un réchauffeur de 134KW l’augmentation sera d’environ 1.66°F, ce qui donne une différence de perte de température d’environ 2.34°F chaque heure. Dans cet exemple le réchauffeur actuel ne fournira pas assez de chaleur, et cela prendra environ 21 à 30 heures avant d’atteindre le point de gel, si l’on considère que la température extérieure est en dessous de 0°C (32°F) pendant plus de 24 heures. Dans certaines régions, ces températures extrêmes peuvent durer plusieurs semaines, tandis qu’ailleurs elles ne dépassent pas les quelques heures.

Les rôles du lieu dans la protection contre le gel
La bonne qualité de puissance sera toujours déterminée par le lieu. Par exemple, si votre réservoir est situé à Denver, Colorado et que la température ambiante pendant les mois d’hiver est en dessous de 0°C (32°F), vous aurez besoin d’un réchauffeur qui rencontre ou dépasse votre perte de chaleur. En utilisant le même exemple ci-dessus, vous auriez besoin d’un réchauffeur de 350KW pour chauffer 30.000 gallons d’eau pour un gain de température de 4.34F/heure. Cependant si votre réservoir était situé au Tennessee où il ne connaît des conditions de gel que pendant quelques heures, utiliser un réchauffeur de 170KW serait suffisant car la montée de température chaque heure serait de 2.2°F, et serait assez pour maintenir une température de fonctionnement pendant 72 heures, avant qu’elle n’atteigne le point de gel.

Contrôles de protection contre le gel

Une autre addition importante à la protection contre le gel est le contrôle de votre réchauffeur pour gérer efficacement la température et la puissance. Dans certains cas l’ampérage exigé pour utiliser ce type de réchauffeurs est très haut, c’est pourquoi il est recommandé d’utiliser un contrôleur à étape, et un système de protection pour éviter une panne.
Conclusion
Il est donc très important, lorsque l’on gère des températures hivernales, de toujours avoir plus de puissance dans votre réchauffeur, plutôt que d’être à court de chaleur et de transformer son réservoir en crème glacée géante. Rappelez-vous que votre première ligne de défense est d’isoler toujours votre réservoir. C’est probablement le plus petit investissement ayant les plus gros bénéfices.

Pour plus de détails sur la protection contre le gel, ou si vous avez des questions sur un projet sur lequel vous travaillez et que vous avez besoin d’aide, n’hésitez pas à me contacter.

A bientôt, restez au chaud

RÉFÉRENCES

• Richard L. Snyder, Extension Biometeorology’s, University of California, Atmospheric Science, Davis, CA 95616, U.S.A.
  LIEN : http://biomet.ucdavis.edu/frostprotection/Principles%20of%20Frost%20Protection/FP005.html