Nettoyer le tube et le tuyau de l'intérieur vers l'extérieur

Quelle que soit la façon dont le métal brut est transformé en tube ou en tuyau, le processus de production peut laisser beaucoup de matière résiduelle à la surface. Le formage et le soudage sur un laminoir, l'étirage sur un banc d'étirage ou l'utilisation d'un laminoir à pèlerins ou d'une presse à extrusion, suivi d'un processus de coupe à longueur, peuvent laisser la surface d'un tube ou d'un tuyau sale avec du lubrifiant et éventuellement jonchée de débris. Les contaminants courants qui doivent être éliminés des surfaces internes et externes comprennent les lubrifiants d'étirage et de coupe, à base d'huile et d'eau ; copeaux de métal provenant d'opérations de découpe; et la poussière et les débris d'atelier.

Les méthodes typiques de nettoyage interne des tubes et tuyaux, qu'elles soient aqueuses ou au solvant, sont les mêmes que celles utilisées pour le nettoyage des surfaces externes. Ceux-ci comprennent le rinçage, l'écouvillonnage et la cavitation ultrasonique. Toutes ces méthodes sont efficaces et utilisées depuis des décennies.

Bien sûr, chaque processus a ses limites et ces méthodes de nettoyage ne font pas exception à cette règle. Le rinçage nécessite souvent un collecteur manuel et perd de son efficacité car la vitesse du liquide de rinçage diminue lorsque le fluide s'approche de la surface du tube, ce qui est l'effet de couche limite (voirFigure 1 ). L'écouvillonnage peut bien fonctionner, mais il demande beaucoup de main-d'œuvre et n'est pas pratique sur de très petits diamètres, tels que les produits destinés à des applications médicales (tubulure hypodermique ou lumen). L'énergie ultrasonique est efficace pour nettoyer les surfaces extérieures, mais elle ne pénètre pas les surfaces solides et a du mal à atteindre les zones internes du tube, en particulier lorsque le produit est groupé. Un autre inconvénient est que l'énergie ultrasonore peut endommager la surface. Les bulles soniques nettoient par cavitation, libérant de grandes quantités d'énergie près de la surface.

Une alternative à ces processus, la nucléation par cycle sous vide (VCN), provoque la croissance et l'effondrement des bulles pour déplacer le fluide. Fondamentalement différent du procédé ultrasonique, il ne risque pas d'endommager la surface du métal.

VCN utilise des bulles de vapeur pour agiter et purger le fluide de l'intérieur du tube et du tuyau. Procédé par immersion, il fonctionne sous vide et peut être utilisé avec des fluides aqueux et solvants.

Il fonctionne sur le même principe qui provoque la formation de bulles de vapeur lorsque l'eau dans une casserole commence à bouillir. Les premières bulles se forment à des endroits précis, en particulier dans les casseroles bien utilisées. Un examen attentif de ces emplacements révèle généralement que ces zones présentent des aspérités ou d'autres défauts de surface. C'est dans ces zones que la surface de la casserole a le plus de contact avec un volume de fluide donné. De plus, comme ces zones sont protégées du refroidissement par convection naturelle, des bulles se forment facilement.

Dans le transfert de chaleur par ébullition, la chaleur est transférée au fluide pour augmenter sa température jusqu'au point d'ébullition. Lorsqu'il atteint le point d'ébullition, la température cesse d'augmenter; ajouter plus de chaleur provoque la formation de vapeur, initialement sous forme de bulles de vapeur. Lorsque la chaleur est ajoutée rapidement, tout le fluide à la surface devient de la vapeur, ce que l'on appelle l'ébullition pelliculaire.

C'est ce qui se passe chaque fois qu'une casserole d'eau est portée à ébullition ; des bulles se forment initialement à des points spécifiques sur la surface de la casserole, et plus tard, lorsque l'eau bouillonne et barattage, l'eau s'évapore rapidement de la surface. Près de la surface, c'est de la vapeur, qui est invisible ; Au fur et à mesure que la vapeur se refroidit au contact de l'air ambiant, elle se condense en vapeur d'eau, ce qui est facile à voir lorsqu'elle se forme au-dessus de la casserole.

Tout le monde sait que cela se produit à 212 degrés F (100 degrés C), mais ce n'est pas complet. Cela se produit à cette température à la pression atmosphérique standard, qui est de 14,7 livres par pouce carré (PSI [1 bar]). En d'autres termes, un jour où la pression atmosphérique est de 14,7 PSI au niveau de la mer, l'eau bout à 212 degrés F au niveau de la mer ; le même jour dans cette région, dans un endroit montagneux à 5 000 pieds au-dessus du niveau de la mer, la pression atmosphérique serait de 12,2 PSI et l'eau bouillirait à 203 degrés F.

En d'autres termes, vous pouvez réduire le point d'ébullition en réduisant la pression atmosphérique.

Systèmes de traitement sous vide

Plutôt que d'élever la température du fluide jusqu'au point d'ébullition, le procédé VCN diminue la pression de la chambre jusqu'au point d'ébullition du liquide à température ambiante. Tout comme dans le transfert de chaleur par ébullition, une fois que la pression atteint le point d'ébullition, la température et la pression restent constantes. Cette pression est connue sous le nom de pression de vapeur. Lorsque les surfaces internes du tube ou du tuyau se sont remplies de vapeur, les surfaces externes complètent la vapeur nécessaire pour maintenir la chambre à la pression de vapeur.

Bien que le transfert de chaleur par ébullition illustre les principes du VCN, le processus VCN fonctionne à l'inverse de l'ébullition.

Un processus de nettoyage sélectif. La nucléation des bulles est un processus sélectif qui cible des zones spécifiques pour le nettoyage. L'élimination de tout l'air abaisse la pression atmosphérique à 0 PSI, qui est la pression de vapeur, provoquant la formation de vapeur sur les surfaces. Les bulles de vapeur en croissance expulsent le fluide de la surface du tube ou du tuyau. Lorsque le vide s'arrête, la chambre est remise à la pression atmosphérique et purgée ; du liquide frais remplit le tube pour le prochain cycle de vide. Le cycle vide/pression est généralement réglé sur 1 à 3 secondes et peut être réglé sur n'importe quel nombre de cycles, en s'adaptant à la taille de la pièce et au contaminant.

L'avantage de ce processus est qu'il nettoie la surface du tube en commençant par le site contaminant. Au fur et à mesure que la vapeur se développe, le fluide est poussé le long de la surface du tube et il accélère, produisant une agitation intense au niveau de la paroi du tube. L'agitation la plus élevée est près du mur où la vapeur se développe. Essentiellement, le processus perturbe la couche limite de sorte que le fluide adjacent à la surface conserve un potentiel chimique élevé.Figure 2montre deux étapes du procédé utilisant un tensioactif dans une solution aqueuse à 0,1 %.

Pour former de la vapeur, les bulles doivent se former sur une surface solide. Cela signifie que le processus de nettoyage fonctionne de la surface vers le fluide. Tout aussi important, la nucléation des bulles commence par des bulles microscopiques qui fusionnent à la surface pour finalement former une bulle stable. La nucléation, par conséquent, préfère les zones avec un volume surface-liquide élevé, telles que les ID de tubes et de tuyaux.

La vapeur se forme plus facilement à l'intérieur du tube en raison de la courbure concave du tube. Parce que les bulles se forment facilement sur l'ID, la vapeur s'y forme d'abord et assez rapidement pour évacuer généralement 70 à 80 % du liquide. Le fluide près de la surface au sommet de l'étape de vide est composé à près de 100 % de vapeur, ce qui simule l'ébullition pelliculaire dans le transfert de chaleur en ébullition.

Le processus de nucléation fonctionne bien sur les produits droits, courbés ou enroulés dans pratiquement n'importe quelle longueur ou configuration.

Trouver des économies cachées. Les systèmes aqueux utilisant VCN peuvent fournir des économies importantes. Étant donné que le processus maintient des concentrations chimiques plus élevées en raison d'une agitation plus élevée près de la surface du tube (voir la figure 1), il ne nécessite pas de fortes concentrations de produits chimiques pour favoriser la diffusion chimique. La manipulation et le nettoyage plus rapides obtenus entraînent également des débits plus élevés pour une machine donnée, augmentant ainsi la valeur de l'équipement.

Enfin, le procédé VCN, qu'il soit à base d'eau ou de solvant, améliore la productivité en assurant un séchage sous vide. Cela ne nécessite pas d'équipement supplémentaire ; cela fait simplement partie du processus.

En raison de la conception fermée de la chambre et de la flexibilité de la température, un système VCN peut être configuré de plusieurs façons.

Le processus de nucléation par cycle sous vide est utilisé pour nettoyer des composants tubulaires de tailles et d'applications aussi diverses que des produits médicaux de petit diamètre (à gauche) et des guides d'ondes de grand diamètre utilisés pour la transmission de signaux radio (à droite).

Pour les systèmes de solvants, en plus du VCN, d'autres techniques de nettoyage telles que la vapeur et le spray peuvent être utilisées. Dans certaines applications uniques, un système à ultrasons peut être ajouté pour augmenter VCN. Lorsque des solvants sont utilisés, le procédé VCN est pris en charge par le procédé vide-vide (ou sans air) breveté pour la première fois en 1991. Le procédé limite les émissions et l'utilisation de solvants à 97 % ou plus. Le processus est reconnu à la fois par l'Environmental Protection Agency et le South Coast Air Quality Management District de Californie pour son efficacité à limiter l'exposition et l'utilisation.

Les systèmes de solvant utilisant VCN sont rentables car chaque système est capable de distillation sous vide, ce qui maximise la récupération du solvant. Cela réduit les achats de solvants et l'élimination des déchets. Le processus lui-même prolonge la durée de vie du solvant ; la vitesse de décomposition du solvant diminue à mesure que la température de fonctionnement diminue.

Si vous le souhaitez, ces systèmes sont adaptables à des traitements supplémentaires tels que la passivation avec des solutions acides ou la stérilisation avec du peroxyde d'hydrogène ou d'autres produits chimiques. L'activité de surface du procédé VCN rend ces traitements rapides et économiques, et ils peuvent être combinés dans une seule conception d'équipement.

À ce jour, les unités VCN sur le terrain ont traité des tubes aussi petits que 0,25 millimètre de diamètre et des tubes ayant un rapport diamètre/épaisseur de paroi supérieur à 1 000 pour 1. Dans les études en laboratoire, le VCN a été efficace pour éliminer visuellement les contaminants internes dans les tubes enroulés de 1 mètre de long et 0,08 mm de diamètre ; dans les applications réelles, il peut nettoyer des trous aussi petits que 0,15 mm de diamètre.

Des informations sur la consommation de produits chimiques sont disponibles sur demande.

Donald Gray, Ph.D., est président et JP Schuttert supervise les ventes de Vacuum Processing Systems, PO Box 822, East Greenwich, RI 02818, 401-397-8578, [email protected].