Pr

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CONDENSO
THERMO- CONDENSATION
Février 2002
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SOMMAIRE
? Principe ? État liquide ? État
vapeur ? Changement d'état ? Fluides ? Four à
condensation ? Profils réalisables ? Four à
condensation et alliages sans plomb ? Autres
applications du four à condensation
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PRINCIPE
Les produits de transfert thermique utilisés dans
le procédé de chauffage par condensation de
vapeur sont généralement des fluides liquides
perfluorocarbonés inertes (GALDEN) dont la
longueur de chaîne induit la valeur du point
débullition qui servira de régulation parfaite
et gratuite de la température dans une gamme
dune quinzaine de valeurs comprises entre 55 C
et 272 C. ( les variations de pression
atmosphérique nont pas une valeur pratique
suffisante pour être considérées dans le
process)   Ces fluides ont deux états  liquide
ou vapeur
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ETAT LIQUIDE

Cest la forme de livraison et de stockage du
produit. Le liquide peut être chauffé. Il absorbe
dans un premier temps de la chaleur qui a pour
effet délever sa température, tout en restant à
létat liquide. Cette élévation de température se
poursuit jusquau point débullition du liquide
considéré sans changement détat.
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ETAT VAPEUR
Lapport supplémentaire de chaleur, à partir de
la t débullition, a pour effet de changer
létat du liquide qui devient de la vapeur, sans
augmentation de la température qui reste
strictement égale au point débullition, en
emmagasinant lénergie correspondant à la chaleur
latente de vaporisation du liquide considéré.
Cette énergie est  latente  car elle sera
libérée instantanément uniquement lors de la
condensation à la surface dun point  froid .
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On peut considérer deux états de
vapeur a) Vapeur saturée (Mode préférentiel des
fours à condensation) la vapeur saturée est
constituée uniquement de vapeur inerte, sans
présence dagent oxydant (air) dans lambiance.
Dans ce cas, la température de lambiance est
exactement celle du point débullition du
liquide. Il est évident que la régulation de
température est parfaite et gratuite sans
intervention technique et que la quantité de
chaleur transmise est égale à 100 de la chaleur
latente de la vapeur condensée au contact des
pièces à chauffer. Une variation de pression
entraîne une variation du point débullition.
Les systèmes fonctionnent à pression
atmosphérique (considérée comme une constante)
ce qui garanti la constance des t dambiance.
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b)  Vapeur insaturée ( mode préférentiel phases
vapeurs en ligne allemandes) La vapeur
insaturée est constituée dun mélange dair et de
vapeur . Cet état insaturé a pour conséquence
que la température de condensation est égale au
point de rosée correspondant à la pression et à
la concentration qui est variable et non au
point débullition. (La vapeur saturée deau se
condense à 100 C et la vapeur insaturée contenue
dans lair ambiant humide se condense au point
de rosée beaucoup plus bas) .../...
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.../... Ceci impose une régulation en
concentration si lutilisation est à la pression
constante atmosphérique ou une régulation sur
certains systèmes à variation de pression, ce qui
nest pas automatique et peu aisé. Le chauffage
ne seffectue plus par condensation pure et sa
maîtrise est plus difficile. Les systèmes
doivent être munis dune variation et dun
contrôle de pression pour tenter dobtenir une t
constante ou  admettre  une dérive permanente
des t En outre, il est nécessaire dutiliser un
liquide de point débullition plus élevé qui est
plus coûteux.
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CHANGEMENT D'ÉTAT
Le changement détat permet un transfert de la
chaleur latente de vaporisation avec un rendement
égal à 100 .  La passage de létat liquide à
létat vapeur au contact de la partie
relativement chaude qui apporte lénergie (
résistances électriques) emmagasine la chaleur
latente de vaporisation. Le passage de létat
vapeur à létat liquide au contact de la partie
relativement froide (pièces à traiter) restitue
la totalité de la chaleur latente de vaporisation
à lendroit de la condensation, cest à dire,
dans ce cas, à la surface des pièces traitées
sans zone dombre et sans manque du fait de
limmersion totale des pièces dans le bain de
vapeur.
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Diagramme de changement d'état
Absorption sur élément chauffant
Liquide t ébullition
Chaleur latente de vaporisation
Chaleur latente de condensation
Vapeur t point d'ébullition
Restitution sur pièces à traiter
t liquide t vapeur Chaleur latente de
vaporisation chaleur latente de
condensation R1
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FLUIDES
Les fluides utilisables doivent impérativement
avoir, entre autres, les caractéristiques
suivantes  ? Excellente stabilité thermique La
régulation de température étant assurée par le
point débullition du liquide, il est important
que celui-ci soit stable dans le temps afin
déviter des dérives de process.  GALDEN  La
T débullition est suffisamment stable pour ne
pas modifier le process. 
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? Excellente stabilité chimique Le liquide
utilisé ne doit pas se dégrader aux températures
dutilisation en process afin de garantir la
sécurité des utilisateurs. De plus, il est
certain quune dégradation du liquide entraîne
obligatoirement une dérive et une dégradation de
ses caractéristiques thermiques   GALDEN  Le
point de dégradation des liquides GALDEN est très
largement supérieur au point débullition,
jamais dincident constaté, consignes de
sécurité simples à utiliser Un rapport de lI N
R S montre labsence de danger dans cette
utilisation des PFC de type GALDEN
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? Inertie chimique Le produit utilisé ne doit
pas réagir avec les crèmes à braser ou avec les
constituants des pièces traitées. De plus, il ne
doit pas présenter de danger pour
lenvironnement.   GALDEN  produit
perfluorocarboné particulièrement inerte, étudié
par les conférences mondiales pour
lenvironnement, déclaré sans restriction
dusage.
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? Point débullition adapté Chaque opération
est facilitée par lemploi du liquide dont le
point débullition est immédiatement supérieur à
la t dutilisation, afin de faciliter le
séchage et permettre la réduction des émissions
dans latmosphère. Il est néanmoins possible
dutiliser un liquide supérieur en T
débullition en optimisant les paramètres de
séchage   GALDEN  Vaste gamme de produits de
55 C à 260 C
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Il est à noter que  ? la sécurité des
personnes est assurée par lexcellente stabilité
des liquides PFC et par la construction de fours
à confinement de liquide et de vapeurs ? la
sécurité de lenvironnement a été étudiée lors
des travaux ayant conduit à linterdiction des
CFC sans que les organismes compétents
némettent de restriction à lusage des PFC
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Fluides recommandés Bien que la condensation soit
applicable à tout liquide pouvant passer de
létat liquide à létat vapeur, il est préférable
dutiliser des produits présentant les
caractéristiques ci-dessus. Le meilleur choix est
constitué par la catégorie des PerFluoroCarbones
qui permettent dobtenir des ambiances de 55 à
272 C, totalement inertes en vapeur saturée. Il
est à noter que ces liquides sont tous homologués
dans les MIL-STANDARD US et quils sont très
largement utilisés en test ou en refroidissement.
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FOUR A CONDENSATION
Un four à condensation est un four à convection
libre ( les éléments chauffants émettent
également des radiations onde longue) de forme et
de dimensions appropriées, muni de  ? une ou
deux portes étanches, commandées mécaniquement,
assurant la fermeture hermétique et le
confinement du liquide et des vapeurs présents
dans lenceinte du four à condensation lors du
process,
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? un évent piloté et confiné permettant la sortie
de lair intérieur chassé par la vapeur
produite, son confinement dans une enceinte
élastique pendant le process et son retour
piloté dans lenceinte lorsque la condensation
externe et le retour du liquide dans son
réservoir créent une dépression de séchage en
fin de cycle, ? un système dinjection de
liquide régulé permettant dintroduire le médium
de transfert thermique dans lenceinte afin de
produire la vapeur à condenser. La quantité de
liquide injecté est pilotée et permet de régler
la quantité de vapeur produite donc le gradient
de t montant
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? un système daspiration de vapeur assurant la
condensation externe de celle-ci et son retour
au réservoir de stockage. Ce système permet de
vider lenceinte de la vapeur de traitement
avant ouverture des portes pour transfert de la
charge à traiter. La quantité de vapeur et de
liquide extraite est régulée et permet de régler
le gradient de t descendant. Ce système renvoi
également de lair réfrigéré dans lenceinte. Le
débit réglable de cet air froid permet aussi de
modifier le gradient de t qui peut être ainsi
plat ou descendant ? un ou plusieurs capteurs
de t embarqués permettant de mesurer la t de
surface des pièces à traiter et dassurer le
pilotage des profils. (déclenchement pas à pas
des séquences du profil souhaité) Ce système
permet, en outre, dobtenir des t de surface
inférieures au point débullition dune manière
répétitive et sure.
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Cuve
Turbine
Circuit traitement eau air Galden
Échangeur
Réservoir filtre
Réservoir filtre
Circuit Galden
Pompe
Réservoir
Réchauffe
Rejet d'eau
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Le four à condensation met à la disposition de
lutilisateur les moyens suivant 
? Convection Lenceinte du four à condensation
est chauffée extérieurement par des moyens
électriques. Lintérieur de lenceinte est donc
maintenu par convection à une t supérieure au
point débullition du liquide. Une pièce
introduite dans lenceinte sera chauffée suivant
un gradient lent typique des fours à convection
jusquà la t de consigne de lenceinte
(lt300c) Cette possibilité sera largement
utilisée en cas de nécessité de gradient faible.
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? Condensation Il est possible dinjecter une
certaine quantité de liquide GALDEN dans
lenceinte à convection. Ce liquide est mis en
ébullition par le fond de lenceinte et passe à
létat vapeur. Ne pouvant se condenser sur les
parois relativement chaudes , cette vapeur se
condense uniquement à la surface des pièces à
traiter assurant le chauffage de celles-ci ( t
lt point débullition liquide). La quantité de
liquide injectée permet de régler le degré de
saturation de la vapeur qui peut ainsi être
entièrement saturée ou insaturée suivant
différentes concentrations (réglage de 0 à 100)
et varier proportionnellement le gradient de t
entre le mode condensation pure à forte pente et
le mode convection pure à faible pente.
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? Refroidissement Le four à condensation est
muni dun système de condensation externe de
vapeur aspirée dans lenceinte assurant la
vidange de celle-ci avant ouverture des portes.
Une particularité conséquente de ce système est
la réfrigération préalable dans le condenseur
de lair réintroduit dans la zone de traitement.
Cet apport important dair froid sur les
pièces permet un refroidissement très
efficace. La variation de la vitesse de
rotation du ventilateur modifie le débit dair
froid qui permet un ajustement du gradient de t
dans une gamme très étendue y compris à t
constante ( courbe plate avec gradient 0)
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? Séchage Le four à condensation doit évacuer
la vapeur de lenceinte avant de permettre
louverture des portes étanches. Cette
évacuation est assurée par une aspiration de la
vapeur contenue dans cette zone, qui traverse
un condenseur et revient au réservoir de
stockage. La très forte diminution du volume de
la vapeur transformée en liquide crée une
dépression dans le système qui tend à aspirer
lair qui avait été chassé en phase de
vaporisation et qui est confiné dans lévent. Une
vanne commandée retarde le casse-vide. Cette
période de vide relatif abaisse la tension de
vapeur du liquide présent dans lenceinte et sur
les pièces et assure ainsi un séchage parfait et
puissant sans possibilité de rétention, la
dépression étant strictement identique en tous
points de lenceinte et des pièces traitées.
La circulation importante dair dans
lenceinte favorise le séchage
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DE FAIT, LE FOUR A CONDENSATION EST UN FOUR A
CONVECTION CONDENSATION A SECHAGE FORCE
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PROFILS REALISABLES
Le four à condensation permet de réaliser une
infinité de profils différents, bien que
lexpérience montre quil est généralement
suffisant dutiliser un seul profil par point de
fusion dalliage soit un profil pour alliage avec
plomb et un profil pour alliage sans plomb.
Néanmoins, on peut considérer deux type de
profils différents  ? Profil avec préchauffage
? Profil sans préchauffage
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Profil avec préchauffage
C
Delta T 5C
d
3
4
liquidus/solidus
c
2
e
b
1
a
5
S
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La recette dexécution de ce profil comprend,
outre certains pas de process /machine, les
valeurs  utilisateur  suivantes  ? quantité
de liquide injectée/préchauffage 1 contrôle la
pente du segment (a) débutant de montée à la t
de préchauffage ? T de début de préchauffage 
point remarquable (1) déclenchant lextraction de
vapeur ? quantité de vapeur extraite  permet
dobtenir la pente du segment (b) débutant de
préchauffage ? durée de préchauffage ou T de
fin de préchauffage  permet de déterminer la
durée ou la fourchette de t du segment (b) de
préchauffage. La fin de ce segment déclenche
linjection suivante ? quantité de liquide
injecté/brasage  contrôle la pente du segment (
c ) débutant de brasage .../...
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? T de brasage  ce point remarquable (3) est
généralement situé entre 5 et 10C au dessus du
point de fusion de lalliage. Les valeurs
courantes sont  190C pour Sn/Pb ou Sn/Pb/Ag
227C pour Sn/Cu/Ag 229C pour Sn/Ag
Cette valeur lue sur la carte déclenche
lextraction totale de la vapeur et le
refroidissement interne des pièces traitées
quelle que soit la masse ou la forme de celle-ci
? Temps de séchage des pièces  permet de
maintenir la dépression le temps nécessaire au
séchage complet des pièces traitées (4) ? T de
refroidissement  t des pièces en fin de cycle
(5)
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Profil sans préchauffage
C
Delta T 5C
d
3
4
liquidus/solidus
c
e
5
S
Ce profil est identique au profil avec
préchauffage commençant au pas  injection/brasage 

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Il est à noter que le mode préférentiel de
brasage dans le four à condensation est le mode
en vapeur saturée
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FOUR A CONDENSATION ET ALLIAGES SANS PLOMB
Nous savons que le Four à Condensation assure la
refusion des alliages à une t comprise entre 5C
et 10 C au-dessus du point de fusion (au lieu de
30 à 50 pour les fours à convection forcée..)
Ainsi, les alliages avec plomb sont normalement
refondus à une t de lordre de 187C à 192 C
Les alliages Sn/Ag et Sn/Cu/Ag, dont les points
de fusion sont de 221 et 217C sont refondus avec
utilisation de liquide à 230C de point
débullition et 228 ou 226 C de t de
surface. Les alliages Sn/Cu et Sn/Cu/Ag dun
point de fusion supérieur sont refondus avec
utilisation de liquide à point débullition de
240C ou 250C
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Les fours à condensation sont particulièrement
adaptés au sans plomb, sans modification de
profil, le pic de brasage d'un four à convection
pour les alliages plombés étant le même que celui
du four à condensation pour le sans plomb.
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AUTRES APPLICATIONS DU FOUR A CONDENSATION
? Brasage tendre ? Polymérisation/réticulation ? S
échage ? Revenu de détente
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Le Four à Condensation dispose de lensemble des
qualités des différents systèmes de chauffage
sans les inconvénients associés. Cest le
procédé actuellement le plus complet sur le
marché dans ces gammes de température.
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Le terme FOUR à CONDENSATION est apparu pour la
première fois dans un brevet français de
1998. Une machine phase vapeur utilise la
condensation de vapeur sans possibilité de
convection. Un vrai Four à Condensation doit
normalement être équipé de convection et
condensation de vapeur saturée associées aux
portes étanches permettant dassurer le
séchage. Les fabricants de phase vapeur utilisent
le terme de four à condensation pour leurs
productions dune manière inappropriée.