Cum se calculează căldura necesară-Timpul de funcționare pentru un încălzitor de PTFE într-un rezervor cu piese de prelucrat scufundate la rece?

Un butoi de elemente de fixare din oțel rece este aruncat într-un rezervor de acid cald pentru a fi placat. Temperatura soluției scade cu câteva grade rapid pe măsură ce căldura se deplasează rapid în sarcina metalică. Încălzitorul trebuie apoi să înlocuiască temperatura lichidului, precum și temperatura pereților rezervorului, a elementelor de fixare și a pieselor de prelucrat scufundate. Calculele de dimensionare a încălzitorului care ignoră masa termică a pieselor care intră tind să conducă la timp de recuperare lent, temperaturi instabile ale procesului și producție mai scăzută.

Dificultatea în calcularea timpilor de încălzire a încălzitorului PTFE pentru piesele reci este că fiecare kilogram de metal rece care intră în baie este o chiuvetă termică imensă. Piesele în sine sunt un burete uriaș și rece pentru căldură, care aspiră energie din funcționare până la stabilirea echilibrului termic.

Înțelegerea echilibrului termic al unui rezervor de proces |
Încălzitorul cu imersie din PTFE nu încălzește doar lichidul. La încărcarea/pornirea lotului, energia termică trebuie să fie dată mai multor mase simultan.

Sarcina totală de căldură include de obicei:

Procesul fluidului

Arhitectura rezervorului

Garnituri, coșuri sau rafturi

Piesele de prelucrat scufundate

Disiparea constantă a căldurii către mediu

Fiecare componentă absoarbe căldură în funcție de masa sa, calitățile materialului și creșterea de temperatură necesară.

Încălzitorul trebuie să aibă puterea adecvată pentru a încălzi toate aceste elemente de la temperatura lor inițială până la temperatura lor finală de funcționare în timpul de încălzire-corespunzător.

De ce piesele de prelucrat reci stabilesc sarcina termică
În multe activități de galvanizare, anodizare și procesare chimică, cea mai mare masă termică care intră în rezervor este piesa de prelucrat.

Componentele din oțel sunt de o importanță deosebită, deoarece combină:

Densitate mare

Lot vrac mare

Capacitate termică moderată

Aproximativ căldura specifică a oțelului este:

c_{oțel} \\aproximativ 0,5\\ \\mathrm{kJ/kg\\cdot K}csteel​≈0,5 kJ/kg⋅K

Aceasta înseamnă că o cantitate semnificativă de oțel necesită o cantitate mare de energie termică pentru a obține chiar și mici creșteri ale temperaturii.

De exemplu, 1 tonă de oțel încălzită la 30 de grade C va absorbi aproximativ:

Q=mcΔT=1000×0,5×30=15000 kJQ=mc\\Delta T=1000 \\times 0,5 \\times 30=15000\\ \\mathrm{kJ}Q{=mcΔT{=1000×0,5×30=15000

Această cerință de energie este acolo înainte de a putea obține din nou temperaturi stabile de proces.

În procesele discontinue cu butoaie, rafturi sau dispozitive dense, masa încărcăturii piesei de prelucrat poate fi egală sau mai mare decât masa termică a lichidului însuși.

Ecuația fundamentală a energiei termice
Energia de încălzire a oricărui material poate fi determinată folosind relația de bază de transfer de căldură:

Q=mcΔT Q=mc \\Delta TQ=mcΔT

Unde:

QQQ=avea nevoie de energie termică

greutate=MMM

ccc=capacitate termică

ΔT=creșterea temperaturii

Acest calcul trebuie făcut independent pentru:

Lichiorul de procedură

Piesele

Construcția rezervorului

Orice rafturi sau accesorii uriașe

Apoi se adaugă valorile energetice obținute pentru a obține necesarul total de încălzire.

Calculul încărcăturii termice fluide
Lichidul de proces este în mod normal sarcina termică de bază.

Soluțiile pe bază de apă au o capacitate termică specifică relativ mare, apropiindu-se de:

cwater≈4,18 kJ/kg⋅K

Rezervoarele de placare și chimice au uneori o dimensiune de sute sau mii de litri, astfel încât doar fierberea lichidului poate necesita multă putere.

Cu toate acestea, în producție, introducerea continuă a pieselor metalice reci poate face în curând încărcarea piesei de prelucrat la fel de importantă.

O regulă generală pentru determinarea încărcăturii totale de căldură este să adăugați masa lucrării la masa lichidului. Această aproximare poate oferi o estimare preliminară aproximativă, dar pentru un calcul ingineresc riguros, contribuțiile lichidului și ale piesei de prelucrat sunt separate pentru o mai bună acuratețe, deoarece materialele au capacități termice specifice foarte diferite.

Calculul puterii necesare încălzitorului
După ce energia termică totală necesară a fost calculată, puterea minimă a încălzitorului poate fi calculată împărțind energia totală la timpul de încălzire{0}}dorit.

Relația este următoarea:

P=QtP=\\frac{Q}{t}P=tQ​

Unde:

PPP=puterea de încălzire necesară

QQQ=energie termică totală

ttt=a permis timp să se încălzească-

Este necesară o putere instalată mai mare în cazul recuperării rapide după încărcarea pieselor reci.

De exemplu:

Puterea mai mică a încălzitorului asigură un timp lung de recuperare

Un obiectiv de recuperare scurt necesită o densitate de putere mult mai mare

Această conexiune este baza tuturor estimărilor pentru încălzirea din PTFE pentru piesele de prelucrat la rece.

Luând în considerare pierderile de căldură în rezervoare
În orice caz, în timpul încălzirii-, o parte din puterea încălzitorului este întotdeauna pierdută în împrejurimi.

Mecanismele tipice ale pierderilor de căldură sunt:

Convecție în pereții rezervorului

Evaporarea la suprafață a lichidului

Radiația în aerul ambiant

Pierderi de ventilație

Aceste pierderi sunt în general mai mici decât energia necesară pentru încălzirea lichidului și a pieselor de prelucrat, dar se adaugă la cererea totală de încălzire.

Pierderile de căldură devin mai semnificative atunci când:

Timpi mai lungi de încălzire-

Rezervoarele sunt operate la temperaturi ridicate

Suprafata mare

Ratele de ventilație sunt mai mari

Izolație slabă

Aceste pierderi continue sunt de obicei permise printr-o marjă de siguranță suplimentară într-o estimare realistă de proiectare.

De ce densitatea de wați contează încă
Un mic încălzitor din PTFE nu poate fi concentrat doar pe cerințe mari de putere de încălzire.

Rezistența chimică mare a PTFE este compensată de o conductivitate termică oarecum scăzută. Densitatea prea mare de wați supraîncălzește suprafața mantalei și reduce durata de viață a încălzitorului.

Chiar și la putere mare, trebuie respectate restricțiile de densitate de wați a mantalei PTFE.

Astfel, sarcinile de căldură substanțiale necesită de obicei:

Diferite încălzitoare cu imersie

Lungimi mai mari de încălzitoare

Creșterea suprafeței tecii

Modele de încălzitoare cu densitate redusă în wați

Această metodă de proiectare permite disiparea căldurii mai sigur, menținând în același timp temperaturile învelișului în limite acceptabile.

Nerespectarea limitelor de densitate de wați în alegerea încălzitorului poate duce la:

Supraîncălziți PTFE

Durată de viață redusă a încălzitorului

Temperatura învelișului este prea ridicată

Deteriorare chimică aproape de suprafața încălzitorului

Procesarea în lot are ca rezultat încărcări termice periodice.
Rezervoarele de proces continuu sunt, în general, exploatate în apropierea condițiilor de stare stabilă-. Operațiunile pe lot funcționează diferit.

Fiecare lot de piese reci introduce o perturbare termică tranzitorie, dar semnificativă.

Gravitatea acestei perturbări se bazează pe:

Masa parțială

fel de material

Temperatura piesei inițiale

Sarcina de frecventa 3

E timpul să te recuperezi

Dacă continuați să turnați oțel rece într-un rezervor de proces fierbinte, puteți împinge încălzitorul să funcționeze aproape cu normă întreagă.

Dacă capacitatea de încălzire instalată este prea mică, este posibil ca temperatura procesului să nu-și revină niciodată complet între ciclurile de producție.

#### Relația dintre inerția termică și eficiența producției
Consistența producției este direct afectată de inerția termică.

O revenire lentă a temperaturii poate afecta:

Tarife pentru placare

Cinetica reacțiilor

Rezultate Etch

Viscozitate

Calitatea finisajului suprafeței

Instabilitatea temperaturii sistemelor de galvanizare poate afecta, de asemenea, uniformitatea grosimii depozitului și repetabilitatea procesului.

Dimensionarea corectă a încălzitoarelor este, prin urmare, o problemă de inginerie termică și o problemă de calitate a procesului.

Masa termică a lucrării care intră în rezervor ar trebui să fie considerată o parte integrantă a proiectului total al sistemului de încălzire.

Concluzie
Timpul necesar de încălzire-a unui încălzitor cu imersie PTFE este semnificativ mai mare decât un calcul al volumului lichidului. Cererea termică totală a sistemului este puternic influențată de masă, tipul de material și temperatura inițială a pieselor de prelucrat scufundate.

Componentele reci din oțel au o căldură specifică de aproximativ 0,5 kJ/kg·K și absorb o cantitate imensă de energie în timpul încălzirii și devin adesea unul dintre cele mai mari radiatoare din rezervorul de proces. Puterea minimă a încălzitorului poate fi calculată prin adăugarea energiei totale necesare pentru încălzirea lichidului, a structurii rezervorului, a elementelor de fixare și a pieselor și comparând-o cu timpul de recuperare dorit.

În același timp, constrângerile de densitate în wați PTFE trebuie să fie menținute în intervale de lucru acceptabile, necesitând de obicei utilizarea a numeroase încălzitoare sau modele mai mari de-densitate joasă pentru a dispersa căldura în mod corespunzător.

În proiectarea practică a procesului de încălzire, greutatea și tipul pieselor care intră în baie sunt inseparabile de calculul dimensionării încălzitorului în sine. Dacă nu luați în considerare acea masă termică, sunteți aproape garantat că veți avea un răspuns frustrant de proces întârziat. Cantitatea de căldură care trebuie introdusă este, de asemenea, o funcție a ceea ce intră în rezervor în ceea ce privește masa metalului.