Как выбрать плотность мощности для электронагревателя

При выборе ТЭНа учитывают плотность мощности (значение мощности на единицу объёма) и регулярность поддержания нужной температуры. Также нужно учитывать источник питания – здесь речь пойдёт про электрические нагреватели.

Плотность мощности определяет, с какой скоростью и результативностью происходит нагрев массы до требуемого термического значения. Постоянство температуры определяется способностью удержания её достигнутого значения в течение времени. Эти показатели напрямую влияют на качественную работу ТЭНа.

Зачем нужен учет плотности мощности

Значения мощности бывают 5-300 Вт/ʺ (читается, как 5-300 Вт/дюйм). Важно из такого разброса значений выбрать то, при котором электронагреватель будет функционировать полноценно, но не достигая критических значений.

Чем выше плотность мощности, тем скорее выполняется обогрев и расход энергии увеличивается. Эта величина должна соответствовать массе объекта. Для крупных предметов и объёмных сред выбираются более массивные нагреватели, чтобы не затягивать производственный процесс. К примеру, для алюминиевого блочка массой 5 кг для 15-минутного разогрева достаточно нагревателя в 50. Удвоение величины до 100 Вт дает лишь немного сократит время нагрева. А для достижения сопоставимой скорости нагрева блока весом 50 кг потребуется уже 500 Вт. Поэтому, для правильного выбора нагревателя принимают во внимание как плотность, так и тепловую массу.

При нагреве до высоких значений температур в среде с малой теплопроводностью ТЭН получит перегрев. Несколько таких случаев – и его уже придётся заменять новым. Нужно сформировать пространство для рассеивания аккумулируемой энергии. Только правильный выбор плотности мощности убережёт тепловое устройство от обновления.

Требования к постоянству температуры

Как уже упоминалось выше, чем больше плотность мощности, тем быстрее произойдёт передача энергии. Это сокращает период нагрева при термообработке, плавлении, отверждении, а также повышает производительность и сокращает заводкой цикл. Но такая плотность мощности способна превысить рекомендованные значения температуры или сделать её неравномерной. 

Нужная термическая стабильность по-своему влияет на выбор нагревателя. В ряде процессов требуется точный контроль за поддерживаемыми значениями, в пределах ±1°C. Другие технологии допускают погрешности в размере ±10°С. При жестком контроле нужна высокая плотность мощности, способная оперативно отреагировать на отклонения и восстановить заданное термическое значение. Более широкие колебания позволяют использовать более низкую плотность мощности.

Когда диапазон погрешности 5-10°C, можно брать нагреватели с низкой плотностью мощности. Это увеличит период нагрева, но снизит энергетические затраты. Для химических процессов допуск на отклонения может быть не более ±0,5°С. В таких случаях, помимо мощного ТЭНа, нужно устанавливать сложную электронику, которая будет управлять термическими процессами на очень высоком уровне.

Зачем нужно соблюдение равномерности температуры

По всей поверхности среды или объёму заготовки нужно обеспечить не изменяющуюся для конкретного процесса температуру. Это важно, чтобы достичь одинаковых показателей. Но здесь нужно правильно оптимизировать плотность мощности: при высоких значениях она сформирует «горячие точки», а при низких – приведёт к неравномерной структуре в изделии, недостаточном разжижении вязкой среды.

Что надо знать, чтобы выбрать достаточную плотность ватт

Подробно рассмотрим 5 пунктов.

1. Материал оболочки

Его выбирают, учитывая максимальный уровень допустимой температуры и сопутствующие факторы в виде влажности, вибрации, активности химических сред. Металл пригодится для термозначений от +150℃ до +815℃. Медная оболочка допустима для погружных нагревателей, работающих при температурах до +175℃. 

Жаропрочные сплавы Incoloy (+870℃) и стали-нержавейки (+650℃) пригодятся для установки ТЭНов в среде высокотермичных газов, растворов повышенной коррозионности, используют патронные нагреватели.

2. Желаемая плотность мощности

Значение обусловлено типом нагреваемого вещества. Сладким сиропам и нефтяным маслянистым продуктам подходят низкие плотности. Растительному маслу, воде пригодятся оболочки, выдерживающие высокие плотности.

3. Увеличение плотности мощности

В случае высокой проводимости тепло будет распределяться быстрее. Поэтому подходят высокие значения ваттов. При низкой проводимости веществ нужна пониженная плотность. Если в этом случае организовать высокую плотность мощности, тогда возникнет разрушение структуры углеводородных масел и теплоносителей. На ТЭНе и дне ёмкостей будут накапливаться отложения.

Для корродирующих материалов не нужна высокая плотность мощности. Это поможет контролировать ход химических реакций и не допустит остановки процесса.

Существуют приборы, которые осуществляют управление трубчатыми нагревателями. Например, рассчитанный на мощность ТЭНа до 3,5кВт:

4. Добавочная мощность

Чем дальше нагреваемый объект удалён от источника тепла, тем ниже будет его температура. В этих случаях расчётной мощности недостаточно и требуется дополнительный тепловой потенциал. Повышение значения плотности мощности будет благоприятным, так как она распределится между несколькими ТЭНами. Тепло не будет аккумулироваться в одной зоне, а распределится по необходимой поверхности (объёму).

5. Время восстановления

Значительная плотность мощности позволяет быстрее восстанавливать требуемую температуру после ввода холодной заготовки. Это уменьшает время простоя и снижает производственные потери. Быстрое восстановление температуры необходимо для стабильного выпуска больших объемов продукции.

Надо учесть ещё один момент. Если увеличить размер нагревателя, потребуется меньшая мощность при сохранении того же объёма среды. В этом случае лучше остановиться на ТЭНах меньше мощности, так как это позитивно повлияет на температуру нагревателей и увеличит период их фактического использования.

У каких видов нагревателей самая большая и самая маленькая плотность мощности

Среди различных типов электронагревателей, нагревающих массы, наибольшей плотностью мощности обладают хомутовые и ленточные нагреватели, а трубчатые и патронные имеют меньшую плотность мощности.

1. Хомутовые и ленточные нагреватели обхватывают предмет или прижимаются к нагреваемому объекту изнутри. Они концентрируют мощность нагрева в достаточно тонком поперечном сечении. Это минимизирует объем нагрева и обеспечит довольно высокий потенциал на небольшой площади. Плотность мощности для хомутовых и ленточных нагревателей обычно находится в диапазоне 30-60 Вт/см³.
2. Трубчатые и патронные нагреватели представляют собой цилиндрические изделия, которые вставляются в отверстия или проемы. Поскольку они нагревают больший объем, мощность распределяется по увеличенному пространству, что снижает её плотность. Поэтому значение трубчатых нагревателей может составлять 1-5 Вт/см³, а патронных - 5-15 Вт/см³.
3. Сопловые и пальчиковые нагреватели имеют геометрию, находящуюся где-то посередине от трубчатых и патронных. У них плотность мощности обычно составляет 10-30 Вт/см³.
4. Литые нагреватели отливаются в форму, поэтому их плотность мощности зависит от предполагаемого применения и конфигурации детали.

Итог. Концентрированный нагрев хомутовых и ленточных ТЭНов позволяет им достигать наиболее высоких плотностей мощности среди многих видов электронагревательных элементов. Трубчатые и патронные нагреватели лучше подходят для решения общих задач погружного нагрева, где предпочтительнее меньшая плотность мощности, но распределенный в среде поток тепла.

 

Рекомендации для заказчиков по выбору ТЭНов

Нагреватели не могут быть одинаковыми для производственных процессов Представленные советы помогут правильно выбрать необходимое устройство.

1. Соотнесите плотность мощности нагревателя с тепловой массой, чтобы оптимизировать время нагрева. Рассматривайте разумные временные показатели.
2. Учитывайте не только время нагрева, но и расход энергии в установившемся режиме. Высокая плотность может не оправдать надежд при очень быстром нагреве.
3. Усиленный контроль за температурой нужен при значительной плотности мощности.
4. Если точность не требуется, выбирайте более широкую вариативность, чтобы обеспечить уменьшение плотности мощности.
5. Правильное значение плотности нагревателя покрывает переходные режимы максимальной нагрузки.

Соблюдение этих рекомендаций приведёт к оптимальному выбору электронагревателя, в котором объединены желаемая производительность, точность температурных значений и оптимальные эксплуатационные расходы.

Чтобы ТЭН оправдал Ваши ожидания, обратите внимание на продукцию компании «Интмакс». Воспользуйтесь информационной поддержкой при возникновении вопросов. Мы выберем из каталога или изготовим необходимый нагреватель в желаемом количестве.