Dengimo statinė, pilna šalto plieno tvirtinimo detalių, nuleidžiama į šiltą rūgšties baką. Tirpalo temperatūra iškart nukrenta keliais laipsniais, nes šiluma greitai patenka į metalo apkrovą. Tada šildytuvas turi atkurti ne tik skysčio temperatūrą, bet ir bako sienelių, tvirtinimo detalių ir panardintų ruošinių temperatūrą. Apskaičiuojant šildytuvo dydį, neatsižvelgiant į įeinančių dalių šiluminę masę, atsigavimo laikas yra lėtas, proceso temperatūra nestabili ir sumažėja gamybos našumas.
Iššūkis už nugarosPTFE šildytuvo įkaitimo laikas šalti ruošiniaiSkaičiavimai priklauso nuo supratimo, kad kiekvienas kilogramas šalto metalo, patenkančio į vonią, elgiasi kaip didelė šiluminė kriauklė. Pačios dalys yra šalta, masyvi šilumos kempinė, sugerianti energiją iš proceso, kol pasiekiama šiluminė pusiausvyra.
Proceso bako šilumos balanso supratimas
PTFE panardinamasis šildytuvas nešildo tik skysčio. Partijos pakrovimo ar paleidimo sąlygomis šiluminė energija turi būti tiekiama kelioms masėms vienu metu.
Į bendrą šilumos apkrovą paprastai įeina:
Proceso skystis
Bako konstrukcija
Lentynos, krepšeliai ar armatūra
Panardinti ruošiniai
Nuolatiniai šilumos nuostoliai supančiai aplinkai
Kiekvienas komponentas sugeria šilumą pagal savo masę, medžiagos savybes ir temperatūros kilimo poreikį.
Šildytuvas turi tiekti pakankamai energijos, kad per norimą įkaitimo{0}}periodą visi šie elementai pakiltų nuo pradinės temperatūros iki galutinės darbinės temperatūros.
Kodėl šalti ruošiniai dominuoja šilumos apkrovoje
Atliekant daugelį galvanizavimo, anodavimo ir cheminio apdorojimo operacijų, patys ruošiniai sudaro didžiausią šiluminę masę, patenkančią į baką.
Plieniniai komponentai yra ypač svarbūs, nes jie sujungia:
Didelis tankis
Didelės partijos masė
Vidutinė specifinė šilumos talpa
Savitoji plieno šiluma yra maždaug:
csteel≈0,5 kJ/kg⋅Kc_{plienas} \\apytiksliai 0,5\\ \\mathrm{kJ/kg\\cdot K}csteel≈0,5 kJ/kg⋅K
Tai reiškia, kad dideliam plieno kiekiui reikia didelės šiluminės energijos net nedideliam temperatūros padidėjimui.
Pavyzdžiui, viena tona plieno, pakelta 30 laipsnių, sugeria maždaug:
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} kJ{{11
Šis energijos poreikis egzistuoja dar prieš atkuriant stabilią proceso temperatūrą.
Atliekant paketines operacijas su statinėmis, stelažais ar tankiais įtaisais, ruošinio apkrova gali būti lygi arba didesnė už paties skysčio šiluminę masę.
Pagrindinė šilumos energijos lygtis
Energiją, reikalingą bet kuriai medžiagai šildyti, galima apskaičiuoti naudojant standartinį šilumos perdavimo santykį:
Q=mcΔTQ=mc\\Delta TQ=mcΔT
Kur:
Reikia QQQ=šilumos energijos
mmm=masė
ccc=specifinė šiluminė talpa
ΔT\\Delta TΔT=temperatūros kilimas
Šis skaičiavimas turi būti atliekamas atskirai:
Proceso skystis
Ruošiniai
Bako konstrukcija
Bet kokie dideli armatūra ar lentynos
Tada gautos energijos vertės sumuojamos, siekiant nustatyti bendrą šildymo poreikį.
Skysčio šiluminės apkrovos apskaičiavimas
Proceso skystis paprastai parodo bazinę šiluminę apkrovą.
Vandens pagrindo tirpalai turi gana didelę savitąją šiluminę talpą, artimą:
cvanduo≈4,18 kJ/kg⋅Kc_{vanduo} \\apytiksliai 4,18\\ \\mathrm{kJ/kg\\cdot K}cvanduo≈4,18 kJ/kg⋅K
Kadangi dengimo ir cheminių medžiagų talpyklose dažnai yra šimtai ar tūkstančiai litrų, vien tik skysčio šildymui gali prireikti daug energijos.
Tačiau kai gamybos metu pakartotinai įdedamos šaltos metalinės dalys, ruošinio apkrova gali greitai tapti vienodai reikšminga.
Įprasta taisyklė – apskaičiuojant bendrą šilumos apkrovą darbo masę tiesiog pridėti prie skysčio masės. Nors šis apytikslis skaičiavimas gali suteikti greitą preliminarų įvertinimą, griežtas inžinerinis skaičiavimas atskiria skysčio ir ruošinio indėlį, kad būtų didesnis tikslumas, nes medžiagų savitoji šiluminė talpa labai skiriasi.
Reikalingos šildytuvo galios nustatymas
Apskaičiavus bendrą šilumos energijos poreikį, mažiausią šildytuvo galią galima apskaičiuoti padalijus bendrą energiją iš pageidaujamo šildymo{0}}laiko.
Santykis yra:
P=QtP=\\frac{Q}{t}P=tQ
Kur:
PPP=reikalinga šildytuvo galia
QQQ=bendra šilumos energija
ttt=leistinas įkaitimo-laikas
Jei po šaltų dalių pakrovimo reikia greito atsigavimo, reikia didesnės sumontuotos galios.
Pavyzdžiui:
Ilgas atkūrimo laikotarpis leidžia sumažinti šildytuvo galią
Trumpam atkūrimo tikslui reikalingas žymiai didesnis galios tankis
Šie santykiai yra svarbiausi visiemsPTFE šildytuvo įkaitimo laikas šalti ruošiniaiskaičiavimai.
Talpyklos šilumos nuostolių apskaita
Kaitinant-, dalis šildytuvo galios nuolat prarandama supančiai aplinkai.
Tipiški šilumos praradimo mechanizmai yra šie:
Konvekcija nuo rezervuaro sienelių
Garavimas nuo skysčio paviršiaus
Radiacija į aplinkinį orą
su ventiliacija{0}}susiję nuostoliai
Nors šie nuostoliai paprastai yra mažesni už energiją, reikalingą skysčiui ir ruošiniams pašildyti, jie vis tiek prisideda prie bendro šildytuvo poreikio.
Šilumos nuostoliai tampa svarbesni, kai:
Įkaitimo{0}}periodai yra ilgi
Cisternos veikia esant aukštai temperatūrai
Paviršiaus plotas didelis
Vėdinimo rodikliai yra dideli
Izoliacija prasta
Praktinis projektinis skaičiavimas paprastai apima papildomą saugos ribą, kad kompensuotų šiuos nuolatinius nuostolius.
Kodėl vatų tankis vis dar svarbus
Didelis šildymo galios poreikis negali būti tiesiog sutelktas į mažą PTFE šildytuvą.
PTFE pasižymi puikiu cheminiu atsparumu, bet santykinai mažu šilumos laidumu. Per didelis vatų tankis gali perkaisti apvalkalo paviršių ir sutrumpinti šildytuvo tarnavimo laiką.
Net kai reikalinga didelė galia, vis tiek reikia laikytis PTFE apvalkalo vatų tankio ribų.
Dėl to didelėms šilumos apkrovoms dažnai reikia:
Keli panardinami šildytuvai
Ilgesnis šildytuvo ilgis
Padidėjęs apvalkalo paviršiaus plotas
Mažesnio vato tankio šildytuvo dizainas
Šis dizaino metodas saugiau paskirsto šilumą išlaikant priimtiną apvalkalo temperatūrą.
Nepaisydami vatų tankio apribojimų pasirenkant šildytuvą, gali atsirasti:
PTFE perkaitimas
Sutrumpintas šildytuvo tarnavimo laikas
Per didelė apvalkalo temperatūra
Cheminis skilimas šalia šildytuvo paviršiaus
Paketinis apdorojimas sukuria ciklinius šiluminius poreikius
Nepertraukiamo proceso bakai dažnai veikia beveik pastoviomis{0}}būsenomis. Paketinės operacijos veikia skirtingai.
Kiekviena nauja šaltų dalių apkrova sukuria laikinus, bet didelius šilumos sutrikimus.
Šio sutrikimo sunkumas priklauso nuo:
Dalies masė
Medžiagos tipas
Pradinė dalies temperatūra
Apkrovos dažnis
Pageidaujamas atkūrimo laikas
Į šildomą proceso baką pakartotinai patekęs šaltas plienas gali priversti šildytuvą veikti beveik -nepertraukiamu visu{1}}galia.
Jei sumontuotas šildymo pajėgumas yra per mažas, proceso temperatūra gali niekada visiškai neatsigauti tarp gamybos ciklų.
Šiluminės inercijos ir gamybos efektyvumo ryšys
Šiluminė inercija tiesiogiai veikia gamybos konsistenciją.
Lėtas temperatūros atsigavimas gali turėti įtakos:
Dengimo normos
Cheminės reakcijos kinetika
Etch našumas
Klampumas
Paviršiaus apdailos kokybė
Galvaninio dengimo sistemose temperatūros nestabilumas taip pat gali turėti įtakos nuosėdų storio vienodumui ir proceso pakartojamumui.
Todėl tinkamas šildytuvo dydis tampa ir šiluminės inžinerijos, ir proceso kokybės problema.
Į rezervuarą patenkančio darbo šiluminė masė turi būti traktuojama kaip neatskiriama bendros šildymo sistemos konstrukcijos dalis.
Išvada
Apskaičiuojant reikiamą PTFE panardinamojo šildytuvo įkaitimo{0}}laiką, reikia daug daugiau nei vien tik skysčio tūrio įvertinimą. Panardintų ruošinių masė, medžiagos tipas ir pradinė temperatūra labai prisideda prie bendro sistemos šilumos poreikio.
Šalto plieno komponentai, kurių savitoji šiluma yra maždaug 0,5 kJ/kg·K, kaitinant sugeria daug energijos ir dažnai tampa vienu didžiausių šilumos šalintuvų proceso bake. Bendra energija, reikalinga skysčiui, rezervuaro konstrukcijai, įtaisams ir dalims šildyti, turi būti susumuota ir suderinta su norimu atkūrimo laiku, kad būtų nustatyta mažiausia šildytuvo galia.
Tuo pačiu metu PTFE vatų tankio apribojimai turi išlikti saugių veikimo diapazonų ribose, todėl norint tinkamai paskirstyti šilumą, dažnai reikia kelių šildytuvų arba didesnių mažo -tankio konstrukcijų.
Praktiniame šildymo proceso projekte į vonią patenkančių dalių svoris ir pobūdis yra neatsiejami nuo paties šildytuvo dydžio skaičiavimo. Šios šiluminės masės nepaisymas beveik garantuoja apgailėtinai lėtą proceso atsaką. Tai, kas patenka į baką, kalbant apie metalo masę, galiausiai lemia ir tai, kiek šilumos turi patekti.
