Definition des Heizproblems
- Erwartete Mindesttemperaturen an Anfang und Ende
- Maximale Strömungsgeschwindigkeit des/der zu heizenden Materials/Materialien
- Erforderlicher Zeitaufwand zum Aufwärmen und Prozesszykluszeiten
- Gewichte und Abmessungen von erwärmten Materialien und Behältern
- Auswirkungen der Isolierung und ihrer thermischen Eigenschaften
- Elektrische Anforderungen — Spannung
- Methoden und Stellen der Temperaturerfassung
- Temperaturreglertyp
- Leistungsregler-Typ
- Limitierungen seitens der Elektrik
Berechnung des Leistungsbedarfs
Kurze Methode
Anlaufleistung = A + C + 2/3L + Sicherheitsfaktor
Betriebswatt = B + D + L + Sicherheitsfaktor
Der Sicherheitsfaktor liegt normalerweise je nach Anwendung bei 10 bis 35 Prozent.
A = Watt, die erforderlich sind, um die Temperatur von Material und Ausrüstung auf den Betriebspunkt zu erhöhen, innerhalb der gewünschten Zeit
B = Watt, die erforderlich sind, um die Temperatur des Materials während des Arbeitszyklus zu erhöhen
Die Gleichung für A und B (absorbierte Watt zur Erhöhung der Temperatur)
Gewicht des Materials (lbs) x Spezifische Materialwärme (°F) x Temperaturanstieg (°F)
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Start- oder Zykluszeit (Std.) x 3,412
C = Watt, die zum Schmelzen oder Verdampfen von Material während der Anlaufphase erforderlich sind
D = Watt, die erforderlich sind, um Material während des Arbeitszyklus zu schmelzen oder zu verdampfen
Die Gleichung für C und D (Absorbierte Watt zum Schmelzen oder Verdampfen)
Gewicht des Materials (lbs) x Schmelz- oder Verdampfungswärme (Btu/lb)
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Start- oder Zykluszeit (Std.) x 3,412
L = Watt verloren von Oberflächen durch Leitungseinsatz, Strahlung verwenden Wärmeverlustkurven oder Konvektion verwenden Wärmeverlustkurven
Die Gleichung für L (verlorene leitungsgeführte Wattzahl)
Thermische Leitfähigkeit des Materials oder der Isolierung (Btu x in./ft2 x °F x hr) x Oberfläche (ft2 ) x Temperaturdifferenz zur Umgebung (°F)
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Materialstärke oder Isolierung (Zoll) x 3,412
Leistungsberechnungen
Absorbierte Energie, Wärme, die erforderlich ist, um die Temperatur eines Materials zu erhöhen
Da Stoffe alle unterschiedlich erwärmen, sind unterschiedliche Wärmemengen erforderlich, um eine Temperaturänderung vorzunehmen. Die spezifische Wärmekapazität eines Stoffes ist die Wärmemenge, die benötigt wird, um die Temperatur einer Einheitsmenge des Stoffes um ein Grad zu erhöhen. Aufrufen der Wärmemenge, die Q hinzugefügt wird, was zu einer Temperaturänderung ∆T zu einem Gewicht der Substanz W führt, bei einer spezifischen Wärme des Materials Cp, dann Q = w x Cp x ∆T.
Da alle Berechnungen in Watt sind, wird eine zusätzliche Umrechnung von 3,412 Btu = 1 W-hr eingeführt.
QA oder QB = B x Cp x ∆T
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3.412
QA = Erforderliche Wärme, um die Temperatur von Materialien während des Aufheizens (Wh) zu erhöhen
QB = Erforderliche Wärme zur Erhöhung der Temperatur der im Arbeitszyklus verarbeiteten Materialien (Wh)
w = Gewicht des Materials (lb)
Cp = Spezifische Materialwärme (Btu/Ib x °F)
∆T = Temperaturanstieg des Materials (TFinal - TInitial )(°F)
Zum Schmelzen oder Verdampfen eines Materials erforderliche Wärme
Die zum Schmelzen des Materials erforderliche Wärme wird als latente Wärme der Fusion bezeichnet und wird durch Hf dargestellt. Eine weitere Zustandsänderung ist an Verdampfung und Kondensation beteiligt. Die latente Wärme der Verdampfung Hv der Substanz ist die Energie, die erforderlich ist, um eine Substanz von einer Flüssigkeit zu einem Dampf zu ändern. Die gleiche Menge an Energie wird freigesetzt, wenn der Dampf zu einer Flüssigkeit zurückkondensiert.
QC oder QD = B x Hf oder v
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3.412
QC = Erforderliche Wärme zum Schmelzen/Verdampfen von Materialien während des Aufheizens (Wh)
QD = Erforderliche Wärme zum Schmelzen/Verdampfen von im Arbeitszyklus verarbeiteten Materialien (Wh)
w = Gewicht des Materials (lb)
Hf = Latente Fusionswärme (Btu/Ib)
Hv = Latente Verdampfungswärme (Btu/lb)
Leiterwärmeverluste
Wärmeübertragung durch Leitung ist der Kontaktaustausch von Wärme von einem Körper bei einer höheren Temperatur zu einem anderen Körper bei einer niedrigeren Temperatur oder zwischen Teilen desselben Körpers bei verschiedenen Temperaturen.
QL1 = k x A x ∆T x te[1]
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3,412 x L
QL1= Leiterwärmeverluste (Wh)
k = Wärmeleitfähigkeit (Btu x Zoll/ft2 x °F x Stunde)
A = Wärmeübertragungsoberfläche (ft2 )
L = Materialstärke (Zoll)
∆T = Temperaturdifferenz über das Material (T2-T1 )°F
Konvektionswärmeverluste
Konvektion ist ein spezieller Fall der Konduktion. Konvektion ist definiert als die Übertragung von Wärme aus einem Hochtemperaturbereich in einem Gas oder einer Flüssigkeit als Ergebnis der Bewegung der Massen des Fluids.
QL2 = A • FSL • CF
QL2= Wärmeverluste bei der Konvektion (Wh)
A= Oberfläche (in2)
FSL = Vertikaler Oberflächenkonvektionsverlustfaktor (W/in2), bei Oberflächentemperatur bewertet
CF= Oberflächenausrichtungsfaktor: Beheizte Oberfläche zeigt horizontal nach oben (1,29), Vertikal (1,00), Beheizte Oberfläche zeigt horizontal nach unten (0,63)
Strahlungswärmeverluste
Strahlungsverluste hängen nicht von der Ausrichtung der Oberfläche ab. Der Emissionsgrad wird verwendet, um die’Fähigkeit eines Materials, Wärmeenergie abzustrahlen, anzupassen.
QL3 = A x FSL x e
QL3 = Strahlungswärmeverluste (Wh)
A = Oberfläche (in2)
FSL = Blackbody-Strahlungsverlustfaktor bei Oberflächentemperatur (W/in2)
e = Emissionsgrad-Korrekturfaktor der Materialoberfläche
Kombinierte Konvektions- und Strahlungswärmeverluste
Wenn nur die Konvektionskomponente erforderlich ist, muss die Strahlungskomponente separat bestimmt und von der kombinierten Kurve subtrahiert werden.
QL4 = A x FSL
QL4 = Oberflächenwärmeverluste kombinierte Konvektion und Strahlung (Wh)
A = Oberfläche (in2 )
FSL = Kombinierter Oberflächenverlustfaktor bei Oberflächentemperatur (W/in2 )
Gesamtwärmeverluste
Die Gesamtleitungs-, Konvektions- und Strahlungswärmeverluste werden zusammengefasst, um alle Verluste in den Leistungsgleichungen zu ermöglichen.
QL = QL1+ QL2 + QL3 Wenn Konvektions- und Strahlungsverluste separat berechnet werden. (Oberflächen sind nicht gleichmäßig isoliert und Verluste müssen separat berechnet werden.)
OR
QL = QL1+ QL4 Wenn kombinierte Strahlungs- und Konvektionskurven verwendet werden. (Rohre, Kanäle, gleichmäßig isolierte Körper.)
Leistungsbewertung
Nach der Berechnung des Start- und Betriebsleistungsbedarfs muss ein Vergleich durchgeführt und verschiedene Optionen bewertet werden.
In Referenz 1 sind die Start- und Betriebs-Watt in einem grafischen Format dargestellt, um Ihnen zu helfen, zu sehen, wie sich der Strombedarf summiert. Bei dieser grafischen Hilfestellung sind folgende Auswertungen möglich:
Vergleichen Sie die Anlaufleistung mit der Betriebsleistung.
Bewerten Sie die Auswirkungen einer Verlängerung der Anlaufzeit so, dass die Anlaufleistung gleich der Betriebsleistung ist (verwenden Sie den Timer, um das System vor der Schicht zu starten).
Erkennen Sie, dass mehr Heizkapazität vorhanden ist, als verwendet wird. (Eine kurze Einschaltzeit erfordert mehr Wattleistung als der Prozess in Wattleistung.)
Identifizieren Sie, wohin die meisten Energiequellen gehen, und entwickeln Sie die Isolierung neu oder fügen Sie sie hinzu, um den Wattbedarf zu reduzieren.
Nachdem das gesamte System in Betracht gezogen wurde, sollte eine Überprüfung der Anlaufzeit, der Produktionskapazität und der Isoliermethoden durchgeführt werden. Sobald Sie Ihre erforderliche Wärme haben, sollten Sie die Anwendungsfaktoren Ihres Heizelements berücksichtigen.