Die Wahl eines Heizelements ist ein komplexer Prozess, der viele Elemente enthält. Nach der Berechnung der erforderlichen Wattleistung sollten Sie die Anwendung Ihres Heizelements in Betracht ziehen. Dies umfasst alles, von der Hitze, die es betreiben wird, bis hin zu den Sicherheitsfaktoren und dem Lebenszyklus des Geräts. Und schließlich müssen die Wiederbeschaffungskosten berücksichtigt werden. Hier stellen wir einige der Hauptbereiche vor, die sich auf Ihre Heizelementauswahl auswirken sollten.
Wattdichten
Die Wattdichte eines’ Heizelements gibt uns einen Hinweis darauf, wie heiß ein Heizelement arbeiten wird. Diese Informationen werden verwendet, um Grenzwerte für die Heizelementanwendung festzulegen. Einschließlich der verschiedenen Temperaturen und der verschiedenen Betriebsbedingungen. Die maximale Betriebswattdichte basiert auf der Anwendung eines Heizelements, sodass die Lebensdauer des Heizelements ein Jahr übersteigt. In Verbindung mit der gewünschten Lebensdauer wird die Wattdichte verwendet, um sowohl die erforderliche Anzahl von Heizelementen als auch deren Größe zu berechnen.
Mechanische Überlegungen
Der vollständige Zugang muss (im Designprozess) zur Verfügung gestellt werden, um den Austausch des Heizelements zu erleichtern. Dies geschieht in der Regel mit Ummantelungen oder Schutzvorrichtungen über den Heizelementen. Diese Schutzvorrichtungen können auch konvektive Wärmeverluste von der Rückseite der Heizelemente minimieren und die Effizienz des Systems erhöhen.
Wenn das Heizelement an einer Oberfläche befestigt werden muss, ist es äußerst wichtig, einen intimen Kontakt zu halten, um die Wärmeübertragung zu unterstützen. Heizelemente, die an der Außenseite eines Teils montiert sind, sollten Klemmbänder oder Bolzen haben, um diesen Kontakt zu erleichtern. Heizelemente, die in Löcher eingesetzt werden, sollten so fest wie möglich anliegen, um die Wärmeübertragung vom Heizelement zum Material zu verbessern. Wann immer möglich, sollten die Löcher durch die gegenüberliegende Seite des Materials austreten, um das Entfernen des Heizelements zu erleichtern.
Betriebsumgebungsfaktoren
Verunreinigungen sind die Hauptursache für eine verkürzte Lebensdauer des Heizelements. Zerlegte Öle und Kunststoffe (Kohlenwasserstoffe im Allgemeinen), leitfähige Pasten, die als Anti-Seize-Materialien verwendet werden, geschmolzene Metalle und Metalldämpfe können alle Situationen verursachen, die die Lebensdauer des Heizelements beeinflussen. Einige Heizelementkonstruktionen sind besser gegen Verunreinigungen abgedichtet als andere. Bei der Analyse von Anwendungen müssen alle möglichen Verunreinigungen aufgeführt werden, um das vorgeschlagene Heizelement vollständig bewerten zu können.
Die Korrosionsbeständigkeit der erwärmten Materialien oder der Materialien, die mit dem Heizelement in Kontakt kommen, muss ebenfalls berücksichtigt werden. Selbst wenn ein Heizelement vollständig abgedichtet ist, ist die Wahl des externen Mantelmaterials sehr wichtig für die Lebensdauer des Heizelements.
In explosionsgefährdeten Umgebungen muss das Heizelement in der Regel vollständig von potenziell gefährlichen Bereichen isoliert sein. Das Heizelement kann in Schutzschächte eingesetzt und die Verdrahtung durch versiegelte Durchgänge außerhalb des Gefahrenbereichs geführt werden. Eine sehr enge Sicherung wird in diesen Fällen empfohlen, um die Größe des Fehlers zu minimieren, falls er auftritt.
Berechnung des Sicherheitsfaktors
Heizelemente sollten immer für einen höheren Wert als den berechneten Wert ausgelegt sein, was oft als Addition eines Sicherheitsfaktors bezeichnet wird. Im Allgemeinen gilt: Je weniger Variablen und äußere Einflüsse im System vorhanden sind, desto kleiner ist der Sicherheitsfaktor.
Hier sind einige allgemeine Richtlinien:
- 10 Prozent Sicherheitsfaktor für große Heizsysteme oder wenn es sehr wenige unbekannte Variablen gibt.
- 20 Prozent Sicherheitsfaktor für kleine bis mittlere Heizsysteme, bei denen Sie nicht zu 100 Prozent sicher sind, dass Sie genaue Informationen haben.
- 20 bis 35 Prozent für Heizsysteme, bei denen Sie viele Annahmen treffen.
Wie lange hält das Heizelement?
Je höher die Temperatur, desto kürzer ist die Lebensdauer eines’ Heizelements. Mineralisolierte Heizelemente, die herkömmliche Legierungen für Widerstandselemente verwenden, unterliegen dem lebensbegrenzenden Faktor der Drahtoxidation. Der Wickeldraht oxidiert mit einer Rate, die proportional zur Elementtemperatur ist. Wenn die Temperatur des Elements bekannt ist, ist es möglich, eine Lebensdauer des Heizelements zu projizieren.
Heizelemente, die temperaturbeständigere Isoliermaterialien (Silikongummi und Glimmer) verwenden, haben lebensbegrenzende Faktoren. Diese werden mit der Überschreitung der Temperaturgrenzen der Isolierung und mit dem thermischen Zyklus in Verbindung gebracht. Flexible Heizelemente, Glimmerstreifen und Bandheizelemente müssen korrekt dimensioniert und gesteuert werden, um Temperaturschwankungen während des thermischen Zyklus der Elemente zu minimieren.
Ein übermäßiger thermischer Zyklus beschleunigt den Ausfall des Heizelements. Die schlechteste Zyklusrate ist eine Rate, die eine vollständige Ausdehnung und vollständige Kontraktion des Heizelements bei hoher Frequenz ermöglicht (ca. 30 bis 60 Sekunden ein und aus).
Ersatzkosten
Die Kosten für den Austausch eines defekten Heizelements müssen bei der Auswahl eines Heizelements berücksichtigt werden. Im Allgemeinen sind diese Kosten tatsächlich viel höher als erwartet. Die Lebensdauer des Heizelements muss derart sein, dass der Austausch während der Produktionszeiten außerhalb der Spitzenzeiten geplant und geplant werden kann, um Produktionsverluste zu vermeiden. Die folgenden Faktoren sollten bei der Bestimmung der Kosten eines Heizelementaustauschs berücksichtigt werden:
- Entfernung des vorhandenen Heizelements
- Kosten für Geräteausfallzeit
- Materialkosten — Heizelement, Halterungen, Verdrahtung
- Arbeit zum Entfernen und Installieren von Heizelementen
- Zusätzliche Anschaffungskosten
- Produkte nach einem Ausfall des Heizelements und während des Neustarts des Prozesses abschrotten
- Häufigkeit von Burnouts
Kostenfallstudie
Ein Kunststoff-Extrusionszylinder arbeitet 40 Stunden pro Woche. Die Fässer verwenden fünfbandige Heizelemente mit jeweils 1000 Watt. Die Energiekosten für diese Barrel betragen 0,07 USD/kWH. Gehen Sie von einem Einschichtbetrieb oder 2080 Stunden pro Jahr aus, um die Wiederbeschaffungskosten dieser Heizelemente zu berechnen.
Gehäuse 1: Verhüllt und nicht isoliert = 4,06 kW/H
Jährliche Energiekosten:
2080 Stunden x 4,06 kW/H x 0,07 USD/kWH = 591,00 USD
Wiederbeschaffungskosten:
5 Heizelemente x je 12,00 USD = 60 USD
4 Stunden Arbeitsaufwand x 20,00 USD/h = 80 USD
4 Stunden Produktionsausfallzeit x 50,00 $/Std. = 200 USD
Gesamt/Jahr = 931 USD
Gehäuse 2: Verhüllt und isoliert = 2,38 kW/H
Jährliche Energiekosten:
2080 Stunden x 2,38 kW/H x 0,07 USD/kWH = 346 USD
Wiederbeschaffungskosten:
Gleich wie Fall 1 = 340 USD
Gesamt/Jahr = 686 USD