Choisir un élément de chauffage est un processus complexe qui intègre de nombreux éléments. Après avoir calculé la puissance requise, vous devez envisager l’application de votre élément de chauffage. Cela inclut tout, de la température de fonctionnement à la sécurité et au cycle de vie de l’appareil. Enfin, les coûts de remplacement doivent être pris en compte. Ici, nous mettons en évidence certaines des zones principales qui devraient affecter votre choix de chauffage.
Densités de puissance
Une valeur nominale’de densité de watts de l’élément de chauffage nous donne une indication du niveau de chaleur d’un élément de chauffage. Ces informations sont utilisées pour établir des limites sur l’application de l’élément de chauffage. Y compris les différentes températures et la variété des conditions de fonctionnement. La densité maximale de fonctionnement en watts est basée sur l’application d’un élément de chauffage de sorte que la durée de vie de l’élément de chauffage dépasse un an. En conjonction avec la durée de vie souhaitée, la densité de puissance est utilisée pour calculer à la fois le nombre requis d’éléments chauffants et leur taille.
Considérations mécaniques
Un accès complet doit être prévu (dans le processus de conception) pour faciliter le remplacement de l’élément de chauffage. Cela se fait généralement avec des protections ou des protections sur les éléments chauffants. Ces protections peuvent également minimiser les pertes de chaleur par convection à l’arrière des éléments chauffants et augmenter l’efficacité du système.
Lorsque l’élément de chauffage doit être fixé à une surface, il est extrêmement important de maintenir un contact intime, afin de faciliter le transfert de chaleur. Les éléments chauffants montés à l’extérieur d’une pièce doivent être munis de colliers de serrage ou de boulons pour faciliter ce contact. Les éléments chauffants insérés dans les trous doivent avoir des ajustements de trous aussi serrés que possible pour améliorer le transfert de chaleur de l’élément chauffant vers le matériau. Dans la mesure du possible, les trous doivent sortir par le côté opposé du matériau pour faciliter le retrait de l’élément de chauffage.
Facteurs de l’environnement de fonctionnement
Les contaminants sont la principale cause de réduction de la durée de vie de l’élément de chauffage. Les huiles et plastiques décomposés (hydrocarbures en général), les pâtes conductrices utilisées comme matériaux antigrippants, les métaux fondus et les vapeurs de métal peuvent tous créer des situations qui affectent la durée de vie de l’élément de chauffage. Certaines constructions d’élément de chauffage sont mieux étanches aux contaminants que d’autres. Dans les applications d’analyse, tous les contaminants possibles doivent être répertoriés afin de pouvoir évaluer pleinement l’élément de chauffage proposé.
La corrosion des matériaux chauffés ou des matériaux qui entreront en contact avec l’élément de chauffage doit également être prise en compte. Même si un élément de chauffage est complètement scellé, le choix du matériau de la gaine externe est très important pour la durée de vie de l’élément de chauffage.
Les environnements explosifs exigent généralement que l’élément de chauffage soit complètement isolé des zones potentiellement dangereuses. L’élément de chauffage peut être placé dans des puits de protection et le câblage acheminé à travers des passages scellés, hors de la zone dangereuse. Dans ces cas, il est recommandé de procéder à des fusibles très proches afin de minimiser l’ampleur de la défaillance, si elle se produit.
Calcul du facteur de sécurité
Les éléments chauffants doivent toujours être dimensionnés pour une valeur supérieure au nombre calculé, souvent désigné comme ajout d’un facteur de sécurité. En règle générale, moins le système comporte de variables et d’influences externes, plus le facteur de sécurité est petit.
Voici quelques lignes directrices d’ordre général :
- Facteur de sécurité de 10 % pour les grands systèmes de chauffage ou lorsqu’il existe très peu de variables inconnues.
- Facteur de sécurité de 20 % pour les systèmes de chauffage de petite à moyenne taille pour lesquels vous n’êtes pas sûr de disposer d’informations exactes.
- 20 à 35 % pour les systèmes de chauffage où vous faites de nombreuses hypothèses.
Quelle est la durée de vie de l’élément de chauffage ?
Plus la température est élevée, plus la durée de vie de’l’élément de chauffage est courte. Les éléments chauffants à isolation minérale utilisant des alliages traditionnels pour les éléments de résistance sont soumis au facteur limitant la durée de vie de l’oxydation du fil. Le fil d’enroulement s’oxyde à un taux proportionnel à la température de l’élément. Si la température de l’élément est connue, il est possible de projeter une durée de vie de l’élément de chauffage.
Les éléments chauffants utilisant des matériaux isolants à température nominale inférieure (caoutchouc de silicium et mica) ont des facteurs limitant la durée de vie. Ils sont associés au dépassement des limites de température de l’isolation et au cyclage thermique. Les éléments chauffants flexibles, les bandes de mica et les éléments chauffants à bande doivent être correctement dimensionnés et contrôlésafin de minimiser les variations de température pendant le cycle thermique des éléments.
Un cyclage thermique excessif accélérera la défaillance de l’élément de chauffage. Le pire taux de cycle est celui qui permet une expansion et une contraction complètes de l’élément de chauffage à une fréquence élevée (environ 30 à 60 secondes d’activation et de désactivation).
Coût de remplacement
Le coût de remplacement d’un élément de chauffage défectueux doit être pris en compte lors du choix d’un élément de chauffage. En général, ces coûts sont bien plus élevés que prévu. La durée de vie de l’élément de chauffage doit être telle que le remplacement peut être programmé et planifié pendant les périodes creuses de production afin d’éviter toute perte de production. Les facteurs suivants doivent être pris en compte lors de la détermination du coût de remplacement d’un élément de chauffage :
- Retrait de l’élément de chauffage existant
- Coût des temps d’arrêt de l’équipement
- Coût du produit élément — de chauffage, supports, câblage
- Main-d’œuvre pour retirer et installer les éléments chauffants
- Coûts d’achat supplémentaires
- Produits mis au rebut après défaillance de l’élément de chauffage et pendant le redémarrage du processus
- Fréquence des burnouts
Étude de cas sur les coûts
Un cylindre d’extrusion en plastique fonctionne 40 heures par semaine. Les barils utilisent des éléments chauffants à cinq bandes utilisés à 1 000 watts chacun. Le coût énergétique de ces barils est de 0,07 $/kWH. Supposez un fonctionnement en une période de travail ou 2 080 heures par an pour calculer le coût de remplacement de ces éléments chauffants.
Cas 1 : protégé et non isolé = 4,06 kW/h
Coût annuel de l’énergie :
2 080 heures x 4,06 kW/h x 0,07 USD/kWh = 591,00 USD
Coût de remplacement :
5 éléments chauffants x 12,00 $ pièce = 60 $
4 heures de main-d’œuvre pour l’installation x 20,00 $/h = 80 $
4 heures de temps de production perdu x 50,00 $/h = 200 $
Total/an = 931 $
Cas 2 : protégé et isolé = 2,38 kW/h
Coût annuel de l’énergie :
2 080 heures x 2,38 kW/h x 0,07 USD/kWh = 346 USD
Coût de remplacement :
Identique au cas 1 = 340 $
Total/an = 686 USD