Dieci suggerimenti per massimizzare le prestazioni del riscaldatore 

Molti ingegneri dell'impianto non pensano molto ai riscaldatori che operano all'interno dei loro processi e applicazioni, a meno che questi non si guastino, richiedano una manutenzione significativa o causino altri problemi. Purtroppo, i riscaldatori svolgono un ruolo fondamentale in molte applicazioni. Pertanto, i problemi di riscaldamento possono facilmente causare spugne di neve e cefalea molto più grande.

Seguire alcune semplici linee guida non solo ridurrà la probabilità di problemi legati al riscaldatore, ma può effettivamente avere un impatto positivo significativo sull’efficienza dei sistemi e ridurre i requisiti e i costi di manutenzione. Di seguito sono riportati 10 modi per massimizzare la durata e le prestazioni di un riscaldatore.

Suggerimento 1: evitare la contaminazione del riscaldatore

La contaminazione è la causa più frequente di guasto del riscaldatore (vedere immagini). Man mano che i riscaldatori si espandono e si contraggono durante il ciclismo, spesso aspirano materiali organici o conduttivi. Ciò può portare a un guasto di arco tra singoli avvolgimenti del riscaldatore o tra avvolgimenti del riscaldatore e la guaina esterna del riscaldatore elettricamente messa a terra. Quando lasciati raccogliere all'estremità di piombo di un riscaldatore, i contaminanti possono anche causare cortocircuiti elettrici tra i pin di alimentazione o i terminali. Pertanto, è importante tenere lubrificanti, oli, nastri a bassa temperatura o materiali di lavorazione fuori dal contatto con l'estremità di piombo del riscaldatore. L’impiego di tenute sarà di aiuto.

Suggerimento 2: proteggere i cavi e le terminazioni da temperature elevate e movimenti eccessivi

Il filo conduttore standard isolato in fibra di vetro può essere utilizzato in applicazioni con temperature ambiente fino a circa 260 °C (500 °F). Se un conduttore è esposto a temperature più elevate, utilizzare un filo conduttore ad alta temperatura o un isolamento con microsfere in ceramica. Una sezione non riscaldata del riscaldatore, estendentesi in allontanamento dalla regione riscaldata del sistema, consente ai conduttori di funzionare a una temperatura vantaggiosamente più fredda.

Quando i riscaldatori sono montati in macchinari in movimento, è essenziale ancorare i conduttori per evitare che vengano danneggiati. È necessario specificare e utilizzare un’opzione di protezione dell’elettrocatetere per una protezione ottimale contro i danni dell’elettrocatetere.

Suggerimento 3: la selezione e il dimensionamento del riscaldatore sono importanti

Il wattaggio di un riscaldatore deve essere abbinato il più possibile ai requisiti di carico effettivi dell'applicazione per limitare il ciclo ON/OFF (vedere la punta 6). Per le applicazioni con parti montate, specificare il foro o una dimensione alternativa della caratteristica dell'applicazione per garantire un adattamento ottimale tra il riscaldatore e la caratteristica dell'applicazione. Una vestibilità aderente riduce al minimo gli spazi d'aria e riduce i casi di punti caldi.

Suggerimento 4: collegare a terra l'apparecchiatura

È prassi comune e sicura mettere a terra elettricamente tutte le apparecchiature su cui viene utilizzato il riscaldatore. Le apparecchiature di messa a terra aiutano a proteggere l'impianto e il personale in caso di guasto elettrico nel sistema di riscaldamento.

Suggerimento 5: la regolazione della tensione assicura che la tensione nominale del riscaldatore corrisponda alla tensione di alimentazione

È essenziale garantire che la tensione nominale di un riscaldatore corrisponda all'alimentazione di tensione disponibile poiché la potenza aumenta (o diminuisce) in corrispondenza del quadrato della variazione di tensione applicata a un riscaldatore. Ad esempio, se un riscaldatore è classificato per 120V/ 1000 W ed è collegato a un’alimentazione a 240V, genererà quattro volte l’uscita di potenza nominale o 4000W Ciò causerà un guasto relativamente rapido di un riscaldatore e può anche causare danni significativi all'apparecchiatura collegata.

Suggerimento 6: prevenire cicli eccessivi del riscaldatore

Un ciclo di temperatura eccessivo è molto dannoso per la vita di un riscaldatore. Il più dannoso è la velocità di ciclo che consente la completa espansione e contrazione del filo di resistenza del riscaldatore ad alta velocità (da 30 a 60 secondi di accensione ON e spegnimento). Ciò causa grave stress e ossidazione dei fili di resistenza all'interno di un riscaldatore. Quando si utilizzano i termostati, si riscontra un ciclo di temperatura errato. I termostati rispondono lentamente alle variazioni di temperatura e hanno ampi differenziali di temperatura ON/OFF. Un miglioramento, ma una soluzione leggermente più costosa, consiste nell'utilizzare i controllori ON/OFF o PID con relè meccanici. È fondamentale non cambiare la frequenza o il tempo di ciclo troppo rapidamente (tra 3 e 10 secondi), perché i contatti del relè possono usurarsi rapidamente.

Il modo più efficace per ridurre al minimo il ciclo di temperatura dell’elemento riscaldatore e la soluzione più costosa è utilizzare relè a stato solido (SSR) e controller di potenza SCR accoppiati ai controller di temperatura PID. Questa combinazione offre le migliori prestazioni sia per il sistema termico che per il riscaldatore stesso. I dispositivi di commutazione a stato solido attivano e riattivano l'alimentazione del riscaldatore molto rapidamente (da un secondo con un SSR, fino a millisecondi con SCR ad angolo di fase). Questo ciclo di alimentazione rapida riduce drasticamente le escursioni termiche del filo dell'elemento riscaldatore e prolunga sostanzialmente la durata del riscaldatore.

Suggerimento 7: assicurarsi che il materiale della guaina e i valori nominali di densità in watt siano compatibili con il materiale da riscaldare

Ciò è assolutamente fondamentale per garantire una lunga durata del riscaldatore e apparecchiature di elaborazione sane. Quando si riscaldano solidi, come metalli, la temperatura di funzionamento e il materiale della guaina di azionamento di adattamento riscaldatore-parte e le scelte di densità in watt. I materiali della guaina in acciaio al carbonio, alluminio e gomma siliconica sono adatti a temperature inferiori (poche centinaia di gradi). Tuttavia, con l'aumento delle temperature oltre questo punto, le scelte dei materiali della guaina si limitano agli acciai galvanizzati o inossidabili e ad altre leghe metalliche a temperatura più elevata. Con l'aumentare della temperatura, la densità in watt deve diminuire di conseguenza per evitare che i fili della resistenza interna si ossidano rapidamente e si guastino prematuramente. Un buon adattamento riscaldatore-parte assicura un corretto trasferimento del calore e non forza il surriscaldamento dei fili di resistenza.

Quando si riscaldano i gas, la temperatura di esercizio e le portate determinano il materiale della guaina e la densità in watt utilizzabili. Ad esempio, è possibile eseguire densità in watt più elevate quando si riscalda l’idrogeno rispetto all’azoto, ma l’idrogeno richiede guaine in lega 800, mentre l’acciaio inossidabile 304 funzionerà per molte applicazioni con azoto.

Aumentare il flusso e la turbolenza attraverso gli elementi riscaldatori significa un migliore trasferimento di calore, che aumenta i valori di densità in watt. Per il riscaldamento a liquido, il driver principale per la selezione dei materiali e della densità in watt è il materiale fluido e la portata. L’acqua può facilmente gestire da 42,52 a 70,87 W/cm2 (da 60 a 100W/in2) utilizzando una guaina in rame, mentre una miscela di acqua/glicole da 50/50 può gestire solo 21,26 W/cm2 (30 W/in2) e deve utilizzare una guaina in acciaio.

Suggerimento 8: montare i riscaldatori del serbatoio di immersione orizzontalmente vicino al fondo del serbatoio

I riscaldatori devono essere posizionati orizzontalmente e vicino al fondo del serbatoio per massimizzare la circolazione convettiva. Il montaggio verticale è consigliabile solo quando le limitazioni, come le restrizioni di spazio, vietano il posizionamento orizzontale. Indipendentemente dal fatto che un riscaldatore sia montato orizzontalmente o verticalmente, è essenziale posizionarlo abbastanza in alto da evitare l’accumulo di fanghi e detriti nella parte inferiore del serbatoio. Allo stesso modo, per entrambi i metodi di montaggio, l'intera lunghezza riscaldata del riscaldatore deve essere sempre immersa - si raccomanda raramente un motivo di montaggio verticale. È inoltre importante evitare di posizionare i riscaldatori in spazi ristretti che limitano il flusso convettivo e/o dove possono verificarsi bolliture libere o trappole di vapore.

Suggerimento 9: prevenire accumuli e fanghi sugli elementi riscaldanti

Le incrostazioni, il coking e l'accumulo di fanghi sulle guaine del riscaldatore devono essere ridotti al minimo. Qualsiasi accumulo deve essere periodicamente rimosso o almeno minimizzato, per evitare di inibire il trasferimento di calore al liquido. La pulizia periodica evita che gli elementi riscaldatori siano costretti a funzionare a temperature più elevate, il che può portare a un guasto precoce del riscaldatore. Prestare inoltre estrema attenzione per evitare di applicare lubrificante al silicone sulla sezione riscaldata di un riscaldatore. Il silicone impedirà la "bagnatura" della guaina da parte del liquido, fungerà da isolante e potrebbe causare il guasto del riscaldatore.

Suggerimento 10: garantire un controllo della temperatura adeguato e rigoroso e la protezione dei limiti di sicurezza

Abbinare il sistema di controllo della temperatura appropriato al riscaldatore è fondamentale per garantire prestazioni e durata elevate del riscaldatore. Ciascuna applicazione di processo deve includere almeno un sensore di temperatura di processo (per rilevare il materiale riscaldato) e un sensore di limite (per rilevare la temperatura della guaina del riscaldatore). Il sensore di processo deve essere immerso direttamente nel materiale da riscaldare o inserito saldamente in un pozzetto termometrico all'interno del fluido stesso. Per motivi di sicurezza, è necessario utilizzare due sistemi di controllo separati: uno per il controllo della temperatura di processo e uno per il controllo dei limiti elevati. I termostati o i termostati di commutazione ON/OFF offrono un controllo più stabile e una risposta più rapida. Il compromesso è che il controllo PID è spesso più costoso dei tipi ON/OFF e non sempre necessario per applicazioni che non richiedono un controllo della temperatura altamente accurato.

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