5 Reglas Fundamentales Para El Diseño De Transferencias De Calor Eficientes

CONSIDERAR ESTAS REGLAS BÁSICAS PARA EL DISEÑO DE TRANSFERENCIAS DE CALOR AMPLIARÁ LA PRODUCTIVIDAD DE UN PROYECTO, MEJORARÁ SU PROCESO Y REDUCIRÁ LA PÉRDIDA DE ENERGÍA. 

Los calentadores eléctricos pueden distribuir el calor donde sea necesario y cuando se conectan a un termopar colocado correctamente garantizan el control en su proceso y proporcionan un estado constante. Sin embargo, un diseño deficiente o una colocación incorrecta del sensor para el sistema de calefacción podría dar lugar a un concepto que no es ideal y podría producir un aumento de fallas prematuras. Seguir las reglas fundamentales de diseño eliminará costosas reconstrucciones o modificaciones de los diseños en términos de utilizar mejor su calentador eléctrico industrial.

Una comprensión adecuada de las recomendaciones fundamentales sobre transferencia de calor es imperativa para el éxito de cualquier proyecto. Las propiedades de la transferencia de calor son similares a las de una onda de sonido. El calor, como todos los elementos de la energía, debe seguir las leyes de la física.

Siguiendo las reglas fundamentales para diseñar transferencias de calor, será más fácil lograr el estado final deseado para su proyecto y evitar errores costosos.

1.   El calor debe tener una trayectoria recta

Cuando la ventilación del radiador esté cerrada u obstruida, la habitación se enfriará. Lo mismo ocurre con cualquier trayectoria de calor, basta decirlo, ya que debe permanecer sin obstrucciones y el calor no se dobla mágicamente alrededor de los obstáculos. Del mismo modo, los orificios, las cavidades, ranuras u otras direcciones erróneas podrían crear una oportunidad para que el calor se aleje del destino deseado.

A modo de ilustración, puede examinar la aplicación en la que la ubicación de un termopar en un conjunto de mordazas de empaque bloquea una parte de la transferencia de calor. Un análisis por elementos finitos o (FEA) mostraría que solo dos tercios del área dentro de una cara del sello cumple con la franja de temperatura de 6°F o 3.3°C.

La redistribución de la potencia podría ayudar a que el perfil sea más uniforme, aunque no al 100 por ciento. Un cambio en la densidad de vatios en el extremo del calentador aumentará el área a 86 por ciento de la franja de temperatura. Aunque aún existe un orificio, la compensación del aumento en la potencia puede hacer que el diseño sea más factible. En ocasiones, los diseños difíciles no tienen una alternativa funcional; sin embargo, un experto podría proporcionar una alternativa adecuada al enfrentar desafíos que otros podrían no haber considerado.

2.   Examine alternativas de diseño para franjas de temperatura precisas

Para evitar gastos adicionales, deben considerarse todas las opciones en la etapa de diseño para evitar el costo y el tiempo de la ejecución o producción de un diseño inadecuado. Los expertos en calefacción conocen los diseños disponibles que se ajustarán a sus necesidades y reducirán los costos. Cuando un calentador estándar no se ajuste al diseño o no produzca los requisitos correctos de temperatura, es posible que necesite un calentador no estándar.

En el caso de la mordaza de empaque, la conversión a un diseño enfocado en la energía podría reducir significativamente los requisitos de energía. El uso de software FEA de última generación podría permitirle a un diseñador evaluar las necesidades térmicas y producir una solución que ofrezca una mejor uniformidad, un ciclo más rápido y un consumo de energía reducido. El cambio a un diseño que utiliza un calentador enfocado reducirá los requisitos de energía de 650 W a 125 W. Eso es un ahorro significativo y, en última instancia, se traduce en menores gastos en materiales. Además, este método ofrece un reemplazo más fácil del calentador que un calentador de cartucho adherente. 

3.   Las reglas básicas de diseño: Asegurar que la energía debe controlarse

Una de las reglas básicas para diseñar cualquier calentador es asegurar que la temperatura se pueda controlar. Cuando un termopar está demasiado cerca de un calentador o de la superficie donde se medirá la franja de temperatura, su lectura podría distorsionarse y arrojar un punto de consigna del controlador incorrecto. En una situación ideal, querrá obtener una medida precisa de la temperatura en la superficie de trabajo. Las posiciones térmicas correctas reducen los diferenciales de temperatura (Δ) entre la temperatura de funcionamiento y el punto de consigna. Esto proporcionará un análisis más preciso de los verdaderos entornos del proceso.

Un segundo escenario involucra la forma en que el grosor y la masa de la banda afectan la distribución del calor. Cuando el grosor de la banda no es suficiente, el calor no se irradia de manera uniforme. Por otro lado, cuando la banda es más gruesa de lo necesario, la recuperación del proceso puede ralentizarse y disminuir la eficiencia.

Por consiguiente, tanto la ubicación del sensor de temperatura como el grosor de la banda determinan la transferencia de calor precisa. Cuando la franja de temperatura del termopar coincide con la temperatura de la superficie de trabajo, el proceso de calentamiento se controla mejor. Si el proceso no está suficientemente controlado, la distribución del calor no será ideal.

4.   Conservar la integridad del diámetro y la ranura

Una vida útil más prolongada y un mayor ahorro pueden lograrse mediante ajustes excelentes. Por definición, la calefacción eléctrica es 100% eficiente; sin embargo, el proceso de transferencia de calor no es eficiente al 100 por ciento. Ocurre una pérdida entre el calentador y el producto que necesita calentarse.Obtener el máximo rendimiento del calentador eléctrico significa una estrecha conexión dentro del proceso. Las condiciones de diseño deben garantizar un ajuste perfecto y uniforme.Una transferencia de calor óptima ocurre cuando el calentador se inserta dentro de la herramienta, cuando es posible. Esto permite una densidad de vatios más alta, lo que se traduce en una vida útil más larga para el calentador. Se debe tener cuidado al insertar el calentador en la herramienta. Algunas deformaciones pueden ser aceptables, pero no la compresión. Consulte a un socio especialista en soluciones térmicas para conocer los procedimientos de instalación adecuados para proporcionar una vida útil más larga para el calentador.

5.   Más potencia no siempre es lo mejor

Tal vez haya escuchado que más potencia en vatios es mejor, sin embargo, ese no siempre es el caso. La mayor parte de la energía gastada se utiliza para elevar el calor a la temperatura deseada desde la temperatura ambiente. Para mantener un punto de consigna, solo se necesita el 20 por ciento de esa potencia inicial en vatios. Por lo tanto, cuando introduce más potencia en el proceso para aumentar la temperatura, probablemente no hará ninguna diferencia durante las operaciones reales a temperatura. Sin embargo, los aumentos rápidos de temperatura hacen que la herramienta sea susceptible a deformaciones y resultan en una vida útil más corta para el calentador.

En resumen, aunque el calor es una herramienta poderosa cuando se utiliza de manera eficiente, no es magia. Depende del operador controlar adecuadamente la distribución del calor y corresponde a los diseñadores elaborar aplicaciones más eficientes para utilizar mejor las transferencias de calor utilizando las cinco reglas fundamentales anteriores.

Es imprescindible para la vida útil y la conservación de energía de cualquier calentador industrial considerar las reglas básicas durante el desarrollo y el diseño. Un pequeño cambio puede tener un impacto importante en la vida útil de los calentadores, las velocidades del procesador y la calidad de las herramientas.

Un socio especialista en soluciones térmicas y/o expertos en transferencia de calor pueden aportar sus conocimientos para garantizar un mejor diseño, que incluya un sistema más eficiente.