چگالی توان در هنگام انتخاب المنت حرارتی

چگالی توان یک شاخص مهم در هنگام انتخاب المنت‌های حرارتی می‌باشد. هنگام انتخاب المنت گرمایش صنعتی، یکی از پارامترهای کلیدی که همیشه به آن توجه می‌کنیم، چگالی توان است.
محصولات ما برای طیف گسترده‌ای از کاربردها در تجهیزات مختلف از جمله اکسترودرها، ماشین‌های قالب‌گیری تزریقی، خشک‌کن‌ها، وان‌های آبکاری، هاضم‌ها و کوره‌ها طراحی شده‌اند. ما المنت‌های گرمایش کویل باز را برای گرمایش همرفتی کارآمد، عناصر گرمایش تماسی و قطره‌های فروسرخ ارائه می‌کنیم. که گرما را بدون تماس مستقیم ارائه می‌کنند.
این مقاله اهمیت چگالی توان، محاسبات چگالی توان ویژه برای المنت کویل باز را که اساس بسیاری از راه حل‌های گرمایشی می‌باشد را نشان می‌دهد.

چگالی توان در المنت چیست؟

ما می‌دانیم که درک چگالی توان کلید انتخاب بهترین المنت گرمایشی برای تجهیزات صنعتی شماست. چگالی توان اساساً مقدار انرژی که در واحد سطح المنت گرمایش منتقل می‌شود می‌باشد. مانند تقسیم کل توان گرمایش بر ناحیه‌ای که این گرما را دریافت می‌کند. اگر از دریچه یک کتاب درسی فیزیک به آن نگاه کنید، این نسبت توان به سطح را می‌توان شار گرما نامید. با این حال، در صنعت ما صحبت از چگالی توان رایج است.
چگالی توان را بر حسب وات بر متر مربع اندازه‌گیری می‌کنیم. در حالی که سایر کشورها از اندازه‌گیری بر حسب وات بر اینچ مربع یا وات بر میلی‌متر مربع استفاده می‌کنند. این پارامتر به ما کمک می‌کند بفهمیم که چگونه نیرو بر روی سطح المنت توزیع می‌شود. و برای کارایی و ایمنی سیستم‌های گرمایش بسیار مهم است. چگالی توان برای انتقال حرارت کارآمد و طول عمر دستگاه مهم است.

اهمیت توان در المنت

گرما را می‌توان به سه روش انتقال، همرفت و تابش انتقال داد. به عنوان مثال، المنت‌های میکانیت و سیلیکون ما با رسانایی کار می‌کنند و گرما را مستقیماً به اجسامی که آنها را لمس می‌کنند منتقل می‌کنند.
المنت‌های سرامیکی و کوارتز از تشعشع برای گرم کردن استفاده می‌کنند. در حالی که عناصر سیم‌پیچ باز مانند المنت‌های گرمایشی نوع خشک یا المنت‌های مجرای گرما را برای جریان هوا از طریق همرفت اجباری تولید می‌کنند.
کلید درک انتقال حرارت همرفتی توسط قانون سرمایش نیوتن می‌باشد. که توان (Q)، مساحت سطح (A)، ضریب همرفت (h) و اختلاف دما بین سطح و هوا (TΔ) می‌باشد.

Q/A=h*ΔT

جایی که h به سرعت جریان هوا بستگی دارد. این معادله نشان می‌دهد که چگالی توان مستقیماً با میزان کارآمدی یک عنصر گرما را به محیط اطراف خود منتقل می‌کند.
با استفاده از فرومول اصلی انتقال حرارت همرفتی  Q/A=h (سطح T – هوا T) و با دانستن چگالی توان هر دو المنت، می ‌توانیم در مورد دمای سطح حدس بزنیم. با فرض اینکه دمای هوا T به دلیل کوچک بودن آن در مقایسه با دمای سطح T تأثیر کمی بر نتیجه دارد، می‌توانیم بر نسبت چگالی توان برای تخمین تغییر دمای سطح تمرکز کنیم.
در عمل، محاسبه ضریب همرفت می‌تواند دشوار باشد. زیرا به عوامل زیادی از جمله سرعت جریان هوا بستگی دارد که می‌تواند به طور قابل توجهی متفاوت باشد. این امر محاسبات مستقیم ضریب همرفت و چگالی توان را به یک کار سخت تبدیل می‌کند. در اینصورت داده‌های تجربی مختلف و شرایط عملیاتی مورد توجه قرار می‌گیرد.

نمونه‌ای از محاسبه در عمل

با استفاده از معادله انتقال حرارت همرفتی، می‌توانیم نشان دهیم که چگونه تحلیل چگالی توان به بهینه‌سازی محصول کمک می‌کند. فرض کنید مهندس طراح ما در حال کار بر روی بهبود سیستمی است که شامل المنت و فن است. سیستم اصلی از یک فن 2.8 CFM و یک المنت 500 وات با چگالی توان W/cm² 4.6 استفاده می‌کند.

بخش بازاریابی فرصتی را برای افزایش سهم بازار با استفاده از یک المنت بزرگتر 1000 وات با چگالی توان 7 وات بر سانتی‌متر مربع، مشابه رقبای ما، شناسایی کرد. هدف این است که در صورت امکان همان دمنده را حفظ کنید.

با فرض ثابت بودن سرعت جریان هوا از فن، می‌توانیم فرض کنیم که ضریب همرفت (h) برای هر دو گرمکن یکسان باقی می‌ماند. همچنین مشخص است که دمای هوای ورودی برای هر دو حالت دمای اتاق خواهد بود. با توجه به این داده‌ها، می‌توان نتیجه گرفت که سطح گرمایش یک عنصر 1000 وات در مقایسه با یک عنصر 500 وات دمای بالاتری خواهد داشت.

این مثال نشان می‌دهد که چگونه تغییر چگالی توان یک المنت گرمایشی می‌تواند بر دمای عملیاتی آن تأثیر بگذارد، که به نوبه خود برای طراحی سیستم‌های گرمایش کارآمد و ایمن مهم است.  مقدار حداقلی از ریاضی را برای تخمین میزان گرمای سیم‌پیچ گرمایش هنگام افزایش توان از 500 وات به 1000 وات، بر اساس محدوده دمایی پیشنهادی، اعمال می‌کنیم.

برای یک المنت 500 وات با دمای سیم‌پیچ فرضی 300 درجه سانتی‌گراد تا 500 درجه سانتی‌گراد و برای یک المنت 1000 وات با چگالی توان 7 W/cm²، انتظار داریم دمای سطح T sur2 به طور قابل توجهی بالاتر باشد.

یک محاسبه ساده از نسبت چگالی توان بین دو المنت به ما یک ایده تقریبی از افزایش دما می‌دهد:

(Q / A) 2 / (Q / A) 1 ≈ T sur2 / T sur 1

چگالی توان چگونه اندازه‌گیری می‌شود؟

چگالی توان المنت‌های برقی صنعتی معمولاً بر حسب وات بر سانتی‌متر مربع (W/cm²) اندازه‌گیری می‌شود. این پارامتر نشان می‌دهد که المنت چه مقدار انرژی در واحد سطح ساطع می‌کند. هر چه چگالی توان بیشتر باشد، گرمایش شدیدتر است. با این حال، انتخاب مقدار بهینه برای جلوگیری از گرمای بیش از حد و اطمینان از گرم شدن یکنواخت ماده یا فضای در حال پردازش، مهم است.

اگر فرض کنیم که افزایش توان از 4.6 وات بر سانتی‌متر مربع به 7 وات بر سانتی‌متر مربع منجر به افزایش 53 تا 56 درصدی دما می‌شود، می‌توان تصور کرد که دمای سطح المنت جدید به طور قابل توجهی بالاتر خواهد بود و شاید به 460 درجه سانتی‌گراد برسد و 780 درجه سانتی‌گراد بر این اساس.

این یک روش ساده برای ارزیابی چگونگی تأثیر افزایش چگالی توان بر دمای عملیاتی المنت گرمایشی است که برای طراحی و ایمنی عملیاتی آنها بسیار مهم است.

این رویکرد به مهندسین گرمایش پلیمری ما اجازه می‌دهد تا به سرعت محصولات ما را برای رفع نیازهای بازار بهینه‌سازی کنند و از کیفیت بالا و قابلیت اطمینان راه‌حل‌های گرمایش ما اطمینان حاصل کنند.

در نتیجه، چگالی توان برای المنت گرمایشی ما اطلاعات مهمی در مورد نحوه عملکرد آنها در شرایط مختلف ارائه می‌دهد. برای اکثر کاربردهای جابجایی اجباری، ما چگالی توان را به 9 W/cm² محدود می‌کنیم تا از عملکرد کارآمد و ایمن اطمینان حاصل کنیم.

با این حال، در مواردی که سرعت جریان هوا زیاد است یا هوا مستقیماً به کویل‌های گرمایشی هدایت می‌شود، می‌توان چگالی توان تا 17 W/cm² افزایش داد. این به ما امکان می‌دهد محصولاتی را توسعه دهیم که نه تنها نیازهای خاص مشتریان ما را برآورده می‌کند، بلکه عملکرد و قابلیت اطمینان بالایی را در سخت‌‌ترین شرایط عملیاتی ارائه می‌دهد.

چرا توان مورد نیاز است؟

چگالی توان مقدار انرژی است که در واحد سطح المنت گرمایش منتقل می‌شود. هنگام انتخاب المنت گرمایش صنعتی، یکی از پارامترهای کلیدی چگالی توان است. چگالی توان نقش مهمی در تضمین گرمایش کارآمد و سریع سطح المنت گرمایش دارد.
چگالی توان بالا به شما امکان می‌دهد تا به سرعت به دمای مورد نیاز برسید و از عملکرد بالای فرآیند گرمایش در تجهیزات مختلف صنعتی اطمینان حاصل کنید.
درک و کاربرد صحیح از چگالی توان به ما در الکترومحب اجازه می‌دهد تا محصولاتی را توسعه دهیم که هم نیازهای فنی و هم نیازهای بازار را برآورده می‌کنند. در الکترومحب ما برای سادگی و عملی بودن محاسبات مهندسی خود تلاش می‌کنیم تا آنها را قابل درک و در دسترس قرار دهیم.