كثافة الواط والتصميم الحراري لتطبيقات Sub{0}}Zero
ترك رسالة
أحد الأخطاء الأكثر شيوعًا التي يرتكبها الأشخاص عند اختيار سخانات الخرطوشة هو عدم الاهتمام بكثافة الواط، وهي كمية الكهرباء التي تخرج من كل قدم مربع من مساحة السطح. تعد هذه المعلمة أكثر أهمية في المواقع التي تقل درجات الحرارة فيها عن -40 درجة حيث يتعين على السخان التعامل مع الكثير من فقدان الحرارة مع تجنب الضرر الذي قد يحدث عندما تكون الأسطح ساخنة جدًا.
قد تصل كثافة سخانات الخرطوشة القياسية إلى 63 وات/سم² (400 وات/بوصة²)، مما يجعلها رائعة لتسخين قوالب حقن البلاستيك ومعدات التعبئة بسرعة. تعمل هذه التصميمات عالية الكثافة- لأن المدفأة محاطة بكتلة ساخنة تعمل على نقل الحرارة بسرعة بعيدًا عن المدفأة. لكن الرياضيات تتغير عندما يكون الجو باردا في الخارج. يجب أن يتعامل نفس السخان مع الكتلة الحرارية للجزء الذي يتم تسخينه بالإضافة إلى الفقد المستمر للحرارة في الهواء عند -40 درجة أو التوصيل من خلال التوصيلات الهيكلية.
عندما يبدأ المهندسون الحراريون ذوو الخبرة حساباتهم، يستخدمون متطلبات الحرارة الأساسية: Q=m × c × ΔT / t، حيث Q هي الواط، m هي الكتلة، c هي الحرارة النوعية، ΔT هو التغير في درجة الحرارة، وt هو الوقت. ثم يضيفون جزء فقد الحرارة، وهو معامل انتقال الحرارة مضروبًا في مساحة السطح مضروبًا في التغير في درجة الحرارة عن البيئة المحيطة. في حالة الطقس -40 درجة مع الرياح، قد تكون خسائر الحمل الحراري أكبر من كمية التدفئة الموصلة اللازمة، وفي بعض الأحيان تضاعف إجمالي الواط المطلوب.
من الناحية العملية، هذا يعني أن سخانات الخرطوشة للطقس البارد عادة ما تكون ذات كثافة واط أقل من تلك الخاصة بدرجات الحرارة الساخنة، وعادة ما تكون 10-25 وات/سم² بدلاً من 40-63 وات/سم². هذه الطريقة الحذرة لها فوائد كثيرة. تعمل درجات الحرارة السطحية المنخفضة على إبطاء عملية الأكسدة على سلك المقاومة، مما قد يجعل السخان يدوم لسنوات بدلاً من أشهر فقط. يؤدي توزيع الحرارة بشكل أكثر اتساقًا إلى إيقاف البقع الساخنة التي تكسر عزل أكسيد المغنيسيوم. والفرق الأصغر في درجة الحرارة بين المدفأة والهواء المحيط يقلل من الضغط الحراري على الجزء الساخن.
ويجب أن تؤخذ هذه الحقائق الحرارية في الاعتبار عند وضع خطط لإدارة درجة الحرارة. عندما يتحول السخان بين الطاقة الكاملة وإيقاف التشغيل، يمكن أن تتغير درجة الحرارة بما يصل إلى ±10 درجة أو أكثر. عندما تكون درجة الحرارة -40 درجة، فإن فترات التوقف تجعل الأشياء تبرد بسرعة، مما يضع ضغطًا على المواد ويهدر الطاقة عن طريق تسخينها. يؤدي استخدام مرحلات الحالة الصلبة- أو وحدات التحكم في الطاقة SCR للتحكم التناسبي إلى الحفاظ على استقرار مستويات الطاقة ومطابقة فقدان الحرارة بدقة. يؤدي هذا إلى الحفاظ على درجات الحرارة ضمن ±2 درجة من نقطة الضبط ويقلل من استخدام الطاقة بنسبة 20-30% مقارنة بالتحكم في الانفجار.
في هذه الحالات، يعد وضع المزدوجات الحرارية في الأماكن الصحيحة فنًا. وضع الحساس على طرف السخان يعطي أسرع استجابة ولكنه يراقب درجة حرارة السخان بدلا من درجة حرارة العملية. يؤدي وضعها في الكتلة الساخنة إلى الحصول على بيانات عملية أكثر دقة، ولكنه يضيف أيضًا تأخرًا، مما قد يتسبب في تجاوز الحد الأقصى. غالبًا ما يكون الجواب هو استخدام جهازي استشعار: أحدهما عند المدفأة للحفاظ على سلامة الأشياء والآخر أثناء العملية للتحكم في الأشياء. يجب أن تجد خوارزمية التحكم التوازن الصحيح بين رد الفعل السريع والاستقرار.
في المنشآت ذات درجات الحرارة المنخفضة-، تحتاج المناطق الباردة إلى رعاية خاصة. عندما تتعرض الصناديق الطرفية إلى -40 درجة، فإن الجزء غير المسخن في طرف الرصاص، والذي يكون عادةً 5-10 مم في السخانات العادية، قد يحتاج إلى تمديد إلى 25-50 مم. وهذا يمنع نقطة الاتصال من النزول إلى ما دون نقطة الندى، عندما يتراكم التكثيف ويسبب مشاكل كهربائية. تستخدم بعض التصميمات انحناءات الزاوية اليمنى أو امتدادات الأغماد لتوجيه الخيوط عبر الجدران المعزولة مع الحفاظ على منطقة التسخين النشطة في المكان المناسب.
تؤثر إدارة التمدد الحراري على كل من مواصفات السخان وتصميم التركيب. عند التسخين من -40 درجة إلى 300 درجة، ينمو سخان خرطوشة بطول 200 مم بحوالي 2.5 مم. يؤدي هذا التطور إلى وضع قوة ضاغطة على المدفأة أو الجزء الساخن، مما قد يتسبب في ثني المدفأة أو تغيير شكل الجزء المسخن. يحتوي السخان المصمم جيدًا- على فتحات أو خلوص تمدد عند الطرف المغلق، ويتم تثبيته في مكانه عند الطرف الطرفي لمنعه من الخروج مع السماح له بالتمدد في الطول.
