5 Règles Fondamentales Pour Concevoir Des Transferts De Chaleur Efficaces

LA CONSIDÉRATION DE CES RÈGLES DE BASE POUR LA CONCEPTION DE TRANSFERTS DE CHALEUR THERMIQUE AMÉLIORERA LA PRODUCTIVITÉ D’UN PROJET, AMÉLIORERA VOTRE PROCÉDÉ ET RÉDUIRA LA PERTE D’ÉNERGIE. 

Un réchauffeur électrique peut distribuer la chaleur là où cela est nécessaire et, une fois connecté, avec un thermocouple correctement placé, vous assurera le contrôle de votre processus et fournira un état constant. Cependant, une conception médiocre ou un mauvais placement du capteur pour le système de chauffage pourrait conduire à un concept qui n’est pas idéal et qui pourrait entraîner une augmentation du nombre de pannes prématurées. En respectant les règles fondamentales en matière de conception, vous éviterez les reconstructions ou les modifications coûteuses en matière d’utilisation optimale de votre réchauffeur électrique industriel.

Une bonne compréhension des conventions fondamentales du transfert de chaleur est essentielle au succès de tout projet. Les propriétés du transfert de chaleur sont similaires à celles d’une onde sonore. La chaleur, comme tous les éléments d’énergie, doit respecter les lois de la physique.

En adhérant aux règles fondamentales de la conception des transferts de chaleur, vous serez plus apte à atteindre l’objectif ultime souhaité pour votre projet et éviterez de coûteuses erreurs.

1.   La chaleur doit avoir une trajectoire rectiligne

Lorsqu’une bouche de ventilation de radiateur est fermée ou obstruée, la pièce se refroidira. Il en va de même pour toute trajectoire de chaleur, disons simplement qu’elle doit rester dégagée et que la chaleur ne se plie pas comme par magie autour d’obstacles. De même, des trous, des poches, des fentes ou tout détournement pourrait créer une opportunité pour que la chaleur se dévie de sa destination.

Dans l’illustration, examinez l’application dans laquelle la position d’un thermocouple dans un ensemble de dents d’emballage bloque une partie du transfert de chaleur. Une (FEA) ou analyse d’éléments finis montrerait que seuls les deux tiers de la surface d’une face de scellé atteignent la plage de température de 3,3°C.

Une redistribution de la puissance en watts pourrait aider à rendre le profil plus uniforme, mais pas à 100%. Une modification de la densité en watts à l’extrémité du réchauffeur augmentera la surface à 86% de la plage de température. Bien qu’il existe toujours un trou, la compensation d’une augmentation de la puissance en watts pourrait rendre la conception plus envisageable. Parfois, les conceptions difficiles n’ont pas d’alternative fonctionnelle ; cependant, un expert pourrait proposer une alternative adéquate face à des difficulté que d’autres n’auraient peut-être pas prises en compte.

2.   Examiner des variantes de conception pour des plages de température précises

Afin d’éviter des dépenses supplémentaires, toutes les options doivent être examinées au stade de la conception afin d’éviter les dépassements de coûts et de délais ou la production d’une conception inadéquate. Les experts en chauffage sont conscients des conceptions disponibles qui répondront à vos besoins et réduiront les coûts, si nécessaire. Lorsqu’un appareil de chauffage standard ne correspond pas à la conception ou ne génère pas les exigences de plages de température correctes, un appareil de chauffage non standard devrait être envisagé.

Dans le boîtier d’emballage à mâchoire, une conversion à une conception axée sur l’énergie pourrait réduire considérablement les besoins en énergie. L’utilisation du logiciel FEA de pointe pourrait permettre à un concepteur d’évaluer les besoins thermiques et de produire une solution offrant une meilleure uniformité, un cycle plus rapide et une consommation d’énergie réduite. Le changement à une conception utilisant un réchauffeur focalisé réduira les exigences en énergie de 650 W à 125 W. Cela représente une économie significative et entraîne en fin de compte une réduction des dépenses en matériaux. De plus, cette méthode offre un remplacement plus facile du réchauffeur qu’une cartouche chauffante saisie.  

3.   Les règles de base pour la conception : Affirmer que l’énergie doit être contrôlée

L’une des règles de base pour la conception de n’importe quel réchauffeur consiste à s’assurer que la température peut être contrôlée. Lorsqu’un thermocouple est trop proche d’un appareil de chauffage ou de la surface où la plage de température sera mesurée, sa lecture pourrait être faussée et un point inexact de consigne du contrôleur pourrait être renvoyé. Dans une situation idéale, vous souhaiterez une mesure précise de la température sur la surface de travail. Des placements thermiques corrects réduisent les différences de température (Δ) entre la température de travail et le point de consigne. Ceci livrera une analyse plus précise des environnements de traitement réels.

Un deuxième scénario concerne la manière dont l’épaisseur et la masse de la bande affectent la répartition de la chaleur. Lorsque l’épaisseur de la bande ne suffit pas, la chaleur ne rayonne pas de manière uniforme. D’autre part, lorsque la bande est plus épaisse que nécessaire, la reprise du processus pourrait être ralentie et l’efficacité réduite.

Par conséquent, l’emplacement de détection de la température et l’épaisseur de la bande déterminent un transfert de chaleur précis. Lorsque la bande de température du thermocouple correspond à la température de la surface de travail, le processus de chauffage est mieux contrôlé. Lorsque le processus n’est pas suffisamment contrôlé, la distribution de la chaleur ne sera pas idéale.

4.   Préserver l’intégrité des rainures et des orifices

Une plus longue durée de vie et des économies accrues peuvent être atteintes grâce à d’excellents ajustements. Le chauffage électrique, par définition, est efficace à 100%. Cependant, le processus du transfert de chaleur n’est pas efficace à 100%. Il existe une perte entre le réchauffeur et le produit qui a besoin de chauffage.

Obtenir des performances optimales de la résistance électrique signifie une connexion intime au sein du processus. Les conditions de conception doivent assurer un ajustement parfait et souple.

Un transfert de chaleur optimal s’obtient lorsque le réchauffeur est enfoncé dans l’outil, lorsque cela est possible. Cela permet d’obtenir une densité de watts plus élevée, ce qui allonge la durée de vie du réchauffeur. Il faut prendre garde en poussant le réchauffeur dans l’outil. Une certaine déformation peut être tolérée, mais pas la compression. Consultez un partenaire en solutions thermiques pour en savoir plus sur les procédures d’installation appropriées afin de prolonger la durée de vie de votre réchauffeur.

5.   Une majeure puissance n’est pas toujours synonyme de Mieux

Vous avez peut-être entendu dire qu’il est préférable de disposer de plus de watts, mais ce n’est peut-être pas toujours le cas. La majeure partie de l’énergie dépensée est utilisée pour amener la chaleur à la température souhaitée à partir de la température ambiante. Pour maintenir un point de consigne, seulement 20% de cette sortie initiale en watts sont nécessaires. Par conséquent, lorsque vous introduisez plus de puissance en watts dans le processus pour augmenter la température, cela ne fera probablement aucune différence lors du fonctionnement réel à une certaine température. Cependant, les élévations rapides de la température rendent l’outil susceptible de gondolement et écourteront la longévité du réchauffeur.

En résumé, bien que la chaleur soit un outil puissant lorsqu’elle est utilisée de manière efficace, il n’y a pas de magie ! Il appartient à l’opérateur de contrôler correctement la distribution de chaleur, et aux concepteurs d’élaborer des applications plus efficaces afin de mieux utiliser les transferts de chaleur en utilisant les cinq règles fondamentales précédentes.

Il est impératif pour la durée de vie et la conservation de l’énergie de tout réchauffeur industriel de tenir compte des règles de base lors du développement et de la conception. Une petite modification peut avoir un impact considérable sur la durée de vie du réchauffeur, la vitesse du processeur et la qualité de l’outil.

Un partenaire en solutions thermiques et/ou des experts en transfert de chaleur peuvent vous offrir une expertise pour assurer une meilleure conception, ce qui inclut un système plus efficace.