ठंडे स्टील फास्टनरों से भरा एक प्लेटिंग बैरल गर्म एसिड टैंक में उतारा जाता है। जैसे ही धातु के भार में गर्मी तेजी से प्रवाहित होती है, घोल का तापमान तुरंत कई डिग्री गिर जाता है। फिर हीटर को न केवल तरल तापमान को बहाल करना होगा, बल्कि टैंक की दीवारों, फिक्स्चर और डूबे हुए वर्कपीस का तापमान भी बहाल करना होगा। हीटर आकार की गणना जो आने वाले हिस्सों के थर्मल द्रव्यमान को नजरअंदाज करती है, अक्सर सुस्त पुनर्प्राप्ति समय, अस्थिर प्रक्रिया तापमान और कम उत्पादन थ्रूपुट का परिणाम होती है।
चुनौती पीछे हैपीटीएफई हीटर ठंडे वर्कपीस को गर्म करने का समय देता हैगणना यह समझने में निहित है कि स्नान में प्रवेश करने वाली प्रत्येक किलोग्राम ठंडी धातु एक बड़े थर्मल सिंक की तरह व्यवहार करती है। हिस्से स्वयं गर्मी के लिए एक ठंडे, विशाल स्पंज हैं, जो थर्मल संतुलन तक पहुंचने तक प्रक्रिया से ऊर्जा को अवशोषित करते हैं।
एक प्रक्रिया टैंक में ताप संतुलन को समझना
एक PTFE विसर्जन हीटर केवल तरल को गर्म नहीं करता है। बैच लोडिंग या स्टार्टअप स्थितियों के दौरान, थर्मल ऊर्जा को एक साथ कई लोगों को आपूर्ति की जानी चाहिए।
कुल ताप भार में आम तौर पर शामिल हैं:
प्रक्रिया तरल
टैंक संरचना
रैक, टोकरियाँ, या फिक्स्चर
डूबे हुए वर्कपीस
आसपास के वातावरण में लगातार गर्मी का नुकसान
प्रत्येक घटक अपने द्रव्यमान, भौतिक गुणों और तापमान वृद्धि की आवश्यकता के अनुसार गर्मी को अवशोषित करता है।
हीटर को वांछित ताप अवधि के भीतर इन सभी तत्वों को उनके प्रारंभिक तापमान से अंतिम ऑपरेटिंग तापमान तक बढ़ाने के लिए पर्याप्त ऊर्जा प्रदान करनी चाहिए।
ठंडे वर्कपीस हीट लोड पर हावी क्यों होते हैं?
कई इलेक्ट्रोप्लेटिंग, एनोडाइजिंग और रासायनिक प्रसंस्करण कार्यों में, वर्कपीस स्वयं टैंक में प्रवेश करने वाले सबसे बड़े थर्मल द्रव्यमान का प्रतिनिधित्व करते हैं।
इस्पात घटक विशेष रूप से महत्वपूर्ण हैं क्योंकि वे संयोजित होते हैं:
उच्च घनत्व
बड़े बैच का द्रव्यमान
मध्यम विशिष्ट ऊष्मा क्षमता
स्टील की विशिष्ट ऊष्मा लगभग होती है:
csteel≈0.5 kJ/kg⋅Kc_{steel} \\लगभग 0.5\\ \\mathrm{kJ/kg\\cdot K}csteel≈0.5 kJ/kg⋅K
इसका मतलब यह है कि बड़ी मात्रा में स्टील को मामूली तापमान वृद्धि के लिए भी पर्याप्त तापीय ऊर्जा की आवश्यकता होती है।
उदाहरण के लिए, 30 डिग्री तक उठाया गया एक टन स्टील लगभग अवशोषित करता है:
Q{{0}mcΔT{{1}×0.5×30=15000 kJQ=mc\\Delta T=1000 \\times 0.5 \\times 30=15000\\ \\mathrm{kJ}Q=mcΔT=1000×0.5×30=15000 kJ
स्थिर प्रक्रिया तापमान बहाल होने से पहले ही ऊर्जा की मांग मौजूद रहती है।
बैरल, रैक, या घने फिक्स्चर से जुड़े बैच संचालन में, वर्कपीस लोड तरल के थर्मल द्रव्यमान के बराबर या उससे अधिक हो सकता है।
मूल ऊष्मा ऊर्जा समीकरण
किसी भी सामग्री को गर्म करने के लिए आवश्यक ऊर्जा का अनुमान मानक ताप हस्तांतरण संबंध का उपयोग करके लगाया जा सकता है:
Q=mcΔTQ=mc\\Delta TQ=mcΔT
कहाँ:
QQQ=ऊष्मा ऊर्जा की आवश्यकता है
ममम=द्रव्यमान
सीसीसी=विशिष्ट ताप क्षमता
ΔT\\Delta TΔT=तापमान वृद्धि
यह गणना इसके लिए अलग से की जानी चाहिए:
प्रक्रिया तरल
वर्कपीस
टैंक संरचना
कोई भी बड़ा फिक्स्चर या रैक
परिणामी ऊर्जा मूल्यों को कुल हीटिंग आवश्यकता निर्धारित करने के लिए संक्षेपित किया जाता है।
तरल पदार्थ के ताप भार की गणना
प्रक्रिया तरल आमतौर पर बेसलाइन थर्मल लोड का प्रतिनिधित्व करता है।
पानी आधारित समाधानों में अपेक्षाकृत उच्च विशिष्ट ताप क्षमता होती है, जो इसके करीब होती है:
cwater≈4.18 kJ/kg⋅Kc_{water} \\लगभग 4.18\\ \\mathrm{kJ/kg\\cdot K}cwater≈4.18 kJ/kg⋅K
क्योंकि प्लेटिंग और रासायनिक टैंकों में अक्सर सैकड़ों या हजारों लीटर होते हैं, अकेले तरल को गर्म करने के लिए पर्याप्त शक्ति की आवश्यकता हो सकती है।
हालाँकि, जब उत्पादन के दौरान ठंडे धातु के हिस्सों को बार-बार पेश किया जाता है, तो वर्कपीस लोड जल्दी ही उतना ही महत्वपूर्ण हो सकता है।
सामान्य नियम यह है कि कुल ऊष्मा भार का अनुमान लगाते समय कार्य के द्रव्यमान को तरल के द्रव्यमान में जोड़ दिया जाए। हालांकि यह सन्निकटन एक त्वरित प्रारंभिक अनुमान प्रदान कर सकता है, एक कठोर इंजीनियरिंग गणना अधिक सटीकता के लिए तरल और वर्कपीस योगदान को अलग करती है क्योंकि सामग्रियों में बहुत अलग विशिष्ट ताप क्षमता होती है।
आवश्यक हीटर शक्ति का निर्धारण
एक बार कुल ऊष्मा ऊर्जा आवश्यकता की गणना हो जाने के बाद, कुल ऊर्जा को वांछित ऊष्मा अप समय से विभाजित करके न्यूनतम हीटर शक्ति का अनुमान लगाया जा सकता है।
रिश्ता है:
P=QtP=\\frac{Q}{t}P=tQ
कहाँ:
पीपीपी=आवश्यक हीटर शक्ति
QQQ=कुल ऊष्मा ऊर्जा
टीटीटी=स्वीकार्य ताप-अप टाइम
यदि ठंडे भागों को लोड करने के बाद तेजी से पुनर्प्राप्ति की आवश्यकता होती है, तो उच्च स्थापित शक्ति आवश्यक हो जाती है।
उदाहरण के लिए:
एक लंबी पुनर्प्राप्ति अवधि कम हीटर शक्ति की अनुमति देती है
एक छोटा पुनर्प्राप्ति लक्ष्य काफी अधिक ऊर्जा घनत्व की मांग करता है
यह रिश्ता सभी के लिए केंद्रीय हैपीटीएफई हीटर ठंडे वर्कपीस को गर्म करने का समय देता हैगणना.
टैंक ताप हानियों के लिए लेखांकन
गर्मी के दौरान, हीटर आउटपुट का कुछ हिस्सा लगातार आसपास के वातावरण में खो जाता है।
विशिष्ट ताप हानि तंत्र में शामिल हैं:
टैंक की दीवारों से संवहन
तरल सतह से वाष्पीकरण
आसपास की हवा में विकिरण
वेंटिलेशन से सम्बंधित हानियाँ
हालाँकि ये नुकसान आम तौर पर तरल और वर्कपीस को गर्म करने के लिए आवश्यक ऊर्जा से कम होते हैं, फिर भी वे कुल हीटर की मांग में योगदान करते हैं।
गर्मी का नुकसान तब और अधिक महत्वपूर्ण हो जाता है जब:
ऊष्मायन अवधि लंबी होती है
टैंक ऊंचे तापमान पर काम करते हैं
सतह का क्षेत्रफल बड़ा है
वेंटिलेशन दरें ऊंची हैं
इन्सुलेशन ख़राब है
एक व्यावहारिक डिज़ाइन गणना में आम तौर पर इन चल रहे नुकसानों की भरपाई के लिए एक अतिरिक्त सुरक्षा मार्जिन शामिल होता है।
वाट घनत्व अभी भी क्यों मायने रखता है?
बड़ी हीटिंग पावर आवश्यकताओं को केवल एक छोटे पीटीएफई हीटर में केंद्रित नहीं किया जा सकता है।
पीटीएफई में उत्कृष्ट रासायनिक प्रतिरोध है लेकिन अपेक्षाकृत कम तापीय चालकता है। अत्यधिक वाट घनत्व म्यान की सतह को गर्म कर सकता है और हीटर का जीवन छोटा कर सकता है।
यहां तक कि जब उच्च शक्ति की आवश्यकता होती है, तब भी पीटीएफई शीथ वाट घनत्व सीमा का सम्मान किया जाना चाहिए।
परिणामस्वरूप, बड़े ताप भार के लिए अक्सर आवश्यकता होती है:
एकाधिक विसर्जन हीटर
हीटर की लंबी लंबाई
म्यान सतह क्षेत्र में वृद्धि
कम वाट घनत्व वाले हीटर डिज़ाइन
यह डिज़ाइन दृष्टिकोण स्वीकार्य शीथ तापमान को बनाए रखते हुए गर्मी को अधिक सुरक्षित रूप से वितरित करता है।
हीटर चयन के दौरान वाट घनत्व सीमाओं को नजरअंदाज करने से निम्न परिणाम हो सकते हैं:
पीटीएफई का अत्यधिक गर्म होना
हीटर का जीवनकाल कम हो गया
अत्यधिक म्यान तापमान
हीटर की सतह के निकट रासायनिक क्षरण
बैच प्रसंस्करण चक्रीय थर्मल मांग पैदा करता है
सतत प्रक्रिया टैंक अक्सर स्थिर स्थिति में काम करते हैं। बैच ऑपरेशन अलग तरह से व्यवहार करते हैं।
ठंडे भागों का प्रत्येक नया भार एक अस्थायी लेकिन पर्याप्त थर्मल गड़बड़ी पैदा करता है।
इस गड़बड़ी की गंभीरता इस पर निर्भर करती है:
भाग द्रव्यमान
सामग्री का प्रकार
प्रारंभिक भाग का तापमान
लोड आवृत्ति
वांछित पुनर्प्राप्ति समय
गर्म प्रक्रिया टैंक में बार-बार प्रवेश करने वाला ठंडा स्टील हीटर को लगभग {{0}निरंतर पूर्ण {{1}शक्ति संचालन में मजबूर कर सकता है।
यदि स्थापित हीटिंग क्षमता कम है, तो उत्पादन चक्रों के बीच प्रक्रिया तापमान कभी भी पूरी तरह से ठीक नहीं हो सकता है।
थर्मल जड़ता और उत्पादन क्षमता के बीच संबंध
तापीय जड़ता सीधे उत्पादन स्थिरता को प्रभावित करती है।
तापमान में धीमी रिकवरी निम्न को प्रभावित कर सकती है:
चढ़ाना दरें
रासायनिक प्रतिक्रिया गतिकी
नक़्क़ाशी प्रदर्शन
चिपचिपाहट
सतह खत्म गुणवत्ता
इलेक्ट्रोप्लेटिंग प्रणालियों में, तापमान अस्थिरता जमा मोटाई की एकरूपता और प्रक्रिया दोहराव को भी प्रभावित कर सकती है।
इसलिए उचित हीटर का आकार थर्मल इंजीनियरिंग मुद्दा और प्रक्रिया गुणवत्ता मुद्दा दोनों बन जाता है।
टैंक में प्रवेश करने वाले कार्य के थर्मल द्रव्यमान को समग्र हीटिंग सिस्टम डिज़ाइन का एक अभिन्न अंग माना जाना चाहिए।
निष्कर्ष
पीटीएफई विसर्जन हीटर के लिए आवश्यक ऊष्मा अप समय की गणना में केवल तरल मात्रा का अनुमान लगाने से कहीं अधिक शामिल है। डूबे हुए वर्कपीस का द्रव्यमान, सामग्री प्रकार और शुरुआती तापमान सिस्टम पर रखी गई कुल थर्मल मांग में भारी योगदान देता है।
ठंडे इस्पात के घटक, लगभग 0.5 kJ/kg·K की विशिष्ट ऊष्मा के साथ, हीटिंग के दौरान पर्याप्त ऊर्जा को अवशोषित करते हैं और अक्सर प्रक्रिया टैंक में सबसे बड़े हीट सिंक में से एक बन जाते हैं। न्यूनतम हीटर शक्ति निर्धारित करने के लिए तरल, टैंक संरचना, फिक्स्चर और भागों को गर्म करने के लिए आवश्यक कुल ऊर्जा को वांछित पुनर्प्राप्ति समय के साथ जोड़ा और मिलान किया जाना चाहिए।
साथ ही, पीटीएफई वाट घनत्व सीमाएं सुरक्षित संचालन सीमाओं के भीतर रहनी चाहिए, गर्मी को उचित रूप से वितरित करने के लिए अक्सर एकाधिक हीटर या बड़े कम घनत्व वाले डिज़ाइन की आवश्यकता होती है।
व्यावहारिक प्रक्रिया हीटिंग डिज़ाइन में, स्नान में प्रवेश करने वाले हिस्सों का वजन और प्रकृति हीटर के आकार की गणना से अविभाज्य है। उस थर्मल द्रव्यमान की उपेक्षा लगभग निराशाजनक रूप से धीमी प्रक्रिया प्रतिक्रिया की गारंटी देती है। धातु के द्रव्यमान के संदर्भ में, टैंक में क्या जाता है, अंततः यह निर्धारित करता है कि कितनी गर्मी अंदर जानी चाहिए।
