Entorns-d'alta temperatura: superant els límits de l'escalfador de cartutxos de 28 mm

Què passa quan la temperatura de funcionament supera els 500 graus i com mantenir un escalfador de cartutx en funcionament.


La majoria de treballs de calefacció industrial funcionen bé entre 100 i 400 graus. Quan s'instal·la correctament, un escalfador de cartutx d'un sol cap d'acer inoxidable bàsic funciona bé durant anys a aquestes temperatures.

Però alguns usos necessiten més. La fosa a pressió-, la formació de vidre, alguns processos químics i els plàstics que funcionen a temperatures molt altes han de funcionar a 500 graus, 600 graus o fins i tot més durant molt de temps. Els escalfadors de cartutxos estàndard surten ràpidament en aquests extrems.

Qualsevol persona que treballi amb processos tèrmics difícils ha de saber què pot fer i què no pot fer l'escalfador de cartutx de capçal únic de 28 mm de diàmetre en entorns d'alta-temperatura.

Què passa quan puja la temperatura?
A mesura que augmenta la temperatura, cada part d'un escalfador de cartutx ha de treballar més.

Material per a la funda. Per sobre dels 500 graus, l'acer inoxidable estàndard (304, 316) comença a perdre la seva força i capacitat de resistir l'oxidació. La funda pot tornar-se trencadissa i pot produir-se descamació superficial. La degradació ràpida es produeix quan l'executeu durant molt de temps a 600 graus. Les beines Incoloy® (graus 800 i 840) es mantenen fortes i no s'oxiden fins a uns 800 graus. Es necessiten aliatges de níquel-crom o superaliatges únics per a les temperatures més altes.

Aïllament fet de MgO. L'aïllament d'òxid de magnesi és bastant estable i no es fon fins que arriba als 2800 graus. Però quan la temperatura és alta, el MgO pot arribar a ser una mica conductor, cosa que redueix la resistència de l'aïllant. Aquest efecte desapareix quan la temperatura baixa, però pot provocar un ensopatori de falla a terra en sistemes de control sensibles. El MgO amb una quantitat controlada d'humitat funciona millor a altes temperatures.

Fil que resisteix. El cable que resisteix la calor és la part més sensible a la temperatura. Per sobre dels 600 graus, el filferro estàndard de NiCr (níquel-crom 80/20) s'oxida ràpidament. Per continuar treballant per sobre d'aquest punt, necessiteu aliatges especials com NiCrFe o graus personalitzats d'alta temperatura-.

Terminacions. El lloc on els cables elèctrics s'uneixen al cable de resistència és feble. A altes temperatures, les connexions soldades o enrotllades estàndard poden debilitar-se o trencar-se. Necessiteu connectors soldats o terminacions d'alta-temperatura que es facin només per a aquest propòsit.

L'avantatge de 28 mm en temps calorós
En situacions de-alta temperatura, un escalfador de cartutx de 28 mm és millor perquè té un diàmetre més gran. El cable de resistència es pot enrotllar a una densitat de watts més baixa per a la mateixa potència total, ja que té més espai dins. Fins i tot quan s'escalfa la funda, la densitat de watts més baixa equival a temperatures més baixes dins del cable.

Un escalfador de cartutx de capçal únic de 28 mm amb una temperatura de la funda de 600 graus i una densitat de watts de 5 W/cm² pot tenir una temperatura interior del cable de 750 graus. Un escalfador de 12 mm amb la mateixa potència pot augmentar la temperatura dels cables interiors a més de 900 graus, cosa que és massa alta per a qualsevol aliatge resistent.

Aquesta disparitat és el motiu pel qual els escalfadors més grans sovint funcionen en situacions d'alta-temperatura, mentre que els més petits no.

Escollir els materials de la funda per a altes temperatures
L'elecció del material de la funda adequat és molt important per a un escalfador de cartutx que funciona a 500 graus.

Incoloy 800 es pot utilitzar contínuament a temperatures de fins a 760 graus. Bona resistència mecànica i resistència a l'oxidació. L'elecció més habitual per a usos industrials que necessiten treballar a altes temperatures.

Incoloy 840 és com el 800, excepte que té més crom, la qual cosa el fa millor per resistir l'oxidació. Funciona bé fins a 800 graus.

Els aliatges de níquel-crom com el 80/20 s'anomenen nicrom (NiCr). Es poden utilitzar com a materials de funda a temperatures molt elevades (fins a 1000 graus), però costen més i no suporten la corrosió tan bé com l'Incoloy.

L'acer inoxidable 310 és un grau austenític que té més crom i níquel que el 304/316. Bo per a curts períodes de temps a temperatures de fins a 1000 graus, però s'oxida més ràpidament que l'Incoloy quan s'utilitza contínuament a altes temperatures.

Quan treballeu amb gasos corrosius o productes químics a altes temperatures, és possible que necessiteu titani o recobriments especials. No obstant això, aquestes solucions són molt més cares.

Coses a tenir en compte a l'hora d'instal·lar-se a calor
L'expansió tèrmica és més notable a temperatures més altes. Quan s'escalfa a 600 graus, un escalfador de cartutx de 28 mm que ja està a temperatura ambient pot expandir-se al voltant del 0,1% de la seva longitud (uns 0,2 mm en un escalfador de 200 mm). Si el forat de muntatge s'expandeix més que l'escalfador, això pot provocar que l'escalfador s'enganxi en un forat estret o, d'altra banda, es faci un buit.

Per a aplicacions d'alta-temperatura, és millor un espai lliure diametral a l'extrem superior de l'interval suggerit (0,04-0,05 mm), ja que permet una expansió diferencial. El forat de muntatge ha de ser recte i llis perquè l'escalfador es pugui expandir sense doblegar-se.

També cal pensar en les temperatures prop de la sortida de plom. Fins i tot si l'extrem principal no s'escalfa, la calor encara es pot moure al llarg de la funda fins als extrems. Si la temperatura de la sortida del plom supera els 200 graus, els cables i els segells normals es trencaran. És possible que necessiteu llargs llargs sense escalfar, blocs de refrigeració o materials de plom d'alta-temperatura, com ara cables de fibra ceràmica o de metall-revestits.

Maneres més habituals en què les coses van malament a alta temperatura
Quan un escalfador de cartutx deixa de funcionar a una-temperatura alta, normalment és a causa d'una de les causes següents:

Oxidació de la beina: l'escala fa que la paret de la beina sigui més fina, la qual cosa finalment condueix a una bretxa que permet que el món exterior vegi les parts interiors.

Caiguda de la resistència a l'aïllament: el MgO esdevé prou conductor a altes temperatures per activar la protecció de fallades a terra, fins i tot quan l'escalfador encara funciona.

Oxidació del cable de resistència: el cable perd lentament la seva secció-transversal, la qual cosa augmenta la resistència i genera punts calents que acceleren la fallada.

Falla del segell de plom: el segell entre la funda i els cables de plom es trenca, deixant entrar la humitat o la brutícia a l'escalfador quan es refreda.

Consells útils per tenir èxit a altes temperatures
Quan trieu un escalfador de cartutxos per a un ús a alta-temperatura, tingueu en compte aquestes coses. La mida de 28 mm és sovint la millor perquè és la més gran que es pot utilitzar. Trieu materials de funda i filferro que puguin suportar la temperatura que necessiteu més un marge de seguretat per a un ús prolongat. Per a un ús-a llarg termini a altes temperatures, manteniu la densitat de watts tan baixa com sigui possible, idealment per sota de 5 W/cm². A l'extrem principal, assegureu-vos que hi hagi prou longitud sense escalfar per protegir les terminacions. Si ho necessiteu, penseu a utilitzar refrigeració activa (aire o aigua) per a les sortides de plom.

Últimes reflexions
Quan s'utilitza a altes temperatures, cada part d'un sol escalfador de cartutx de capçal es porta al seu límit. Per tenir èxit, heu de triar els vostres materials amb cura, mantenir la densitat de watts baixa i prestar atenció a l'expansió tèrmica i a les temperatures de sortida del plom. L'escalfador de cartutx de capçal únic de 28 mm de gran diàmetre és preferible per a aquestes condicions difícils, ja que té una superfície més gran i un volum intern més gran que les mides menors.

Els diferents processos tèrmics necessiten diferents quantitats de calor. Un escalfador de cartutx que funcioni en una-aplicació de fosa a pressió a 550 graus pot no funcionar tan bé en un procés de-formació de vidre a 700 graus . Perquè l'escalfador funcioni de manera fiable, s'ha de configurar a la temperatura adequada per a la feina.