Decisions de ciència dels materials en escalfadors de cartutxos de-temperatura extrema
Deixa un missatge
Si parleu de calefacció industrial, probablement algú plantejaria "acer inoxidable" com si fos una cosa. En realitat, els fabricants d'escalfadors de cartutxos trien entre una gamma d'aliatges, cadascun més adequat per a un determinat rang de temperatures i condicions químiques. Aquestes seleccions de material decideixen si l'escalfador dura anys o es descompon en mesos quan s'utilitza a -40 graus.
Per a la majoria d'usos industrials, l'acer inoxidable 304 és el millor material per utilitzar. Té un 18% de crom i un 8% de níquel, fet que el fa molt resistent a l'oxidació fins a 800 graus i el manté robust a temperatures molt baixes. L'estructura austenítica atura la transició dúctil-a-fràgil que es produeix amb els acers al carboni, de manera que la funda no es trencarà quan arrenqui en fred o passa per un cicle tèrmic. Per a la majoria d'usos industrials en climes freds, com ara maquinària exterior, equips de refrigeració i calefacció de processos generals, 304 és la combinació òptima de rendiment i cost.
Afegir un 2-3% de molibdè a la composició original 304 fa que l'acer inoxidable 316L sigui molt més resistent als clorurs i als productes químics industrials. Això també és important en situacions costaneres, processament químic o aplicacions alimentàries on la sal o els netejadors àcids poden danyar l'acer inoxidable normal. La "L" significa baix contingut de carboni (menys del 0,03%), que impedeix la formació de carbur durant la soldadura, cosa que podria iniciar la corrosió. 316L val el cost addicional del 20 al 30%, ja que dura més temps en escalfadors de cartutxos que estan exposats tant a -40 graus com a ambients corrosius.
Incoloy 800 i 840 són les millors opcions per a treballs difícils. Els aliatges de níquel-ferro-crom tenen un 30-35% de níquel, mentre que l'acer inoxidable només en té un 8-10%. Això els fa millors per resistir l'oxidació i la carburació a altes temperatures. Més important per al seu ús en temps fred, mantenen la seva increïble resistència mecànica i ductilitat fins i tot quan la temperatura canvia molt. L'alta concentració de níquel també el fa resistent al xoc tèrmic, que és el que passa quan un escalfador s'encén i s'apaga a -40 graus.
3.jpg Les parts interiors utilitzen materials igualment específics. El cable de resistència sol estar fet de NiCr 80/20, que és un 80% de níquel i un 20% de crom. Aquest material es va escollir perquè té propietats de resistència consistents i pot suportar l'oxidació fins a 1200 graus. FeCrAl (ferro-crom-alumini) i altres aliatges poden suportar temperatures màximes més altes a un cost més baix, però són menys dúctils i la seva resistència canvia més ràpidament quan canvia la temperatura. NiCr 80/20 segueix sent l'estàndard del sector per a un rendiment constant a temperatures des de -40 graus fins a +800 graus.
L'aïllament d'òxid de magnesi pot semblar un material comú, però els nivells de puresa poden ser molt diferents. El MgO de grau tècnic té impureses que redueixen la seva conductivitat tèrmica i rigidesa dielèctrica. El MgO d'alta -puresa de fabricants especialitzats, com ara Tateho del Japó i UCM del Regne Unit, té una conductivitat tèrmica de més de 6 W/m·K i una resistència aïllant de més de 10¹⁴ Ω·cm a 20 graus. En sistemes amb molts watts per polzada quadrada, aquesta puresa és molt important perquè evita que la calor s'enganxi entre el cable i la funda i evita que l'electricitat es trenqui.
L'aïllament del cable de plom ha de triar els materials adequats més que qualsevol altre tipus d'aïllament. Ha de mantenir-se flexible a -40 graus i poder manejar 250 graus al punt de connexió de l'escalfador. El PVC estàndard falla en tots dos aspectes: es torna fràgil per sota dels -10 graus i es fon a 105 graus. El cautxú de silicona pot doblegar-se a -60 graus i mantenir-se així a 200 graus, però no suporta que es rasqui. La resposta és construir-lo amb materials compostos, amb una trena de fibra de vidre per a la resistència a la calor i un recobriment de silicona o tefló per a la protecció contra els productes químics i l'aigua. El cable de nucli de níquel pur amb aïllament mineral (cable MI) pot suportar temperatures des de -200 graus fins a +600 graus i és completament impermeable.
El níquel-manganès o els aliatges de níquel pur s'utilitzen per a terminals i connexions internes. Aquests aliatges coincideixen amb les propietats d'expansió tèrmica de la funda inoxidable i proporcionen canals elèctrics que no s'oxiden. Els terminals de llautó o coure són menys costosos, però quan s'utilitzen amb acer inoxidable formen cèl·lules de corrosió galvànica. També es fan més durs a mesura que s'escalfen i es refreden, cosa que pot causar problemes de connexió.
