Augmentation de l'efficacité du chauffage des processus : utilisation de cartouches chauffantes

Augmentation de l'efficacité du chauffage des processus : utilisation de cartouches chauffantes
Le terme cible est le chauffage à cartouche ; il y a six cas.

Le coût de l’énergie nécessaire au chauffage des processus industriels ne diminue pas. Environ un-tiers de l'énergie utilisée dans le chauffage industriel est finalement perdu sous forme de chaleur perdue, et le chauffage représente la plus grande partie de la demande énergétique du secteur manufacturier rien qu'aux États-Unis. En ce qui concerne la facture énergétique, les gestionnaires d’installations voient ce tiers perdu à la fois comme une opportunité et comme un problème financier.

En ce sens, les technologies de chauffage électrique-telles que les cartouches chauffantes-offrent un avantage structurel par rapport aux systèmes à combustion-basés sur la combustion. Ils éliminent les émissions de fumées, les pertes de combustion et la nécessité d'entretenir les tuyaux de distribution en convertissant directement l'énergie en chaleur sur le site d'application. « Quelle quantité de chaleur est perdue pendant le transport » n'est plus la question de l'efficacité ; au lieu de cela, « avec quelle efficacité la chaleur est-elle transférée dans la pièce ».

Fonction du contact dans le transfert de chaleur
La conduction, ou contact physique direct entre la gaine chauffante et le métal environnant, est la principale méthode par laquelle une cartouche chauffante distribue la chaleur. Le radiateur doit fonctionner à une température plus élevée pour produire la même quantité de chaleur, car chaque entrefer, surface inégale et couche d'oxydation ajoute une résistance thermique.

L’un des moyens les moins coûteux d’accroître l’efficacité consiste à améliorer les contacts. Le chemin de conduction est amélioré en alésant les trous selon des tolérances plus strictes, en nettoyant les alésages avant l'installation et en utilisant des composés de transfert de chaleur si nécessaire. Il en résulte des températures de gaine de chauffage plus basses, une durée de vie plus longue et des temps de chauffage plus rapides-.

Étant donné que le flux thermique via l'interface de contact est plus important dans les applications à haute densité-watt-, les critères d'ajustement deviennent plus stricts. Dans de nombreuses situations, un ajustement serré est nécessaire pour un fonctionnement fiable et ne constitue pas un choix.

Gestion des zones et alignement des charges
Plusieurs réchauffeurs plus petits offriraient un meilleur contrôle, mais de nombreux systèmes de chauffage industriel n'utilisent qu'un seul réchauffeur de grande taille. Le système ne peut fournir de la chaleur que là où elle est nécessaire à un moment donné, en répartissant une charge de chauffage entre plusieurs zones de chauffage à cartouche contrôlées indépendamment.

Pensez à un moule d’injection plastique de forme complexe. Il faut plus de chaleur dans certaines zones que dans d’autres. Un profil de température de compromis est produit par un seul élément chauffant. Les besoins thermiques de chaque zone peuvent être satisfaits par plusieurs radiateurs dotés de commandes séparées, ce qui réduit la consommation globale d'énergie tout en améliorant la qualité des composants.

Pour les systèmes plus grands, la même idée est vraie. Un élément clé de la fiabilité des systèmes de chauffage industriel est sa capacité à réguler l'apport de chaleur dans diverses zones. Les systèmes de chauffage de procédé doivent fournir un approvisionnement constant en énergie avec des contrôles stricts.

Récupération de chaleur perdue et isolation
Une perte pure se produit lorsque la chaleur s’échappe de l’objet chauffé et pénètre dans l’environnement. Étant donné que l'outillage occupe déjà une zone spécifique dans la cellule de production, l'isolation des surfaces extérieures des moules, des plateaux et des matrices minimise cette perte, mais est souvent négligée. Les revêtements céramiques et les couvertures isolantes-hautes températures offrent des options réalisables qui n'entravent pas le fonctionnement de la machine.

Une autre option est la récupération de la chaleur perdue. La chaleur collectée à partir de l'eau de refroidissement ou de l'air évacué peut être utilisée pour satisfaire les exigences de processus à basse température ailleurs dans l'usine ou pour réchauffer les matériaux arrivant. Les systèmes de récupération de chaleur ont un large éventail de coûts initiaux en fonction de l'application, mais les économies d'exploitation s'accumulent avec le temps.

La voie stratégique de l’électrification
L'électrification est la tendance générale dans le chauffage des procédés industriels. L'électrification du chauffage industriel, en particulier les technologies qui transfèrent la chaleur directement dans le matériau cible, a été identifiée par l'Office des technologies industrielles du ministère américain de l'Énergie comme une stratégie cruciale pour réduire les émissions et les pertes d'énergie.

Il faut du temps aux installations qui utilisent actuellement des systèmes-alimentés au gaz pour effectuer la transition. Habituellement, cela commence par des zones de traitement particulières où le chauffage électrique offre des avantages opérationnels évidents, tels qu'un contrôle amélioré de la température, des temps de réaction plus rapides ou la suppression des problèmes de sécurité associés à la combustion. Parce qu’il peut être installé sur des machines existantes avec peu de modifications, une cartouche chauffante constitue souvent la première étape d’électrification d’une stratégie de conversion plus large.

Efficacité et adéquation des applications
Il n’existe pas de stratégie unique d’efficacité du chauffage de procédé qui fonctionne pour chaque application. Le profil d'efficacité d'un processus chimique spécialisé orienté par lots-diffère de celui d'une ligne de conditionnement continue-à volume élevé. Savoir où la chaleur se déplace réellement dans un système, y compris quelle quantité atteint la pièce à usiner, quelle quantité rayonne et quelle quantité est évacuée par le fluide de refroidissement, est la première étape.

Des mesures telles que l'imagerie thermique des surfaces d'outillage, la surveillance de la puissance du niveau de chauffage-et le suivi des durées de chauffage-et de récupération tout au long d'un cycle de production permettent de mieux comprendre. Avec ces informations à portée de main, les choix concernant les investissements en isolation, les tactiques de contrôle de zone et les spécifications des cartouches chauffantes sont basés sur les performances réelles plutôt que sur des directives générales. La disposition idéale, qu'elle utilise des radiateurs ordinaires ou une solution spécialement conçue, dépend de la combinaison particulière de matériaux, des périodes de cycle et des besoins en température impliqués. Chaque installation possède un profil thermique unique.