In un serbatoio chimico automatizzato, la temperatura raramente rimane perfettamente stabile senza una regolazione continua. La perdita di calore cambia in base alle condizioni ambientali, al livello del liquido, alla produttività e alla temperatura della soluzione in entrata. Una piastra riscaldante selezionata solo in base alla potenza nominale può quindi creare un recupero lento, un eccessivo superamento della temperatura o una commutazione frequente.
Per galvanica, lavorazione PCB, processi a umido di semiconduttori e idrometallurgia chimica,controllo della temperatura della piastra riscaldantedovrebbe essere progettato come un sistema termico ed elettrico completo.
Inizia con la domanda di calore effettiva
Il controller non è in grado di compensare una piastra riscaldante di dimensioni errate.
Durante l'avvio, l'energia sensibile richiesta può essere semplificata come:
Q=mcΔT
Dovemè massa liquida,cè la capacità termica specifica eΔTè l'aumento di temperatura richiesto.
Per la produzione continua, è necessaria potenza aggiuntiva per compensare la perdita di calore e la soluzione più fredda in entrata.
Una relazione di carico del processo-semplificata è:
Pprocess=ṁc(Ttarget − Tinlet)
Ciò significa che la capacità del riscaldatore richiesta dipende dalla produttività e dal volume del serbatoio.
Una potenza sovradimensionata può rendere il controllo più difficile
Una piastra riscaldante di grandi dimensioni può aumentare rapidamente la temperatura, ma una potenza eccessiva può aumentare la sensibilità del controllo.
Consideriamo un sistema di riscaldamento che richiede circa 6 kW in condizioni normali. Una piastra riscaldante da 15 kW utilizzata come una zona non controllata può produrre un notevole aumento di temperatura durante ciascun ciclo di riscaldamento.
Il controller deve quindi compensare accorciando il ciclo di lavoro o commutando l'alimentazione con maggiore frequenza.
Un approccio migliore può coinvolgere diverse zone di riscaldamento controllate in modo indipendente.
La suddivisione in zone offre al controller una maggiore risoluzione
Piastre riscaldanti con controllo automatico della temperaturapuò essere suddiviso in più circuiti elettrici.
Durante l'avvio, più zone possono funzionare contemporaneamente.
Quando il processo si avvicina alla temperatura target, le singole zone possono essere commutate o modulate in base alla domanda effettiva.
Ad esempio, un sistema da 12 kW diviso in quattro zone da 3 kW fornisce una risoluzione di controllo più pratica rispetto a un singolo circuito da 12 kW.
La disposizione in zone appropriata dipende dalla geometria del serbatoio, dalla distribuzione delle perdite di calore-, dal movimento dei liquidi e dall'uniformità della temperatura richiesta.
La posizione del sensore fa parte della progettazione del riscaldatore
Le prestazioni del controllo della temperatura dipendono fortemente dal punto in cui il sensore misura la temperatura.
Un sensore posizionato troppo vicino a una piastra riscaldante può rilevare una temperatura localmente elevata prima che la sostanza chimica sfusa raggiunga la temperatura di processo richiesta.
Il controller potrebbe quindi ridurre prematuramente la potenza del riscaldatore.
Un sensore posizionato in un'area con debole movimento del liquido può produrre il problema opposto: il riscaldatore continua a funzionare perché la posizione misurata rimane più fredda rispetto alla media effettiva del processo.
Il posizionamento del sensore dovrebbe pertanto riflettere la circolazione del liquido e l'effettivo obiettivo-di controllo del processo.
La risposta al riscaldamento deve corrispondere alla strategia di controllo
Una piastra riscaldante con bassa inerzia termica può rispondere rapidamente alle variazioni di potenza. Una massa termica più grande può continuare a rilasciare calore dopo che l'energia elettrica viene rimossa.
Questa differenza influisce sulla sintonizzazione del controllo.
Una relazione energetica semplificata è:
P = Q/t
Quanto maggiore è la potenza riscaldante rispetto alla massa termica da riscaldare, tanto più velocemente può variare la temperatura.
Per i sistemi basati su PID-, i parametri proporzionali, integrali e derivativi devono essere abbinati alla risposta di riscaldamento effettiva anziché copiati da un altro serbatoio.
La temperatura superficiale e la temperatura del bagno sono diverse
Una piastra riscaldante trasferisce energia attraverso la sua superficie nella soluzione chimica.
La temperatura superficiale può quindi differire dalla temperatura del liquido sfuso.
Una relazione di trasferimento termico-semplificata è:
Q=hAΔT
Dovehrappresenta il-coefficiente di trasferimento del calore,Al'effettiva area di trasferimento del calore-eΔTla differenza di temperatura.
Se il trasferimento di calore è limitato da una cattiva circolazione, da depositi o da una disposizione sfavorevole delle piastre, potrebbe essere necessaria una differenza di temperatura maggiore per fornire la stessa velocità di riscaldamento.
Questo è il motivo per cui aumentare la potenza del riscaldatore non è sempre la soluzione corretta per rallentare il ripristino della temperatura.
La commutazione elettrica deve corrispondere al metodo di controllo
Il controllo automatico della temperatura può creare cambi frequenti.
I contattori meccanici possono essere adatti per determinati cicli di lavoro, mentre le applicazioni ad-cicli elevati potrebbero richiedere un'architettura di commutazione diversa.
La progettazione elettrica dovrebbe considerare la corrente nominale, la frequenza di commutazione, la dissipazione del calore, le condizioni dell'involucro e il coordinamento della protezione.
Anche la qualità del terminale è importante. La resistenza di contatto locale produce calore secondo:
P = I²R
Il funzionamento continuo ad alta-corrente può quindi esporre a connessioni deboli anche quando l'elemento riscaldante stesso rimane integro.
I test di fabbrica dovrebbero includere il comportamento di controllo
Un’utile valutazione di fabbrica può includere:
| Articolo di prova | Scopo del controllo |
|---|---|
| Resistenza | Verificare il circuito di riscaldamento |
| Resistenza di isolamento | Verificare l'isolamento elettrico |
| Corrente operativa | Confermare il carico elettrico |
| Risposta del riscaldamento | Valutare il comportamento termico |
| Temperatura superficiale | Rileva i punti caldi |
| Operazione di zona | Verificare il controllo indipendente |
| Risposta del sensore | Verificare la compatibilità del controllo |
Il test di controllo della temperatura-effettivo dovrebbe utilizzare condizioni rappresentative dell'apparecchiatura prevista, ove possibile.
Gli appalti dovrebbero specificare il sistema di controllo completo
Una specifica della piastra riscaldante dovrebbe identificare la tensione nominale, la potenza totale, il numero di zone, il metodo di controllo, il tipo e la posizione del sensore, l'intervallo di temperatura previsto, il servizio di commutazione e la stabilità della temperatura richiesta.
Per le apparecchiature chimiche personalizzate, la piastra riscaldante dovrebbe essere progettata in base alla strategia di controllo anziché essere selezionata indipendentemente dal controller.
Un affidabilepiastra riscaldante con controllo automatico della temperaturacombina dimensionamento della potenza, configurazione della zona, posizionamento del sensore, caratteristiche-di trasferimento del calore e commutazione elettrica adeguati.
Quando questi fattori vengono coordinati durante la progettazione, il controllo della temperatura diventa più fluido, è possibile ridurre i passaggi non necessari e il sistema di riscaldamento si adatta meglio al processo di produzione reale.
