Una linea di galvanica ha notato che il consumo di elettricità era aumentato di quasi il 12% in sei mesi senza alcuna variazione nel volume di produzione. Il serbatoio stava raggiungendo il setpoint e la corrente del riscaldatore corrispondeva alla targa. La bolletta raccontava una storia diversa. Il riscaldatore consumava più energia per fornire lo stesso calore alla vasca. La differenza era uno strato di scala di 1,8 mm sulla guaina.
L'efficienza energetica in un riscaldatore a immersione in PTFE non è una proprietà fissa. Cambia con le condizioni della superficie della guaina. Un riscaldatore pulito trasferisce il calore in modo efficiente al fluido di processo. Un riscaldatore ridimensionato trasferisce meno calore e ne disperde di più nell'ambiente-oppure consuma più energia per mantenere la stessa temperatura del bagno.
Il bilancio energetico di un riscaldatore
L'energia elettrica assorbita da un riscaldatore è pari al calore fornito al fluido di processo più le perdite. In un riscaldatore pulito, le perdite sono minime e quasi tutta l'energia viene utilizzata per riscaldare il bagno. In un riscaldatore incrostato, lo strato incrostato aggiunge resistenza termica, che aumenta la temperatura della guaina. La temperatura più elevata della guaina aumenta le perdite attraverso la custodia del terminale, la flangia e le pareti del serbatoio.
L'energia che non raggiunge il fluido di processo viene sprecata. Il contatore misura l'energia totale immessa, non il calore utile fornito. Un riscaldatore ridimensionato assorbe la stessa corrente ma fornisce meno calore, quindi l'efficienza-il rapporto tra calore utile e apporto energetico totale-diminuisce.
| Spessore della scala | Aumento ΔT della guaina | Calore erogato | Ingresso energetico | Efficienza | Spreco energetico |
|---|---|---|---|---|---|
| 0 mm (pulito) | Linea di base | 100% | 100% | 95–98% | 2–5% |
| 0,5 mm | 6-9 gradi | 97% | 100% | 92–95% | 5–8% |
| 1,0 mm | 12-18 gradi | 93% | 100% | 88–92% | 8–12% |
| 2,0 mm | 25-35 gradi | 85% | 100% | 80–85% | 15–20% |
| 3,0 mm | 38–52 gradi | 75% | 100% | 70–78% | 22–30% |
Efficienza energetica e sprechi in funzione dello spessore delle incrostazioni sui riscaldatori ad immersione in PTFE
Perché la scala aumenta il consumo di energia
Lo strato di incrostazione funge da coperta isolante tra la guaina ed il fluido di processo. Affinché lo stesso flusso di calore attraversi quella resistenza aggiuntiva, la temperatura della guaina deve aumentare. La temperatura più elevata della guaina aumenta la differenza di temperatura tra il riscaldatore e l'ambiente, con conseguenti maggiori perdite.
Le perdite si verificano attraverso diversi percorsi. La custodia terminale, collegata al riscaldatore tramite la zona fredda, allontana il calore dalla guaina. La flangia, imbullonata alla parete del serbatoio, conduce il calore nella struttura del serbatoio. Le pareti e la superficie della vasca perdono più calore perché la temperatura del bagno viene mantenuta al valore impostato da un riscaldatore che funziona a temperature più elevate e più a lungo.
L'effetto finale è che il riscaldatore deve consumare più energia per fornire lo stesso calore utile alla vasca. La perdita di efficienza è piccola per strati sottili ma cresce rapidamente man mano che la scaglia si ispessisce.
L’effetto combinato di tempi di esecuzione più lunghi
Un riscaldatore ridimensionato non solo perde efficienza-ma funziona più a lungo. Il controller rileva che la temperatura del bagno scende o non raggiunge il setpoint e mantiene il riscaldatore sotto tensione. Il riscaldatore funziona con un ciclo di lavoro più elevato, consumando più energia per più ore.
In un sistema pulito, il riscaldatore potrebbe funzionare per il 40% del tempo per mantenere il setpoint. Con uno strato di scala di 2 mm, potrebbe funzionare il 55-60% delle volte. La combinazione di efficienza inferiore e autonomia più lunga aumenta il consumo energetico totale del 30–50%.
| Spessore della scala | Ciclo di lavoro del riscaldatore | Orari operativi giornalieri | Consumo energetico giornaliero | Rispetto a Pulito |
|---|---|---|---|---|
| 0 mm | 40% | 9,6 ore | 48 kWh | 1.0× |
| 0,5 mm | 44% | 10,6 ore | 53 kWh | 1.1× |
| 1,0 mm | 50% | 12,0 ore | 60 kWh | 1.25× |
| 2,0 mm | 58% | 13,9 ore | 70 kWh | 1.45× |
| 3,0 mm | 68% | 16,3 ore | 82 kWh | 1.7× |
Consumo energetico in funzione dello spessore della scaglia per un riscaldatore da 5 kW in servizio continuo
Il costo dello spreco energetico
Il costo dello spreco energetico dipende dalla tariffa elettrica, dalla potenza del riscaldatore e dalle ore di funzionamento. Per un riscaldatore da 5 kW che funziona 6.000 ore all’anno a 0,10 dollari per kWh, il costo energetico annuale è di 3.000 dollari per un riscaldatore pulito. Uno strato di scaglia da 2 mm aumenta il valore a $ 4.350, ovvero ulteriori $ 1.350 all'anno.
In un impianto con 20 riscaldatori, lo spreco energetico derivante dalle incrostazioni potrebbe ammontare a 27.000 dollari all’anno. Questo è più del costo di un programma di manutenzione preventiva che mantiene puliti i riscaldatori.
| Potenza del riscaldatore | Ore annuali | Costo dell'energia pulita | Costo scala 1 mm | Costo scala 2 mm | Rifiuti annuali |
|---|---|---|---|---|---|
| 3kW | 6,000 | $1,800 | $2,250 | $2,610 | $810 |
| 5kW | 6,000 | $3,000 | $3,750 | $4,350 | $1,350 |
| 8kW | 6,000 | $4,800 | $6,000 | $6,960 | $2,160 |
| 12kW | 6,000 | $7,200 | $9,000 | $10,440 | $3,240 |
Costo energetico annuale e sprechi in base alla potenza del riscaldatore e allo spessore delle incrostazioni a $ 0,10 per kWh
La decalcificazione come misura di-risparmio energetico
La decalcificazione ripristina l'efficienza del trasferimento di calore del riscaldatore. Dopo la decalcificazione, la temperatura della guaina diminuisce, il ciclo di lavoro ritorna normale e il consumo energetico ritorna al livello di pulizia di base. Il risparmio energetico derivante dalla decalcificazione spesso giustifica i costi di pulizia in pochi mesi.
Un riscaldatore con 2 mm di scala decalcificato consente di risparmiare 1.350 dollari all'anno di energia per un'unità da 5 kW. Se la decalcificazione costa 500 dollari in manodopera e materiali, il rimborso è inferiore a cinque mesi. Successivamente, i risparmi continuano finché la bilancia non si accumula nuovamente.
Monitoraggio dell'efficienza energetica
Il modo più semplice per monitorare l'efficienza è monitorare il ciclo di lavoro o il tempo di funzionamento del riscaldatore. Un riscaldatore che funziona più a lungo rispetto a quando era nuovo perde efficienza. I dati vengono forniti da un registro corrente o da un contatore del tempo-di esecuzione.
Un metodo più diretto consiste nel misurare la temperatura della guaina al carico operativo. Una temperatura della guaina che è aumentata di 10-15 gradi al di sopra della linea di base pulita indica che il calcare si sta accumulando e l’efficienza sta diminuendo.
Quando lo spreco energetico correlato alla scala- segnala un problema di specifiche
L'accumulo ripetuto di calcare e lo spreco di energia nello stesso serbatoio indicano che il riscaldatore funziona a una densità di watt troppo elevata per le condizioni chimiche e di flusso. Un riscaldatore con densità di-watt-inferiore funziona a temperature più basse, accumula calcare più lentamente e mantiene la sua efficienza più a lungo. Una configurazione personalizzata del riscaldatore a immersione in PTFE con bassa densità di watt, ampia superficie e migliore accesso al flusso riduce la formazione di calcare e il conseguente spreco di energia. Il processo di specifica richiede la chimica del bagno, la temperatura operativa, la durezza dell'acqua e la potenza richiesta.
