Un'officina di placcatura ha sostituito un riscaldatore a immersione in PTFE in un serbatoio di acciaio non isolato con un riscaldatore dimensionato utilizzando lo stesso calcolo di prima. Il nuovo riscaldatore erogava la potenza corretta, ma il serbatoio impiegava più tempo per raggiungere il setpoint e il riscaldatore funzionava continuamente durante la produzione. Il serbatoio era stato isolato due anni prima, ma l'isolamento era stato rimosso durante un progetto di manutenzione e mai reinstallato. La perdita di calore era aumentata e il riscaldatore era ormai sottodimensionato per il carico effettivo.
L'isolamento del serbatoio ha un effetto diretto sulla potenza richiesta del riscaldatore a immersione in PTFE. Un serbatoio non isolato perde calore attraverso le sue pareti a una velocità che può essere 5-10 volte superiore rispetto a un serbatoio isolato. Il riscaldatore deve sostituire il calore perso per mantenere il setpoint.
Come l'isolamento riduce la perdita di calore
La perdita di calore attraverso la parete del serbatoio dipende dalla differenza di temperatura tra il bagno e l'aria ambiente, dalla superficie della parete e dalla resistenza termica della parete e dell'eventuale isolamento. L'isolamento aggiunge resistenza termica, che riduce la perdita di calore per una data differenza di temperatura.
Per una parete del serbatoio in acciaio a 60 gradi in una stanza a 20 gradi, la perdita di calore senza isolamento è di circa 200–300 W/m². Con 50 mm di isolamento la perdita scende a 20–40 W/m². Con 100 mm si scende a 10–20 W/m².
| Spessore dell'isolamento | Perdita di calore della parete a 60 gradi | Perdita relativa | Costo energetico annuale (100 m²) |
|---|---|---|---|
| Nessuno | 200–300 W/m² | 1.0× | $12,000–18,000 |
| 25 mm | 50–80 W/m² | 0.25× | $3,000–4,800 |
| 50 mm | 20–40 W/m² | 0.12× | $1,200–2,400 |
| 75 mm | 12–25 W/m² | 0.08× | $720–1,500 |
| 100 mm | 8–15 W/m² | 0.05× | $480–900 |
Perdita di calore della parete e costo energetico in base allo spessore dell'isolamento per un bagno a 60 gradi
Come l'isolamento modifica la potenza richiesta
Il riscaldatore deve fornire una potenza sufficiente per sostituire il calore perso attraverso le pareti e la superficie e per riscaldare i pezzi in entrata. Se il serbatoio non è isolato, le perdite a parete sono maggiori e il riscaldatore deve essere più grande.
Per un serbatoio da 2.000 litri a 60 gradi con 100 m² di superficie bagnata, la perdita della parete senza isolamento è di 20–30 kW. Con 50 mm di isolamento la perdita scende a 2–4 kW. La differenza è di 18–26 kW di capacità di riscaldamento che deve essere fornita dal riscaldatore.
| Volume del serbatoio | Superficie bagnata | Perdita del muro non isolato | Perdita del muro isolato (50 mm) | È necessaria una capacità di riscaldamento aggiuntiva |
|---|---|---|---|---|
| 1,000 L | 50 m² | 10-15kW | 1–2kW | 9–13 kW |
| 1,500 L | 75 m² | 15–23 kW | 1,5–3 kW | 13-20kW |
| 2,000 L | 100 m² | 20-30kW | 2–4 kW | 18-26kW |
| 3,000 L | 150 m² | 30–45 kW | 3–6 kW | 27–39 chilowatt |
Perdita di calore della parete e capacità di riscaldamento aggiuntiva necessaria per serbatoi non isolati
L'effetto sulle perdite superficiali
Le perdite superficiali si verificano per evaporazione e radiazione. Una superficie del serbatoio aperta a 60 gradi perde 300–500 W/m². Una coperta galleggiante o una copertura per serbatoio riducono tale perdita del 60-70%.
Per un serbatoio da 2.000 litri con una superficie di 1,5 m², la perdita a superficie aperta è di 450–750 W. Con una copertura, la perdita scende a 135–225 W. La differenza è di 315–525 W di capacità di riscaldamento.
Isolamento e dimensionamento del riscaldatore
Il riscaldatore deve essere dimensionato per l'effettiva perdita di calore del serbatoio. Se il serbatoio è isolato, il riscaldatore può essere più piccolo. Se il serbatoio non è isolato, il riscaldatore deve essere più grande.
Un approccio pratico consiste nel calcolare la perdita di calore per le effettive condizioni di isolamento e dimensionare il riscaldatore per quel carico più un margine per il carico di produzione. Un riscaldatore dimensionato per un serbatoio isolato ma installato in un serbatoio non isolato sarà sottodimensionato e funzionerà continuamente.
Quando l'isolamento modifica i requisiti di densità di watt
L'aggiunta di isolamento riduce la perdita di calore, che riduce la potenza richiesta. Ma l’isolamento influisce anche sulla temperatura superficiale del riscaldatore. Potrebbe essere necessario un riscaldatore più piccolo che funzioni con una densità di watt più elevata per fornire la potenza ridotta nello spazio disponibile. La maggiore densità di watt aumenta la temperatura superficiale e accelera il degrado.
La soluzione ottimale è isolare il serbatoio e specificare un riscaldatore con un'ampia superficie e una bassa densità di watt. L'isolamento riduce il fabbisogno di potenza e l'ampia superficie mantiene bassa la densità di potenza.
Quando i riscaldatori standard non possono soddisfare le condizioni di isolamento
I serbatoi con isolamento danneggiato o mancante spesso richiedono riscaldatori più grandi rispetto alle specifiche originali. Una configurazione personalizzata del riscaldatore a immersione in PTFE con un'ampia superficie, una bassa densità di watt e una posizione di flusso-ottimizzata risolve la causa principale del sottodimensionamento. Il processo di specifica richiede le dimensioni del serbatoio, le condizioni di isolamento, la temperatura operativa e la potenza richiesta. Per le strutture con condizioni di isolamento variabili, questo approccio specifico-per l'applicazione garantisce che il riscaldatore corrisponda alla perdita di calore effettiva.
