Un'officina di placcatura necessitava di un riscaldatore ad immersione in PTFE sostitutivo per una vasca di nichelatura profonda 600 mm. Il serbatoio era largo 800 mm e lungo 1.200 mm, con un volume di lavoro di circa 550 litri. Il riscaldatore esistente era un'unità standard a forma di L- che sporgeva nel percorso del pezzo e si era guastata dopo 14 mesi. Il team di manutenzione desiderava un riscaldatore personalizzato che si adattasse allo spazio disponibile del serbatoio, funzionasse a bassa densità di watt ed evitasse di ostruire i pezzi in lavorazione.
La personalizzazione di un riscaldatore a immersione in PTFE per una profondità del serbatoio specifica richiede il bilanciamento di quattro vincoli: la profondità di immersione disponibile, la superficie richiesta per una bassa densità di watt, la geometria del serbatoio e le condizioni di flusso nella posizione del riscaldatore.
Il vincolo della profondità di immersione
Un serbatoio profondo 600 mm non fornisce 600 mm di lunghezza utile del riscaldatore. Il livello del liquido deve essere sufficientemente alto da coprire i pezzi e il riscaldatore deve rimanere completamente immerso al livello minimo del liquido. In pratica, la lunghezza utile riscaldata in un serbatoio profondo 600 mm è di 350–450 mm, a seconda del bordo libero e della fluttuazione del livello.
Un riscaldatore dritto standard con una lunghezza riscaldata di 400 mm fornisce circa 400 cm² di superficie con un diametro di 32 mm. È decisamente troppo poco per un funzionamento a bassa densità di-watt-con i wattaggi tipici della placcatura. Un servizio da 4 kW a 1,0 W/cm² richiede 4.000 cm²-dieci volte la superficie di un singolo passaggio rettilineo.
| Profondità del serbatoio | Lunghezza riscaldata utilizzabile | Superficie della guaina da 32 mm | Superficie della guaina da 50 mm | Lunghezza riscaldata necessaria per 4.000 cm² |
|---|---|---|---|---|
| 400mm | 250–300 mm | 250–300 cm² | 393–471 cm² | 2.000–2.667 mm |
| 500mm | 300–350 mm | 300–350 cm² | 471–550 cm² | 1.429–1.667 mm |
| 600 mm | 350–450 mm | 350–450 cm² | 550–707 cm² | 889–1.143 mm |
| 700 mm | 450–550 mm | 450–550 cm² | 707–864 cm² | 727–909 mm |
Requisiti di lunghezza e superficie riscaldata per un servizio di 4 kW a 1,0 W/cm²
La soluzione-multipass
La soluzione per un serbatoio poco profondo è un riscaldatore multi-passaggio. L'elemento riscaldato è piegato in una configurazione a serpentina o a forma di U- che si adatta alla profondità disponibile fornendo allo stesso tempo più passaggi riscaldati. Un riscaldatore a quattro-passi con passaggi da 400 mm fornisce 1.600 mm di lunghezza riscaldata in un ingombro di circa 400 × 200 mm.
Con un diametro della guaina di 50 mm, 1.600 mm di lunghezza riscaldata forniscono circa 2.513 cm² di superficie. Questo è ancora inferiore ai 4.000 cm² necessari per un servizio di 4 kW a 1,0 W/cm². È necessario un numero maggiore di passaggi o un diametro della guaina maggiore.
| Numero di passaggi | Lunghezza del passaggio | Lunghezza totale riscaldata | Impronta (circa) | Superficie (50 mm) | Potenza massima a 1,0 W/cm² |
|---|---|---|---|---|---|
| 2 | 400mm | 800 mm | 400×100 mm | 1.257 cm² | 1,3 kW |
| 4 | 400mm | 1.600 mm | 400×200 mm | 2.513 cm² | 2,5 kW |
| 6 | 400mm | 2.400 mm | 400×300mm | 3.770 cm² | 3,8 kW |
| 8 | 400mm | 3.200 mm | 400×400mm | 5.027 cm² | 5,0 kW |
Configurazioni multi-passaggio per un serbatoio profondo 600 mm
Montaggio del riscaldatore nel serbatoio
Il riscaldatore deve adattarsi allo spazio disponibile senza ostacolare i pezzi o il flusso. In una vasca da 800×1.200 mm, il riscaldatore può essere posizionato lungo una parete, lasciando il volume centrale per il portapezzi. Un riscaldatore multi-pass con un ingombro di 400 × 300 mm si adatta comodamente lungo la parete da 1.200 mm.
La flangia deve essere posizionata in modo che il riscaldatore penda alla profondità corretta. Un serbatoio profondo 600 mm con un livello del liquido di 500 mm e un bordo libero di 100 mm fornisce 400 mm di profondità utilizzabile. La sezione riscaldata del riscaldatore deve essere posizionata nei 350 mm inferiori del serbatoio, con la parte superiore della sezione riscaldata almeno 50 mm sotto il livello minimo del liquido.
Uniformità di flusso e temperatura
Un riscaldatore multi-passo in un serbatoio poco profondo può creare ombre di flusso se i passaggi sono troppo vicini tra loro. Il fluido tra i passaggi può diventare stagnante, riducendo il trasferimento di calore e creando punti caldi. La spaziatura tra i passaggi deve essere di almeno 30–40 mm per consentire il flusso tra di essi.
Se il serbatoio è dotato di pompa di circolazione, il riscaldatore deve essere posizionato in modo che il flusso passi attraverso gli spazi tra i passaggi. Se il serbatoio si basa sulla convezione naturale, il riscaldatore dovrebbe essere posizionato in modo tale che il pennacchio termico in aumento possa fuoriuscire senza rimanere intrappolato tra i passaggi.
| Passare la spaziatura | Flusso tra i passaggi | Rischio hot spot | Applicazione consigliata |
|---|---|---|---|
| <20 mm | Povero | Alto | Non raccomandato |
| 20–30 mm | Moderare | Moderare | Solo bassa densità di watt |
| 30–40 mm | Bene | Basso | La maggior parte delle applicazioni |
| >40 mm | Eccellente | Molto basso | Fluidi ad alta densità di watt o viscosi |
Spaziatura dei passaggi e relativo effetto sul flusso e sul rischio di hot spot
Quando un riscaldatore standard non può adattarsi al serbatoio
Un serbatoio profondo 600 mm con un rendimento di 4 kW a 1,0 W/cm² richiede un riscaldatore multi-passaggio che le linee di prodotti standard potrebbero non offrire. Una configurazione personalizzata del riscaldatore a immersione in PTFE con sei o otto passaggi, un diametro della guaina di 50 mm e una spaziatura tra i passaggi di 30–40 mm risolve la causa principale dei vincoli di spazio. Il processo di specifica richiede le dimensioni del serbatoio, l'intervallo del livello del liquido, la potenza richiesta, la chimica del bagno e le condizioni del flusso. Per le strutture con serbatoi poco profondi, questo approccio-specifico per l'applicazione fornisce la superficie richiesta all'interno dello spazio disponibile.
