Cómo transferir el calor de un elemento calefactor PTC
Publicado por Adelle Webber em
La transferencia de calor del elemento PTC
El elemento calefactor de cerámica diseñado con PTC, coeficiente de temperatura positiva, características que requieren un medio de transferencia de calor para mover el calor del componente al material que requiere calor. El diseño de la transferencia de calor depende del material, la distancia y el área de la superficie.
La transferencia de calor es el calor que pasa de un objeto más caliente a uno más frío. El calor es una medida de la energía cinética que posee un objeto. La medida del calor de un objeto cambia con el tiempo hasta el equilibrio entre las cosas más calientes y más frías.
Coeficiente de transferencia de calor conductivo
Donde
q = transferencia de calor (W, J/s, Btu/hr)
k = conductividad térmica del material (W/m K o W/m°C, Btu/(hr°F ft2 /ft))
s = espesor del material (m, ft)
A = área de transferencia de calor (m2...en el que se ha hecho un gran esfuerzo...2)
U = k/s Coeficiente de transferencia de calor
dT =t1 - t2 Gradiente de temperatura
Disco a Agente de Adhesión - Agente de Adhesión al Aluminio - Aluminio a Contenedor - Contenedor a Material
Los cálculos de transferencia de calor son complicados
Cada conexión de la fuente de calor al objeto que se pretende calentar impacta en la transferencia eficiente de calor. Cuando un termistor PTC es la fuente de calor, la energía térmica debe moverse a través de múltiples materiales. Un ingeniero debe tener en cuenta las características de transferencia de calor de cada material para la transferencia de calor efectiva.
Incrustar o unir el elemento PTC en un material de transferencia de calor
Al fabricar o instalar, debe tener especial cuidado en minimizar la resistencia a la transferencia de calor al montar el disco de cerámica en aluminio u otra carcasa para la transferencia de calor. Se utiliza un agente adhesivo con altas propiedades conductoras de calor para fijar el disco al material del disipador de calor.
Los elementos del PTC vienen de fábrica unidos a aletas de aluminio para la transferencia de la superficie o el aire del calor a las superficies adyacentes. Las aletas de aluminio están atornilladas o adheridas a la superficie adyacente para ser calentadas para la transferencia de la superficie o el calor. Las aletas también pueden ser colocadas de tal manera que la convección de aire natural o forzada pueda transferir el calor
Los calentadores de inmersión tienen elementos PTC unidos en silicona u otro material de transferencia de calor que distribuyen el calor uniformemente contra la superficie interna de un tubo circular. La cubierta exterior del tubo está en contacto directo con el líquido u otro material a calentar. El objetivo es minimizar las pérdidas de calor.
Eficiencia en la transferencia de calor
Cada conexión de la fuente de calor al objeto que se pretende calentar impacta en la transferencia eficiente de calor. Cuando un termistor PTC se utiliza como fuente de calor, el calor se transfiere a través de múltiples materiales. Las características de transferencia de calor de cada material deben tenerse en cuenta para una transferencia de calor eficaz.
Uno de los elementos calefactores del PTC más importantes es su alta densidad de potencia. Los hace ideales para una amplia gama de aplicaciones que requieren calentamiento eléctrico. Son una alternativa mucho mejor que el alambre resistivo. El montaje adecuado para mantener estas ventajas es importante.
El montaje del disco cerámico del PTC
El termistor está montado o unido a un material disipador de calor como extrusión de aluminio o aletas. La unión adecuada al material del disipador de calor es esencial. Si hay espacios de aire entre el disco y el disipador de calor, la eficiencia de la transferencia de calor disminuye.
El propio agente de unión debe ser altamente conductor del calor y resistir el calor generado en la fuente del elemento PTC. La energía térmica se transfiere por el proceso de conducción en este ejemplo. Cuanto menor sea la resistencia a la conducción, más rápido se moverá el calor de un material a otro.
La energía calórica transferida a través de la radiación es mucho menos eficiente debido al coeficiente de transferencia de calor del aire. La conductividad térmica del aire es de 0,0151 (BTU/(hr ft) a 77°F, mientras que una resina de silicio utilizada para la unión es de 0,185, lo que es mucho más eficiente.
La unión es esencial debido a la alta densidad de vatios de los elementos cerámicos individuales del PTC para que se distribuyan uniformemente al disipador de calor.
Características de la transferencia de calor del aluminio extruido
La conductividad térmica del aluminio es de 20,8, que es significativamente mayor y más eficiente que la del aire o los agentes adhesivos de silicio. Este aumento de la conductividad es la razón por la que el aluminio extruido se utiliza para las aletas de los disipadores de calor y otras estructuras diseñadas para la transferencia de calor.
El material del disipador de calor transfiere el calor de manera más eficaz a lo largo de las mayores distancias y área requeridas para mover el calor al material objetivo. Las extrusiones con aletas se utilizan para transferir el calor uniformemente al aire circundante por convección de aire forzado.
Aplicaciones de calentamiento de superficie para transferir el calor directamente a otra superficie están diseñados con una superficie mayor que puede ser adherida directamente a la superficie de un recipiente que contiene el material a calentar o a la propia superficie.
El objetivo es una distribución equitativa en el área de contacto de la superficie. La sujeción física del disipador de calor mediante sujetadores o pegamento especial diseñado para una transferencia de calor eficiente es la siguiente barrera para la transferencia de calor.
El material objetivo o la superficie a calentar
La masa y el volumen del material objetivo es la última variable de la ecuación. ¿Es sólo la superficie en contacto directo con el disipador de calor, o es necesario calentar una superficie mayor?
La naturaleza de la transferencia de calor conductiva funciona para continuar transfiriendo energía térmica del componente más caliente al más frío. La energía térmica continúa moviéndose desde la fuente de calor a través del disipador de calor. Este proceso continuará mientras haya una diferencia de temperatura.
El calor de uno de los materiales alcanza la misma temperatura que el disipador de calor y la fuente de PTC; el elemento PTC alcanzará la temperatura objetivo y resistirá un mayor flujo de corriente. El material objetivo no produce energía térmica, sólo la consume.
La única otra variable es el calor ambiental que rodea al sistema. La temperatura ambiente crea esencialmente otra línea de base en la tabla de resistencia a la temperatura. O un delta menor entre la temperatura objetivo y el punto de inicio del calentamiento.
¿Cómo sabe el elemento calefactor del PTC cuándo aumentar la corriente?
Cuando hay una diferencia de temperatura entre el disipador de calor y el elemento PTC menor que el punto de ajuste del elemento, la resistencia disminuye, y la corriente vuelve a fluir a través del dispositivo.
Este estado de equilibrio a través de la ruta de transferencia de calor continuará manteniendo el sistema a la temperatura deseada sin sensores adicionales o controles de circuito. Mientras se aplique energía al elemento PTC, el sistema mantendrá la temperatura.
Cuando se aplica la energía, el delta de temperatura entre el elemento PTC y el material calentado es alto. La resistencia del elemento PTC será la más baja, y la corriente máxima fluirá para un sistema de calentamiento rápido.
Estas características son las que hacen que los elementos calefactores de PTC y sus componentes se vean favorecidos para procesos de calentamiento precisos.
Pruebe sus cálculos de transferencia de calor
Componentes de calefacción de PTC disponibles en el mercado están disponibles para probar sus suposiciones y cálculos. Los componentes resuelven las dos primeras ecuaciones viniendo del fabricante incrustados en las configuraciones de los disipadores de calor. Lo que queda es fijar el componente de calefacción del fabricante a la superficie del material o recipiente a calentar.
El proveedor puede ofrecerle recomendaciones sobre la mejor manera de sujetar el elemento calefactor a la superficie a calentar. Muchos de los dispositivos vienen con sistemas de montaje para la calefacción de superficie o de inmersión.
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