Como transferir calor de um elemento de aquecimento de PTC
Publicado por Adelle Webber pt
Transferência de calor por elementos de PTC
O elemento de aquecimento cerâmico concebido com PTC, coeficiente de temperatura positivo, características requerem um meio de transferência de calor para mover o calor do componente para o material que necessita de calor. O projeto de transferência de calor depende do material, da distância e da área de superfície.
A transferência de calor é o calor que se move de um objecto mais quente para uma coisa mais fria. O calor é uma medida da energia cinética possuída por um objecto. A medida de calor de um objeto muda com o tempo até o equilíbrio entre as coisas mais quentes e mais frias.
Coeficiente de transferência de calor condutivo
Onde
q = transferência de calor (W, J/s, Btu/hr)
k = condutividade térmica do material (W/m K ou W/m°C, Btu/(hr°F ft2 /ft))
s = espessura do material (m, ft)
A = área de transferência de calor (m2, ft2)
U = k/s Coeficiente de transferência de calor
dT =t1 - t2 Gradiente de Temperatura
Disco ao Agente de Ligação - Agente de Ligação ao Alumínio - Alumínio ao Container - Container ao Material
Os cálculos de transferência de calor são complicados
Cada ligação desde a fonte de calor até ao objecto a aquecer afecta a transferência eficiente de calor. Quando um termistor de PTC é a fonte de calor, a energia térmica deve mover-se através de múltiplos materiais. Um engenheiro deve levar em consideração as características de transferência de calor de cada material para transferência de calor efectiva.
Incorporar ou ligar o elemento PTC a um material de transferência de calor
Ao fabricar ou instalar, deve ter especial cuidado para minimizar a resistência à transferência de calor ao montar o disco cerâmico em alumínio ou outra caixa para transferência de calor. Para fixar o disco ao material do dissipador de calor é utilizado um agente aglutinante com elevadas propriedades condutoras de calor.
Os elementos PTC vêm da fábrica ligados a aletas de alumínio para transferência de calor à superfície ou ar para superfícies adjacentes. As aletas de alumínio são aparafusadas ou coladas à superfície adjacente a ser aquecida para a transferência da superfície ou do calor. As aletas também podem ser colocadas de modo que a convecção natural ou forçada do ar possa transferir o calor
Os aquecedores por imersão têm elementos de PTC ligados em silicone ou outro material de transferência de calor que distribuem o calor uniformemente contra a superfície interna de um tubo circular. O revestimento externo do tubo está em contato direto com o líquido ou outro material a ser aquecido. O objetivo é minimizar as perdas de calor.
Eficiência na transferência de calor
Cada ligação desde a fonte de calor até ao objecto a aquecer afecta a transferência eficiente de calor. Quando um termistor PTC é usado como fonte de calor, o calor é transferido através de múltiplos materiais. As características de transferência de calor de cada material devem ser levadas em consideração para a transferência eficaz de calor.
Um dos elementos de aquecimento mais importantes do PTC é a sua alta densidade de potência. Isto torna-os ideais para uma vasta gama de aplicações que requerem aquecimento eléctrico. Eles são uma alternativa muito melhor aos fios resistivos. A montagem adequada para manter estas vantagens é importante.
The PTC
O termistor é montado ou colado a um dissipador de calor, tal como extrusão de alumínio ou barbatanas. É essencial uma ligação adequada ao material do dissipador de calor. Se houver espaços de ar entre o disco e o dissipador de calor, a eficiência da transferência de calor diminui.
O próprio agente aglutinante deve ser altamente condutor de calor e resistir ao calor gerado na fonte do elemento PTC. Neste exemplo, a energia térmica é transferida pelo processo de condução. Quanto menor for a resistência à condução, mais rápido o calor se moverá de um material para outro.
A energia térmica transferida através da radiação é muito menos eficiente devido ao coeficiente de transferência de calor do ar. A condutividade térmica do ar é de 0,0151 (BTU/(hr ft) a 77°F, enquanto uma resina de silicone usada para colagem é de 0,185, o que é muito mais eficiente.
A colagem é essencial devido à alta densidade de watt dos elementos cerâmicos individuais do PTC para serem distribuídos uniformemente no dissipador de calor.
Características de transferência de calor de alumínio extrudido
A condutividade térmica do alumínio é 20,8, o que é significativamente maior e mais eficiente do que os agentes de ligação ao ar ou silício. Esta maior condutividade é a razão pela qual o alumínio extrudido é utilizado para a remoção de aletas de dissipadores de calor e outras estruturas projetadas para transferência de calor.
O material do dissipador de calor transfere calor mais eficazmente ao longo das longas distâncias e da área necessária para mover o calor para o material alvo. Extrusões com aletas são usadas para transferir calor uniformemente para o ar ao redor por convecção de ar forçado.
Aplicações de aquecimento de superfície para transferir calor diretamente para outra superfície são projetados com uma superfície maior que pode ser colada diretamente à superfície de um recipiente que contém material a ser aquecido ou à própria superfície.
O objetivo é uma distribuição igual sobre a área de contato superficial. A fixação física do dissipador de calor por parafusos ou cola especial projetada para a transferência eficiente de calor é a próxima barreira à transferência de calor.
Material alvo ou superfície a ser aquecida
A massa e o volume do material alvo é a última variável na equação. É apenas a área da superfície em contacto directo com o dissipador de calor, ou é necessário aquecer uma área de superfície maior?
A natureza da transferência de calor condutiva funciona para continuar a transferir energia térmica do componente mais quente para o mais frio. A energia térmica continua a mover-se da fonte de calor através do dissipador de calor. Este processo continuará enquanto houver uma diferença de temperatura.
Um do calor do material atinge a mesma temperatura que o dissipador de calor & fonte de PTC; o elemento PTC atingirá a temperatura alvo e resistirá ao fluxo de corrente adicional. O material alvo não produz energia térmica; ele apenas a consome.
The only other variable is the ambient heat surrounding the system. The ambient temperature essentially creates another baseline in the temperature resistance chart. Or less of a delta between
Como é que o elemento de aquecimento do PTC sabe quando aumentar a corrente?
Quando há uma diferença de temperatura entre o dissipador de calor e o elemento PTC inferior ao set-point do elemento, a resistência diminui, e a corrente flui novamente através do dispositivo.
Este estado de equilíbrio através do caminho de transferência de calor continuará a manter o sistema à temperatura alvo sem sensores adicionais ou controles de circuito. Enquanto a energia for aplicada ao elemento PTC, o sistema manterá a temperatura.
Quando é aplicada energia, o delta de temperatura entre o elemento PTC e o material aquecido é elevado. A resistência do elemento de PTC será a mais baixa, e a corrente máxima fluirá para um sistema de aquecimento rápido.
Estas características são o que torna os elementos de aquecimento PTC e seus componentes favorecidos para processos de aquecimento precisos.
Teste os seus cálculos de transferência de calor
Componentes de aquecimento de PTC fora de prateleira estão disponíveis para testar as suas suposições e cálculos. Os componentes resolvem as duas primeiras equações vindo do fabricante incorporado em configurações de dissipadores de calor. O que resta é fixar o componente de aquecimento do fabricante à superfície do material ou recipiente a ser aquecido.
O fornecedor pode lhe oferecer recomendações sobre a melhor forma de fixar o elemento de aquecimento à superfície a ser aquecida. Muitos dos aparelhos vêm com sistemas de montagem para aquecimento de superfície ou de imersão.
Quer aprender mais ou ter uma aplicação específica?
A DBK USA tem especialistas a postos para responder às suas perguntas. Especialistas em elementos de aquecimento PTC e aplicações podem ajudá-lo a selecionar os componentes certos para a sua aplicação.
Sinta-se à vontade para ligar diretamente para nossos engenheiros de fiação personalizados no número 1-864-607-9047