Un taller de enchapado reemplazó un calentador de inmersión de PTFE en un tanque de acero sin aislamiento por un calentador dimensionado utilizando el mismo cálculo que antes. El nuevo calentador entregó la potencia correcta, pero el tanque tardó más en alcanzar el punto de ajuste y el calentador funcionó continuamente durante la producción. El tanque había sido aislado dos años antes, pero el aislamiento se quitó durante un proyecto de mantenimiento y nunca se volvió a instalar. La pérdida de calor había aumentado y el calentador ahora tenía un tamaño insuficiente para la carga real.
El aislamiento del tanque tiene un efecto directo sobre la potencia requerida del calentador de inmersión de PTFE. Un tanque sin aislamiento pierde calor a través de sus paredes a un ritmo que puede ser entre 5 y 10 veces mayor que un tanque aislado. El calentador debe reemplazar el calor perdido para mantener el punto de ajuste.
Cómo el aislamiento reduce la pérdida de calor
La pérdida de calor a través de la pared del tanque depende de la diferencia de temperatura entre el baño y el aire ambiente, el área de la superficie de la pared y la resistencia térmica de la pared y de cualquier aislamiento. El aislamiento agrega resistencia térmica, lo que reduce la pérdida de calor para una diferencia de temperatura determinada.
Para una pared de tanque de acero a 60 grados en una habitación a 20 grados, la pérdida de calor sin aislamiento es de aproximadamente 200 a 300 W/m². Con 50 mm de aislamiento, la pérdida se reduce a 20-40 W/m². Con 100 mm, baja a 10-20 W/m².
| Espesor del aislamiento | Pérdida de calor de la pared a 60 grados | Pérdida relativa | Costo Anual de Energía (100 m²) |
|---|---|---|---|
| Ninguno | 200–300 W/m² | 1.0× | $12,000–18,000 |
| 25mm | 50–80 W/m² | 0.25× | $3,000–4,800 |
| 50 milímetros | 20–40 W/m² | 0.12× | $1,200–2,400 |
| 75mm | 12–25 W/m² | 0.08× | $720–1,500 |
| 100 milímetros | 8–15 W/m² | 0.05× | $480–900 |
Pérdida de calor de la pared y costo de energía por espesor de aislamiento para un baño de 60 grados
Cómo el aislamiento cambia la potencia requerida
El calentador debe entregar suficiente potencia para reemplazar el calor perdido a través de las paredes y la superficie y para calentar las piezas de trabajo entrantes. Si el tanque no está aislado, las pérdidas en las paredes son mayores y el calentador debe ser mayor.
Para un tanque de 2.000 litros a 60 grados con 100 m² de superficie húmeda, la pérdida de la pared sin aislamiento es de 20 a 30 kW. Con 50 mm de aislamiento, la pérdida se reduce a 2-4 kW. La diferencia es de 18 a 26 kW de capacidad de calefacción que debe suministrar el calentador.
| Volumen del tanque | Superficie mojada | Pérdida de pared sin aislamiento | Pérdida de pared aislada (50 mm) | Se necesita capacidad adicional del calentador |
|---|---|---|---|---|
| 1,000 L | 50 m² | 10-15 kilovatios | 1-2 kilovatios | 9-13 kilovatios |
| 1,500 L | 75 m² | 15-23 kilovatios | 1,5-3 kilovatios | 13-20 kilovatios |
| 2,000 L | 100 m² | 20-30 kilovatios | 2-4 kilovatios | 18-26 kilovatios |
| 3,000 L | 150 m² | 30–45 kilovatios | 3-6 kilovatios | 27–39 kilovatios |
Pérdida de calor de la pared y capacidad adicional del calentador requerida para tanques sin aislamiento
El efecto sobre las pérdidas superficiales
Las pérdidas superficiales se producen por evaporación y radiación. La superficie de un tanque abierto a 60 grados pierde entre 300 y 500 W/m². Una manta de bolas flotante o una cubierta para tanque reducen esa pérdida entre un 60% y un 70%.
Para un tanque de 2.000 litros con una superficie de 1,5 m², la pérdida en superficie abierta es de 450 a 750 W. Con una tapa, la pérdida se reduce a 135 a 225 W. La diferencia es de 315 a 525 W de capacidad de calefacción.
Dimensionamiento del aislamiento y del calentador
El calentador debe tener el tamaño adecuado para la pérdida de calor real del tanque. Si el tanque está aislado, el calentador puede ser más pequeño. Si el tanque no está aislado, el calentador debe ser más grande.
Un enfoque práctico es calcular la pérdida de calor para la condición de aislamiento real y dimensionar el calentador para esa carga más un margen para la carga de producción. Un calentador que tiene el tamaño adecuado para un tanque aislado pero que se instala en un tanque sin aislamiento tendrá un tamaño insuficiente y funcionará continuamente.
Cuando el aislamiento cambia el requisito de densidad de vatios
Agregar aislamiento reduce la pérdida de calor, lo que reduce la potencia requerida. Pero el aislamiento también afecta a la temperatura de la superficie del calentador. Es posible que se necesite un calentador más pequeño que funcione con una mayor densidad de vatios para entregar la potencia reducida dentro del espacio disponible. La mayor densidad de vatios eleva la temperatura de la superficie y acelera la degradación.
Lo óptimo es aislar el tanque y especificar un calentador con una gran superficie y baja densidad de vatios. El aislamiento reduce el requisito de potencia y la gran superficie mantiene baja la densidad de potencia.
Cuando los calentadores estándar no pueden igualar la condición del aislamiento
Los tanques con aislamiento dañado o faltante a menudo requieren calentadores más grandes que la especificación original. Una configuración personalizada de calentador de inmersión de PTFE con una gran superficie, una baja densidad de vatios y una posición de flujo-optimizada aborda la causa principal del tamaño insuficiente. El proceso de especificación requiere las dimensiones del tanque, la condición de aislamiento, la temperatura de funcionamiento y la potencia requerida. Para instalaciones con diferentes condiciones de aislamiento, este enfoque específico-de aplicación garantiza que el calentador iguale la pérdida de calor real.
