Wattdichtheid begrijpen: waarom uw 28 mm-patroonverwarming warm wordt of lang meegaat

Heeft u zich ooit afgevraagd waarom twee verwarmingstoestellen die er hetzelfde uitzien (dezelfde diameter, lengte en wattage) een heel verschillende tijd in dezelfde machine meegaan? Wattdichtheid is meestal altijd het antwoord, maar dat zie je niet op een eenvoudig specificatieblad.

Wattdichtheid is precies de hoeveelheid stroom die wordt geconcentreerd op elke vierkante centimeter van het oppervlak van de verwarmingsmantel. Maar deze kleine meting heeft een groot effect op hoe heet de interne onderdelen worden en hoe lang het geheel meegaat.

De basiswiskunde
Om de wattdichtheid te vinden, deelt u het totale wattage van een patroonverwarmer door de oppervlakte van het deel van de mantel dat wordt verwarmd. Het oppervlak van een cilindrische verwarmer is π maal de diameter maal de lengte van het verwarmde gebied.

Denk aan een patroonverwarmer met een diameter van 28 mm en een verwarmde lengte van 200 mm. De oppervlakte bedraagt ​​ongeveer 17.584 vierkante millimeter, oftewel ongeveer 175,8 vierkante centimeter. Dit komt omdat 3,14 × 28 mm × 200 mm=17,584 vierkante millimeter. Als deze verwarmer een vermogen van 1000 watt heeft, is de wattdichtheid ongeveer 5,7 W/cm², wat gelijk is aan 1000 ÷ 175,8.

Dat aantal, 5,7 W/cm², is perfect voor zwaar industrieel gebruik. De ervaring leert dat een patroonverwarmer die tussen de 5 en 7 W/cm² werkt een goede hoeveelheid warmte afgeeft en lang meegaat. De verwarming werkt koeler en gaat langer mee onder dit bereik, maar kan voor sommige toepassingen niet voldoende warmte leveren. Binnen dit bereik stijgen de temperaturen snel, wat de afbraak versnelt.

Wat gebeurt er als de wattdichtheid te hoog is?
Wanneer een patroonverwarmer een te hoge wattdichtheid heeft, maakt de draad die de interne weerstand verbindt meer warmte dan de MgO-isolatie en -mantel in het omringende materiaal kunnen bewegen. De temperatuur van de draad gaat aanzienlijk hoger dan waarvoor deze is ontworpen.

Als de temperatuur zo hoog wordt, gebeuren er veel dingen tegelijk:

De weerstandsdraad oxideert sneller, waardoor deze beter bestand is tegen elektriciteit en er hotspots ontstaan.

De MgO-isolatie wijzigt de structuur, waardoor deze minder goed elektriciteit en warmte kan geleiden.

De draad, MgO en omhulsel zetten allemaal met verschillende snelheden uit als ze warm of koud worden. Hierdoor komt de isolatie onder druk te staan, waardoor deze uiteindelijk gaat splijten.

Het omhulselmateriaal kan van kleur veranderen, schilfers krijgen of zelfs smelten in de ergste situaties.

Het gevolg is dat de levensduur verkort wordt, vaak in weken of maanden in plaats van de beoogde jaren.

De 28 mm rand
Dan komt een heater met een grotere diameter echt tot zijn recht. Een patroonverwarmer met een grote diameter van 28 mm heeft een veel groter oppervlak dan een verwarmer met een kleinere diameter die dezelfde hoeveelheid stroom verbruikt. Bij hetzelfde vermogensniveau duidt een groter oppervlak op een lagere wattdichtheid.

Een heater met een diameter van 16 mm en een verwarmde lengte van 200 mm heeft bijvoorbeeld een oppervlakte van ongeveer 100,5 cm². Een verwarming van dit formaat verbruikt bijna 10 W/cm², wat voor de meeste toepassingen te veel is. In een verwarming van 28 mm levert dezelfde 1000 W 5,7 W/cm², wat volkomen veilig is.

In het echte leven betekent dit dat het formaat van 28 mm meer totale watt kan verwerken, terwijl het toch binnen de vereiste beperkingen voor wattdichtheid blijft. De patroonverwarmer van 28 mm is soms de enige haalbare keuze voor toepassingen met hoge- hitte, zoals grote spuitgietmatrijzen of hotrunner-systemen.

Hoe u de wattdichtheid kunt afstemmen op de taak
Verschillende processen en materialen hebben verschillende hoeveelheden wattdichtheid nodig.

Bij het werken met kunststoffen en rubber, die gevoelig zijn voor degradatie, is een wattdichtheid van 10 tot 30 W/in² (ongeveer 1,5 tot 4,5 W/cm²) het beste. Wanneer de dichtheid te hoog is, kan het plastic aan het maloppervlak verbranden.

Voor het verwarmen van metalen en andere industriële materialen is een gemiddelde tot hoge dichtheid van 30 tot 50 W/in² (4,5 tot 7,5 W/cm²) prima, zolang het thermische contact goed is. Dit assortiment is perfect voor de patroonverwarmer met een grote diameter van 28 mm.

Voor gespecialiseerd gebruik dat snel moet opwarmen, zijn hoge dichtheden tot 100 W/in² (15,5 W/cm²) haalbaar, maar alleen als de pasvorm zeer strak is en onder bepaalde omstandigheden actieve koeling wordt gebruikt. De levensduur zal hoe dan ook korter zijn.

Voor de meeste industriële taken heeft een patroonverwarmer die werkt in het bereik van 5–7 W/cm² doorgaans de beste combinatie van prestaties en een lange levensduur.

Een fout die veel voorkomt
Veel mensen die machines gebruiken, denken dat het aanschaffen van een verwarming met meer watt ervoor zorgt dat de machine sneller opwarmt. Dit is slechts tot op zekere hoogte waar. Als de wattdichtheid hoger is dan wat de toepassing veilig aankan, zal het overtollige vermogen niet zo gemakkelijk in het materiaal kunnen dringen. De kachel wordt aan de binnenkant gewoon heter, waardoor hij doorbrandt zonder dat het veel langer duurt om op te warmen.

Uit ervaring blijkt dat het veel beter is om een ​​patroonverwarmer te kiezen met voldoende wattdichtheid, maar niet te veel. Gebruik vervolgens de juiste temperatuurregeling om te bepalen hoe snel de verwarming opwarmt. Als u boven de aanbevolen beperkingen voor wattdichtheid gaat, krijgt u vrijwel nooit de voordelen die u verwacht.

Hoe de Wattdichtheid te controleren
Wanneer u voor een bepaalde taak naar een patroonverwarmer kijkt, zoek dan de wattdichtheid op en kijk hoe deze zich verhoudt tot het aanbevolen bereik voor de stof die wordt verwarmd. Als het berekende cijfer voor continu gebruik meer dan 7 W/cm² bedraagt, moet u het ontwerp heroverwegen. U kunt kiezen uit:

Het 28mm formaat is vaak het antwoord op dit probleem: de heater groter maken.

Het verwarmingsgebied langer maken

Het verlagen van het ingestelde wattage

Meer dan één verwarming plaatsen om de last te spreiden

Laatste woorden
Wattdichtheid is niet alleen een theorie. Het heeft rechtstreeks invloed op hoe warm de interne onderdelen van de verwarming worden en hoe lang de verwarming meegaat. Voor veeleisende toepassingen is een verblijf in het bereik van 5–7 W/cm² een beproefde manier om het maximale uit uw levensduur te halen.

Verschillende verwarmingstaken hebben verschillende hoeveelheden warmte nodig. Een patroonverwarmer met een grote diameter van 28 mm en de juiste maat voor wattdichtheid zal beter werken dan elke andere verwarmer die niet de juiste maat heeft. Als u de tijd neemt om de wattdichtheid uit te zoeken en dubbel- te controleren voordat u een bestelling plaatst, bespaart u geld op vervangende onderdelen en uitvaltijd.