Por que uma placa de aquecimento de PTFE usa mais energia enquanto aquece mais lentamente?

Por vezes, os sistemas de aquecimento industrial apresentam um padrão perturbador: o custo da energia aumenta, mas demora mais tempo a atingir a temperatura desejada. As leituras dos medidores sugerem que está sendo usada mais energia, mas a quantidade de produção está diminuindo. A placa de aquecimento de PTFE não parece estar enviando calor utilizável para a carga; em vez disso, parece estar enviando energia para outro lugar.

Esta combinação de maior utilização de energia e aquecimento mais lento é um sinal de alerta significativo para as empresas que pretendem limitar custos e regular a utilização de energia. Para que as coisas voltem ao normal, você precisa saber para onde a energia está fluindo e por que a eficiência térmica diminuiu.

Como tornar os sistemas de aquecimento mais eficientes em termos energéticos
Um sistema de aquecimento que funciona corretamente transforma energia elétrica em energia térmica e a envia para a carga certa de forma eficiente. A eficiência térmica informa quanto da energia que você investe realmente faz um trabalho benéfico em vez de ser desperdiçada.

A maior parte do calor produzido por uma placa de aquecimento vai para o material ou superfície do processo quando ela funciona bem. Quando as coisas não estão funcionando bem, mais energia escapa por condução, convecção ou radiação antes de poder ser usada para aquecer o processo. Por causa disso, o uso de energia aumenta e o fornecimento de calor útil diminui.

O principal problema não é que o elemento de aquecimento consuma mais eletricidade imediatamente. Em vez disso, ele pode funcionar por mais tempo ou consumir mais energia, em média, para compensar o fato de não transferir calor também.

Mau contato térmico e como isso afeta tudo
Uma das razões mais comuns para a queda na eficiência térmica é quando a placa de aquecimento de PTFE e a superfície que está sendo aquecida não fazem um bom contato térmico. Pequenas lacunas de ar podem surgir à medida que o nivelamento da superfície muda, a pressão de montagem relaxa ou os materiais de interface quebram.

O ar não transporta bem o calor. Mesmo pequenas lacunas no material tornam muito mais difícil a passagem do calor. A temperatura da placa aumenta mais rapidamente do que a temperatura da carga quando o fluxo de calor na carga é limitado. O controlador detecta que não está sendo fornecido calor suficiente e continua fornecendo eletricidade por mais tempo.

Na verdade, a placa de aquecimento fica mais quente e por mais tempo, o que significa que usa mais energia para fornecer a mesma quantidade de calor para a operação. A energia não é completamente desperdiçada; cada vez mais está indo para o ar ao seu redor, em vez do material para o qual deveria ir.

Na verdade, restaurar a pressão de montagem correta ou adicionar novo material de interface térmica muitas vezes faz uma grande diferença na rapidez e na quantidade de energia usada para aquecer algo.

Perda de calor e danos ao isolamento
O isolamento traseiro é muito importante para garantir que o calor vá para o lado do processo em vez de escapar para o ambiente. Com o tempo, os materiais de isolamento podem quebrar devido a danos causados ​​por peças móveis, absorção de água, compressão ou exposição a produtos químicos.

Quando o isolamento perde a sua eficácia, a perda de calor por condução e convecção aumenta. Então, a placa de aquecimento precisa produzir mais energia apenas para manter a mesma temperatura da superfície.

Uma placa com isolamento traseiro ruim pode precisar de 20% mais energia para manter o mesmo ponto de ajuste. Em certas situações, os dados de temperatura da superfície por si só podem não mostrar o problema imediatamente, uma vez que o controlador compensa aumentando o ciclo de trabalho.

A imagem térmica muitas vezes torna esta doença bastante clara. Se a superfície traseira ou a estrutura de montagem estiver mais quente que o normal, significa que o calor está escapando para onde não deveria.

Configurações do controlador e como ele funciona
A maneira como você controla as coisas também afeta a quantidade de energia que você usa. Se a sintonia proporcional-integral-derivativa (PID) estiver errada, os pontos de ajuste estiverem muito altos ou o overshoot for muito alto, o controlador fará o ciclo de forma ineficiente.

Se o controlador continuar ultrapassando a temperatura alvo e desligar repentinamente a energia, a energia será desperdiçada durante a fase de ultrapassagem. O sistema então esfria demais antes de começar a aquecer novamente, o que faz com que a temperatura suba e desça continuamente. Essa tendência faz com que o uso médio de energia aumente e demore mais para aquecer.

Uma pista comum de que algo está errado é que o controlador continua girando. Ciclos de ativação e desativação curtos e rápidos costumam ser um sinal de que é difícil manter o ponto de ajuste devido à má transmissão de calor ou a problemas com o ajuste do controle.

Verificar as configurações do controlador e otimizar o ajuste para modulação estável em vez de correção forçada pode melhorar a estabilidade e a eficiência térmica.

Verificando o desempenho e medindo a potência
Para descobrir porque é que o consumo de energia é demasiado elevado, é necessário monitorizar a energia de uma forma imparcial. Você pode comparar o uso real e o projetado instalando um analisador de energia ou observando os dados do medidor de eletricidade em configurações de estado-estacionário.

A potência medida deve estar dentro de uma faixa razoável daquela que o aquecedor está classificado para usar. Grandes diferenças podem significar que a tensão está desequilibrada, a conexão está muito fraca ou o elemento está começando a quebrar.

O uso total de energia durante um ciclo de aquecimento fornece uma melhor indicação de eficiência do que apenas a potência momentânea. Se o tempo de aquecimento aumentar muito, mas a carga do processo não aumentar na mesma proporção, é provável que as perdas do sistema estejam aumentando.

Ao comparar dados de desempenho anteriores com leituras atuais, você poderá observar frequentemente uma queda lenta na eficiência que nem sempre é clara no uso diário-a-.

Mudanças no ambiente e na carga
Existem também influências externas que afetam a eficiência de algo. Mais fluxo de ar, temperaturas ambientes mais frias ou mudanças na massa da carga podem significar que é necessária mais energia. Porém, se as condições ambientais permanecerem as mesmas e o uso de energia aumentar, deve-se suspeitar de danos mecânicos ou térmicos.

Mudanças de carga necessitam de cuidados especiais. É necessária mais energia para aquecer materiais mais pesados ​​ou mais densos. Parte de uma boa gestão de energia é saber a diferença entre a demanda real do processo e as perdas que poderiam ter sido evitadas.

Trazendo de volta a eficiência térmica
Para corrigir a perda de eficiência, é necessário verificar sistematicamente o contato térmico, o estado do isolamento, os parâmetros de controle e a integridade elétrica. Algumas ações corretivas são apertar o hardware de montagem, substituir materiais de interface, atualizar o isolamento, recalibrar sensores ou reajustar controladores.

Uma vez fixados os caminhos para a transferência de calor e as perdas reduzidas ao mínimo, o consumo de energia deverá diminuir. O tempo de aquecimento geralmente melhora ao mesmo tempo, porque mais energia vai diretamente para a carga.

Não é comum que o consumo de energia aumente e o aquecimento diminua ao mesmo tempo. Isso significa que parte da entrada elétrica não está mais realizando um trabalho valioso. Encontrar problemas antecipadamente economiza dinheiro em custos operacionais e evita que as peças do sistema fiquem muito quentes.

A eficiência térmica-de longo prazo pode ser mantida com manutenção regular, inspeções e monitoramento de desempenho. Quando a eficiência voltar ao normal, a próxima coisa importante a se pensar é o tamanho correto da potência. Isto significa certificar-se de que a placa de aquecimento não é demasiado pequena ou demasiado grande para o seu trabalho, para que aqueça rapidamente e ainda utilize energia de uma forma que seja boa para o ambiente.