Riscaldamento ad aria e gas con riscaldatori a cartuccia
Il riscaldamento dei gas presenta sfide distinte rispetto al riscaldamento solido o liquido a causa della bassa conduttività termica e densità. I riscaldatori a cartuccia si adattano a queste applicazioni con considerazioni di progettazione specifiche che affrontano le caratteristiche uniche di trasferimento del calore dei mezzi gassosi.
Le applicazioni di convezione naturale-recinzioni, armadi, camere ambientali-si basano sul flusso guidato dalla galleggiabilità-. Le densità di watt massime diminuiscono sostanzialmente rispetto al riscaldamento solido, in genere a 5-15 W/in² a seconda della temperatura ambiente e della temperatura della guaina desiderata. Densità più elevate causano temperature eccessive della guaina poiché l'aria non può portare via il calore abbastanza rapidamente. Gli scudi riflettenti dietro i riscaldatori migliorano l'efficienza riducendo le perdite di radiazioni verso la struttura circostante.
La convezione forzata migliora notevolmente le prestazioni. La velocità dell'aria trasforma la capacità di trasferimento del calore-ogni raddoppio della velocità raddoppia circa la densità di watt consentita. I sistemi di ventilazione, il flusso canalizzato o la circolazione delle ventole consentono densità di potenza più elevate e un riscaldamento più rapido. La velocità non deve però mai scendere sotto i livelli minimi; la perdita del flusso d'aria provoca un surriscaldamento immediato anche a densità di watt moderate.
I rapporti tra temperatura della guaina e densità di watt seguono curve stabilite per varie condizioni di flusso d'aria. A 70 gradi F ambientali con convezione naturale, il raggiungimento di una temperatura della guaina di 1400 gradi F richiede circa 25 W/in². Con un flusso d'aria forzato a 500 piedi al minuto, la stessa temperatura della guaina consente 60 W/in². Queste relazioni informano le specifiche e la progettazione del sistema di sicurezza.
Le interazioni multiple con i riscaldatori richiedono considerazioni sulla spaziatura. Le cartucce posizionate a una distanza inferiore a un diametro riducono efficacemente la capacità di dissipazione del calore individuale. Si applicano fattori di declassamento-tipicamente una riduzione del 5% per spazi ravvicinati, del 15% quando sono presenti riflettori. La progettazione dell'array deve tenere conto di queste interazioni per evitare il surriscaldamento delle zone centrali.
I sistemi di sicurezza si rivelano essenziali per il riscaldamento dell’aria. Gli interruttori di controllo del flusso d'aria impediscono l'energizzazione senza flusso confermato. Gli interruttori limite di alta-temperatura forniscono una protezione indipendente dallo spegnimento. La logica-di ritardo garantisce l'instaurazione del flusso prima del riscaldamento e il flusso continuo dopo lo spegnimento per raffreddare i riscaldatori. Questi interblocchi prevengono i guasti catastrofici che si verificano quando i riscaldatori funzionano in aria stagnante.
Per i riscaldatori a cartuccia di grande-diametro, le applicazioni di riscaldamento dell'aria sfruttano la notevole superficie. I diametri maggiori forniscono una maggiore circonferenza per il trasferimento di calore dello strato limite, migliorando l’efficienza rispetto agli array di riscaldatori più piccoli. Tuttavia, il wattaggio assoluto più elevato richiede un'attenta verifica del flusso d'aria e una progettazione del sistema di sicurezza.
Le considerazioni sulla contaminazione influiscono sulle applicazioni di riscaldamento dell'aria. Il particolato nel flusso d'aria erode le superfici del riscaldatore o deposita strati isolanti. La nebbia d'olio proveniente dagli impianti di aria compressa carbonizza sulle guaine calde. Filtri e separatori a monte dei riscaldatori prolungano la durata in ambienti sporchi.
Diverse applicazioni di riscaldamento dell'aria richiedono una progettazione personalizzata basata su condizioni di flusso specifiche, requisiti di temperatura, standard di sicurezza e fattori ambientali per ottenere prestazioni affidabili di riscaldamento del gas.
