O nas
Promienniki
Termoterapia
Lampy
Promienniki ceramiczne i kwarcowe
Farby termiczne
Udział w targach
Nasi partnerzy

Nowości

 

 

Zawartość tej strony wymaga nowszej wersji programu Adobe Flash Player.

Pobierz odtwarzacz Adobe Flash




baner_01.jpg

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Wiadomości techniczne - w procesach przemysłowych (część 1)

część I
część II
część III

Informacje Techniczne

 

Ogrzewanie promieniowaniem podczerwonym - Teoria i Zasady

 

Teoria

 

Energia podczerwieni to energia promieniowania, która przemieszcza się przez przestrzeń w formie fal elekromagnetycznych (Rys. 1). Podobnie jak światło, można ją odbijać i skupiać. Nie jest zależna od powietrza, jeśli chodzi o jej przesyłanie i przekształca się w ciepło w chwili absorpcji przez obiekt roboczy.


Rysunek 1

The electromagnetic spectrum - Spektrum elelkromagnetyczne

Ultra violet - Ultrafiolet

Infrared - podczerwień

Radio waves - fale radiowe

Wavelength in microns - Długość fali w mikronach

 

Ogrzewanie tą metodą jest często błędnie stosowane, a jego wymogi osiągów niedoceniane, z powodu braku zrozumienia podstawowych zasad promiennikowego przekazu ciepła. Kiedy energia ze źródła pada na przedmiot lub obiekt roboczy, nie cała energia jest absorbowana. Część energii może być odbita lub przekazana. Energia, która jest odbita lub przekazana nie ogrzewa bezpośrednio obiektu roboczego i może być całkowicie stracona w procesie (Rysunek 2).

Rysunek 2

Infrared energy - Energia podczerwieni

Reflected energy - energia odbita

Absorbed - zaabsorbowana

Work product - Materiał poddany obróbce

Transmitted energy - energia przekazana

 

Informacje Techniczne

 

Teoria i Zasady

 

Innym ważnym czynnikiem, który należy rozważyć podczas oszacowywania zastosowań technologii infrared jest to, że ilość energii zaabsorbowanej, odbitej lub przekazanej różni się w zależności od długości fali energii i w zależności od materiałów i powierzchni, na którą pada. Te i inne ważne zmienne mają znaczny wpływ na wymagania i działanie energii cieplnej.

Emitery podczerwieni i temperatury źródła - Ilość energii promiennikowej wypromieniowanej ze źródła ciepła jest proporcjonalna do temperatury i emisyjności materiału. Jest to opisane przez prawo Stefana-Boltzmana, które stanowi, że energia emitowana przez ciało doskonale czarne jest proporcjonalna do czwartej potęgi jego całkowitej temperatury. Im wyższa temperatura, tym wyższy jest moc emisji i bardziej wydajne jest źródło.

Emisyjność i doskonałe źródło infrared - Zdolność powierzchni do emitowania promieniowania jest określana przez termin emisyjność lub współczynnik emisji. Tego samego terminu używa się do określenia zdolności powierzchni do absorbowania radiacji. Doskonałe źródło podczerwieni byłoby zdolne do emisji lub zaabsorbowania 100% całej energii. Ten ideał określa się jako "doskonałe" czarne ciało o emisyjności całkowitej lub równej 1.0. Rozkład widmowy doskonałego emitera zamieszczono poniżej.


Rozkład widmowy ciała czarnego przy różnych temperaturach

Radiant Energy - Energia promieniowania

Wavelength (Microns) - Długość fali (Mikrony)

Peak wavelength - Wartość długości fali odpowiadająca maksimum energii

Wien Displacement Curve - Krzywa przesunięć Wiena

1400°F - 760°C

1200°F - 649°C

1000°F - 538°C

800°F - 427°C

400°F - 204°C

Uwaga - Wraz ze wzrostem temperatury, wydajność szczytowa źródła przesuwa się w lewą stronę spektrum elektromagnetycznego z większym odsetkiem mocy wyjściowej w bliskim przedziale infraczerwieni. To zjawisko określa się mianem krzywej przesunięć Wiena i stanowi ono ważny czynnik w doborze sprzętu.

 

Informacje Techniczne

 

Teoria i Zasady

 

Emisyjność - W praktyce większość materiałów i powierzchni to "ciała szare" o współczynniku emisyjności lub absorpcji mniejszym niż 1,0. W zastosowaniach praktycznych można przyjąć, że niskowydajny emiter zwykle jest niskowydajnym absorberem. Na przykład, wypolerowane aluminium ma emisyjność 0,04 i jest bardzo nisko wydajnym emiterem. Bardzo dobrze odbija ono promienie i ciężko ten materiał ogrzać. Jeśli powierzchnię aluminium pokryje się emalią, jej emisyjność wzrasta do 0,85-0,91 i można je z łatwością nagrzać energią infraczerwieni. W Tabeli 1. podano emisyjność niektórych powszechnie spotykanych materiałów i powierzchni.

 

Absorpcja - Kiedy energia podczerwieni przekształci się w ciepło w kontakcie z powierzchnią, ciepło przemieszcza się po obiekcie roboczym poprzez przewodność. Materiały takie, jak metale, mają wysoką przewodność cieplną i szybko przekażą ciepło równomiernie po całej swej objętości. W przeciwieństwie do nich, plastiki, drewno i inne materiały mają niską przewodność cieplną, a ich powierzchnie mogą osiągać wysokie temperatury na długo przed tym, jak temperatura wewnętrzna wzrośnie dostrzegalnie. Może to być zaletą podczas używania ogrzewania tą metodą do suszenia farby, konserwowania/utwardzania powłok lub odparowywania rozpuszczalników na substratach niemetalowych.

 

Współczynnik odbicia - Materiały o niskiej emisyjności często są dobrymi reflektorami. Wypolerowane złoto, o emisyjności 0,018, jest świetnym reflektorem infraczerwieni, który nie łatwo się utlenia. Wypolerowane aluminium, o emisyjności 0,04, jest drugim w kolei świetnym wyborem. Jednakże, kiedy powierzchnia dowolnego metalu zaczyna się utleniać lub gromadzić brud, jego emisyjność wzrasta i jego efektywność jako reflektora spada.

 

Tabela 1 - Przybliżone emisyjności

Przesyłanie - Większość materiałów, z wyjątkiem szkła i niektórych plastików, jest nieprzenikliwa dla infraczerwieni i energia jest albo absorbowana, albo odbijana. Straty w przekazie zazwyczaj można pominąć. Kilka materiałów, takich jak szkło, przezroczyste folie plastikowe i materiały otwarte mogą przesyłać znaczną część padającego na nie promieniowania i w ich wypadku należy szczególnie ostrożnie oceniać zastosowanie technologii infrared.

 

Kontrolowanie strat energii - Wyłącznie energia zaabsorbowana jest użyteczna w ogrzewaniu obiektu roboczego. Stosując infraczerwień poza pomieszczeniami zamkniętymi, należy się liczyć z ogromnymi stratami spowodowanymi odbiciem i radiestezją. Zamknięcie obiektu roboczego w piecu lub tunelu ze ścianami o wysokim współczynniku odbicia spowoduje, że energia odbita i odpromieniowana zostanie na powrót odbita na obiekt roboczy, w końcu przekształcając większość pierwotnej energii podczerwieni w ciepło w zetknięciu się z obiektem roboczym.

 

Informacje Techniczne

 

Oceny źródła

 

Powszechnie dostępne źródła obejmują lampy grzejne (bańki), lampy kwarcowe (wysokotemperaturowe), rury kwarcowe (średniotemperaturowe) , w osłonie metalowej, elementy ceramiczne i panele ceramiczne, szklane lub metalowe. Każde z tych źródeł ma inną charakterystykę fizyczną, zakresy temperatur działania i szczytowe wartości długości fal. (Patrz zestawienie charakterystyk poniżej.)

Temperatura źródła i rozkład długości fal - Wszystkie źródła ciepła emitują infraczerwień w szerokim spektrum długości fal. Przy dowolnym źródle, wraz ze wzrostem długości fali:

1. Wzrasta całkowita moc wyjściowa podczerwieni i przy wszystkich długościach fali zostaje wyemitowane więcej energii.

2. Wzrasta odsetek infraczerwieni skupionej w szczytowych długościach fali.

3. Wydajność szczytowa źródła przesuwa się w kierunku krótszych (bliższych podczerwieni) długości fali.

Długości fali, dla której przypada max. energii promieniowania, można określić za pomocą prawa przesunięć Wiena :

 

Absorpcja przez materiały obiektu roboczego w zastosowaniach - Podczas gdy większość materiałów absorbuje długie (dalekie) fale infraczerwieni równomiernie, wiele materiałów selektywnie absorbuje krótką (bliską) wiązkę promieniowania elektromagnetycznego w pasmach. W zastosowaniu ogrzewania zaleca się dobór źródła o długości fali wydajności szczytowej najlepiej odpowiadającej pasmu absorpcji wybiórczej ocieplanego materiału. Jeśli się zna główne długości fali absorpcji ocieplanego materiału, korzystając z poniższego wykresu, można dobrać najskuteczniejsze źródło ciepła. Względny odsetek energii emitowanej przez określone źródło i znajdujący się w określonym zakresie długości fal można odczytać z wykresu.

 

Przykład - Wiadomo, że materiały plastikowe mają wysokie współczynniki absorpcji infraczerwieni przy długości fal pomiędzy 3 i 4 mikronami. Należy dobrać źródło zapewniające najskuteczniejszą wydolność grzewczą plastików w przedziale 3 do 4 mikronów.

 

Informacje Techniczne

 

Ogrzewanie promieniowaniem podczerwonym - Oceny źródła

 

1. Odnaleźć na dole wykresu wartości 3 i 4 mikronów, a następnie odczytać odpowiadające im punkty na krzywej wybranego elementu grzejnego (w tym wypadku użyć danych dla elementów w osłonie metalowej przy 760°C).

2. Od tych punktów przesunąć się w lewo, aby odczytać odpowiadające im odsetki (29 i 51%).

3. Różnica pomiędzy tymi dwiema wartościami (22%) jest odsetkiem energii infraczerwieni emitowanej przez dany element w ustalonych granicach długości fali.

4. Ażeby otrzymać najwyższy odsetek energii emitowanej przez dany element w zadanym paśmie długości fal, należy pomnożyć odsetek z punktu 3. powyżej przez sprawność przetwarzania danego elementu (tabela porównania 56% x 22% = 12,2%).

 

W tym przykładzie źródło o wysokiej temperaturze (lampa kwarcowa 2204°C) z wartością szczytową w zakresie 1,16 mikrona, mimo iż odznacza się wyższą sprawnością przetwarzania energii, nie byłoby tak skuteczne, jak grzejniki kryte metalem lub panelowe o niższej temperaturze, których wartość szczytowa przypada na przedział 2,8 do 3,6 mikrona. Rury kwarcowe (871°C) zapewniłyby podobne wartości szczytowe długości fal.

 

 

% Radiant Energy Below Wavelength - % Energii promieniowania poniżej długości fali

Wavelength - Microns - Długość fali - mikrony

Temperature (T) degrees F = Radiation Peaks - Temperatury (T) w stopniach Celsjusza = Szczytowe wartości promieniowania

 

3900°F - 2149°C

2150°F - 1177°C

1400°F - 760°C

1000°F - 538°C

740°F - 393°C

550°F - 288°C

410°F - 210°C

310°F - 154°C]

 

Informacje Techniczne

 

Oceny źródła

 

Percentage Increment of Radiant Energy Falling Below any Wavelenght for a Black Body at Temperature T - Wzrost procentowy energii promieniowania znajdującej się poniżej jakichkolwiek długości fal dla ciała czarnego w danej temperaturze T

A - temperatura źródła 2204°C

B - temperatura źródła 871°C

C - temperatura źródła 760°C

D - temperatura źródła 538°C

 

Charakterystyka dostępnych w handlu podczerwonych źródeł ciepła

 

Informacje Techniczne

 

Zastosowania procesu

 

Parametry zastosowań

 

Typowe zastosowania procesu ocieplania promieniowaniem obejmują konserwowanie/utwardzanie lub wypalanie/suszenie (proszków, farb, żywic epoksydowych, klejów, spoiw, lepiszczy itp.), suszenie/osuszanie (wody, rozpuszczalników, atramentów, tuszy, farb drukarskich, klejów, spoiw, lepiszczy itp.) oraz ogrzewanie przemysłowe (wstępne, lutowanie, pasowanie skurczowe (wtłaczanie na gorąco), kształtowanie, formowanie, żelowanie, zmiękczanie (wyżarzanie zmiękczające i inkubowanie). Poniżej znajdują się ogólne wytyczne, które można zastosować przy ocenianiu i rozwiązywaniu większości problemów z ocieplaniem promieniowaniem. Niestety, proces ten jest wszechstronny, a jego zastosowania mogą być tak różne, że niemożliwe jest wypisać rozwiązania wszystkich mogących się pojawić problemów.

 

Na tej i kolejnych stronach omawiane są główne czynniki z tej listy:

1. Rodzaj ogrzewanego produktu

2. Wymiary fizyczne i waga/ilość

3. Pokrycie powierzchni lub rozpuszczalniki (jeśli występują)

4. Charakterystyka absorpcji infraczerwieni

5. Prędkość wytwarzania (kg/h, ilość/h itp.)

6. Sposób obrabiania obiektu podczas ocieplania (ciągły, seriami lub inny)

7. Czas reagowania elementu (jeśli jest ważny)

8. Wymogi poziomu mocy w W/m2 w oparciu o stosunek czas/temperatura (jeśli jest znany)

9. Początkowa temperatura pracy

10. Końcowa temperatura pracy

11. Wentylacja (jeśli występuje lub jest wymagana)

12. Dostępne źródła mocy

13. Ograniczenia przestrzenne (ilość dostępnego miejsca)

 

Charakterystyka absorpcji infraczerwieni - Jak poprzednio omówiono, wiele materiałów, szczególnie plastiki, absorbują promieniowanie podczerwone selektywnie. W poniższej tabeli umieszczono informacje o niektórych często spotykanych materiałach plastikowych i zalecanych temperatur źródła w zastosowaniach kształtowania termicznego.

 

część II

Drewart-Energy Sp. z o.o. Copyright (c) 2005-2014