Infračervené základy-IR topná zařízení a infračervené pece od PROTHERM, LLC

infračervené základy

materiál zde je reprodukován se svolením divize infračerveného zařízení asociace průmyslových topných zařízení z „Infrared process Heating Handbook for Industrial Applications“, Copyright c 2005. Všechna práva vyhrazena. Chcete-li zakoupit kopii příručky IR, navštivte web IHEA: www.ihea.org a klikněte na knihkupectví.

co je infračervené?

porovnání infračerveného záření s jinými metodami přenosu tepla vám pomůže pochopit metodu infračerveného ohřevu. Veškeré teplo se přenáší jedním ze tří způsobů:

  • vodivé vytápění je přenos tepla fyzickým kontaktem mezi zdrojem tepla a ohřívaným předmětem.
  • konvekční ohřev je přenos tepla pomocí ohřátého vzduchu jako přenosového média mezi zdrojem tepla a ohřívaným objektem
  • radiační ohřev je přenos tepla pomocí neviditelných elektromagnetických vln energie ze zdroje tepla do objektu, který má být ohříván.

infračervené záření je jedním z několika způsobů, jak dosáhnout radiačního ohřevu spolu s ultrafialovým zářením, mikrovlnnou troubou, radiofrekvencí a indukcí. Tato příručka se zabývá pouze infračerveným ohřevem, a proto budeme používat pojmy sálavé a infračervené zaměnitelně.

jedna z prvních forem přenosu tepla, se kterou se každý z nás setkává, je sálavá. Sluneční paprsek, který nás ohřívá, je sálavé teplo.. Sálavá energie není absorbována vzduchem a ve skutečnosti se nestává teplem, dokud ji objekt neabsorbuje. Zatímco sálavá energie se obecně projevuje jako teplo, je to proto, že vibruje a otáčí atomy v absorbujícím objektu, což má za následek zvýšení teploty tohoto objektu. Sálavá energie se však může projevit také jako chemická změna absorbujícího objektu (polymerace) nebo odpařování vody nebo rozpouštědel (sušení).

Stefan-Boltzmanův zákonjak vzniká infračervené záření?

každý objekt s teplotou nad absolutní nulou emituje infračervenou energii. Je to proto, že v každém objektu existuje měřené množství tepla, takže každý objekt má schopnost vyzařovat teplo ze sebe. Objekt, který vyzařuje teplo, se nazývá emitující zdroj a objekt, ke kterému vyzařuje teplo, s menším obsahem tepla, se nazývá cíl.

existuje několik fyzikálních zákonů, které vysvětlují vlastnosti infračerveného záření. Stefan-Boltzmanův zákon záření uvádí, že jak se zvyšuje teplota zdroje tepla, sálavý výkon se zvyšuje na čtvrtou sílu jeho teploty. Složky vedení a konvekce se zvyšují pouze v přímém poměru se změnou teploty. Jinými slovy, jak se zvyšuje teplota zdroje tepla, je mnohem větší procento celkového energetického výkonu přeměněno na sálavou energii.

pro účely této příručky se budeme zabývat pouze těmi zdroji infračerveného tepla používanými v průmyslových aplikacích vytápění. To obecně znamená dívat se na emitující teploty zdroje v rozmezí od 500 stupňů Fahrenheita do 4 200 stupňů Fahrenheita. (Tyto teploty nelze zaměňovat s teplotami nastavené teploty trouby nebo jinými teplotními požadavky souvisejícími s vaším výrobkem nebo procesem). Jak se teplota emitujícího zdroje pohybuje od 500 stupňů do 4 200 stupňů, zářivý výkon se zvyšuje s odpovídajícím zvýšením maximální vlnové délky. V každém teplotním bodě existuje jedinečná sada charakteristik vlnových délek a špičkových vlnových délek. Další soubor fyzikálních zákonů nám pomáhá pochopit tento vztah. Použitím Planckova zákona a Wienova zákona je možné vypočítat jak distribuci vlnové délky (spektrální distribuce), tak špičkové vlnové délky daného emitoru, pracující při dané teplotě.

charakteristika infračerveného záření

infračervené vytápění je přenos tepelné energie ve formě elektromagnetických vln. Souvisí s viditelným světlem a jinými formami elektromagnetické energie zobrazenými v elektromagnetickém spektru níže. Infračervená část tohoto spektra byla rozšířena, aby ukázala, že můžeme dále rozdělit infračervené záření na dlouhé vlny, střední vlny a krátké vlny.

 charakteristika infračerveného záření-graf
elektromagnetické spektrum popisuje různé typy elektromagnetické energie založené na vlnové délce.

popisem infračerveného emitoru jako dlouhé vlny, střední vlny nebo krátké vlny lze rychle určit přibližný teplotní rozsah, který emitor pracuje, a také přibližný rozsah vlnových délek měřený v mikronech. Vzhledem k tomu, že teplota zdroje určuje vlnové charakteristiky tohoto zdroje, může být vrcholová vlnová délka daného emitoru řízena pouze změnou teploty emitoru. Všechny zářiče lze nastavit na vlnovou délku jednoduše úpravou jejich teplot. Ne všechny zářiče jsou však navrženy tak, aby dosáhly úplného spektra dlouhé, střední a krátké vlnové délky.

existují některé aplikace pro tepelné zpracování, které jsou spíše odpouštějící a budou pracovat s infračerveným zářením s dlouhou, střední nebo krátkou vlnovou délkou. Na druhé straně existují aplikace, kde je důležité zvolit emitor tak, aby jeho distribuce vlnové délky a špičková vlnová délka odpovídaly absorpčním, reflexním a přenosovým charakteristikám povlaku nebo substrátu. V těchto procesech, výběr správné vlnové délky může mít obrovský rozdíl v celkové účinnosti a rychlosti procesu, a může dokonce určit, zda proces funguje nebo ne.

spektrální charakteristiky infračerveného záření
existuje mnoho faktorů, které určují, zda má substrát nebo povlak schopnost zahřívat se při aplikaci infračervené energie. Nejprve pochopte, že infračervená energie je absorbována, odražena nebo přenášena. Aby byl objekt ohříván infračerveným zářením, musí být absorbována určitá část infračervené energie z emitujícího zdroje. Jakmile je energie absorbována, teplo generované na povrchu putuje do materiálu vedením.

infračervený zdroj

faktory, které popisují chování infračerveného záření, se označují jako spektrální charakteristiky. Vysvětlují, do jaké míry se infračervené záření odráží nebo absorbuje v různých materiálech. Pro všechny topné aplikace, přizpůsobení infračerveného výstupu absorpčnímu spektru vytvoří proces ohřevu, který je účinný a energeticky účinný.
Appoximální Emisivita kovůvztah mezi odrazivostí a absorpcí se nazývá emisivita. Pro všechny materiály již byla vyvinuta stupnice emisivity s číselnou hodnotou od 0 do 1. Dokonalý absorbér infračerveného záření bude mít hodnotu emisivity 1 a nazývá se absorbér černého těla. Na druhém konci stupnice bude mít dokonalý infračervený reflektor hodnotu emisivity 0. Ačkoli emisivita se může lišit v závislosti na tloušťce, teplotě a vlnové délce, emisivita je obecně aproximována konstantní hodnotou. Tuto hodnotu najdete pro mnoho běžných materiálů v tabulkách emisivity, které najdete v mnoha technických příručkách. Krátký seznam hodnot emisivity pro některé z běžnějších materiálů používaných v průmyslových procesech je uveden v tabulce vpravo.
dalším hlediskem pro infračervené aplikace je citlivost barev, která popisuje roli barvy při určování absorpce a odrazivosti infračerveného záření. To může být problém s vysoce reflexními barvami, jako je stříbro nebo chrom, a musí být zváženo s některými bílými a žlutými barvami, protože mají tendenci se zbarvit, pokud jsou přehřáté. Citlivost barev je výraznější při vyšších teplotách emitoru. Z tohoto důvodu jsou krátkovlnné zářiče nejvíce citlivé na barvu a zářiče s dlouhou vlnovou délkou jsou nejméně citlivé na barvu. V mnoha průmyslových procesech způsobuje citlivost barev u emitorů středních a dlouhých vlnových délek tak malou změnu teploty, že je zanedbatelná.

rozdíly v absorpci mohou být dokonce Různé pro stejnou barvu v závislosti na tom, zda je povrch lesklý, saténový nebo plochý. Při aplikaci infračerveného tepla je třeba vzít v úvahu barvu i povrchové vlastnosti materiálu. Pro dosažení nejlepších výsledků by měl být testován rozsah teplot ohřívače, aby se dosáhlo nejlepších absorpčních charakteristik na podezřelých barvách.

Časté dotazy

potřebuje infračervené vidění k vytvrzení nebo zahřívání produktů?
typicky infračervené potřebuje zorné pole k vyléčení nebo ohřevu produktů, ale pokud začleníte správné ohřívače a správnou konfiguraci ohřívače spolu se správnou kontrolou, můžete tuto překážku překonat. Renomovaná infračervená společnost by vám měla být schopna říci prostřednictvím zkušeností nebo testování, zda lze vaši část zahřát.

jaký je nejlepší způsob ovládání infračerveného záření?
proces ohřevu, typ použitých ohřívačů a část obvykle určují, jaký typ řídicího systému by měl být použit. Ovládání ohřívačů lze provést pomocí jednoduchých regulátorů teploty k plnému řízení PLC. Navíc můžete použít termočlánky v ohřívačích nebo bezkontaktní termočlánky pro velmi přesné ovládání. Důrazně doporučujeme použít řízení výkonu SCR nebo lineární tok napětí do ohřívačů.

jsou infračervené pece levnější než konvekce?
existuje mnoho proměnných, které určují, zda bude vaše infračervená trouba levnější. Ve většině případů, pokud jsou správné ohřívače spolu se správným designem trouby začleněny do procesu ohřevu, ušetříte peníze. Většina infračervených společností má zkušenosti s prací s inženýrskými společnostmi a měla by být schopna odhadnout vaše provozní náklady.

je jedna vlnová délka infračerveného záření lepší než druhá pro konkrétní produkty?
všechny výrobky mají specifický rozsah tepla, který absorbují teplo a v závislosti na typu produktu, materiálu, povlaku a rychlosti procesu vašeho produktu nebo povlaku může být nutné zjistit, který typ zdroje tepla funguje nejlépe. V snad 95% všech aplikací střední délky vlny ohřívače jsou nejlépe využity.

jaké jsou různé infračervené vlnové délky?
krátká odpověď na tuto otázku je krátká vlna, střední vlna a dlouhá vlna, ale pokud odkazujete na naši sekci Základy infračerveného záření na našich webových stránkách, dělá velmi dobrou práci při vysvětlování infračerveného záření, protože se týká elektromagnetického spektra. Mějte na paměti, že při dané vlnové délce máte pevnou teplotu. Délka vlny se rovná teplotě.

Jak zjistím, zda mám středně vlnové nebo krátkovlnné ohřívače?
nejrychlejší způsob, jak zjistit, které máte, je při pohledu na barvu, kterou váš ohřívač vyzařuje. Z bezpečné vzdálenosti si prohlédněte svůj ohřívač a pokud je to matná až jasně oranžová barva, pak je to pravděpodobně střední vlna, ale může to být také dlouhá vlna. Pokud je váš ohřívač (což je obvykle křemenná trubice) jasně bílý, pak je krátkovlnný nebo může být také UV.

jaký je rozdíl mezi krátkovlnnými, halogenovými a T3 kvartovými trubicemi?
nic! Tyto různé názvy byly použity různými společnostmi, aby odpovídaly marketingové strategii, kterou používají. Mohly by existovat určité rozdíly v konstrukci každé z těchto křemenných trubek, ale všechny produkují teplo v krátké vlnové délce při typicky kolem 100 wattů na lineární palec.

Napsat komentář

Vaše e-mailová adresa nebude zveřejněna.