Un elemento riscaldante a doppio-avvolgimento in una guaina in PFA può fornire il 50% di potenza dopo un guasto di un circuito senza punti caldi locali?

Dopo l'interruzione di un circuito, un doppio-elemento riscaldante avvolto-due circuiti di resistenza separati avvolti in parallelo lungo la stessa lunghezza del riscaldatore-possono fornire il 50% della potenza. Tuttavia, il modello di avvolgimento è l’unico fattore che determina se ciò avviene in assenza di punti caldi locali. Un guasto a un singolo circuito lascia attivi tutti gli altri giri se entrambi i circuiti sono uniformemente interlacciati (spire alternate). Ciò si traduce in uno schema periodico caldo-freddo in cui la temperatura superficiale del PFA fluttua di ±15–30 gradi lungo la lunghezza, con aree calde nelle svolte attive e luoghi freddi nelle svolte fallite. Questo riscaldamento irregolare provoca depositi localizzati di calcare e stress termico. Un guasto di un circuito lascia metà del riscaldatore freddo, il che non è soddisfacente per una temperatura costante se i due circuiti sono avvolti come zone distinte (circuito A nella metà inferiore, circuito B nella metà superiore). Un riscaldatore a doppia-avvolgimento con entrambi i circuiti distribuiti equamente e ridondanza nella connessione è il miglior progetto per l'uniformità della modalità-di guasto. Ciascun circuito alimenta metà delle spire, ma le spire sono accoppiate in modo che le spire attive e quelle inattive siano una accanto all'altra anziché alternate. Anche adesso, c’è ancora una differenza di 5-10 gradi. Utilizza due riscaldatori a circuito singolo-indipendenti per le applicazioni essenziali che necessitano di una vera ridondanza senza punti caldi (vedi Articolo n. 36). Un compromesso è una doppia-ferita.

Distribuzione della temperatura a seguito di un guasto di un singolo circuito
La variazione nella distribuzione delle spire del modello di avvolgimento dopo il guasto di un circuito ΔT del punto caldo rispetto a prima del guasto è accettabile per il processo?
Intrecciati, alternati (A, B, A, B...) 50% ciascuno ±15–30 gradi lungo la lunghezzaAlle svolte attive, +20–40 gradi Marginale (rischio su scala)
In coppia (AA, BB, AA, BB)Accettabile per sensibilità bassa: due rotazioni attive combinate, seguite da due rotazioni inattive a ±10–20 gradi + 10–25 gradi
Zona (in basso A, in alto B) A nella metà inferiore, B nella metà superiore, 0 gradi nella metà guasta, normale nell'altra N/A (zona fredda) Inaccettabile
distribuito utilizzando un equalizzatore termico con manicotto in rameManicotto in rame + alternato + ±5–10 gradi + 5–15 gradi Buono
Due riscaldatori indipendenti 0 gradi (un riscaldatore spento) 0 gradi (l'altro riscaldatore compensa) Migliore (secondo l'articolo n. 85)
Imaging termico di un guasto del doppio-riscaldatore per ferite
Dopo un guasto al circuito, un riscaldatore a doppio-avvolgimento da 6 kW (giri alternati, ciascun circuito da 3 kW) che funziona a 3 kW visualizza:

Virate attive: 120 gradi in superficie (in acqua a 80 gradi)

Giri inattivi: la temperatura superficiale del fluido è di 85 gradi.

Periodicità: le bande calde e fredde sono separate da 5–10 mm.

La larghezza delle fasce riscaldate è di soli 3–4 mm.

Mentre le fasce fredde rimangono pulite, le fasce calde diventano bianche a causa dell'acqua-che forma calcare. A causa dell'accelerazione del surriscaldamento locale della bilancia, le rotazioni attive falliscono prima. In realtà, un riscaldatore con un circuito malfunzionante raramente dura più di qualche mese prima che un surriscaldamento localizzato provochi il guasto del circuito rimanente.

Distribuzione di potenza e carico sul circuito rimanente
Se un circuito è collegato in parallelo, deve portare l'intera tensione in caso di circuito aperto. P=V²/R è la sua potenza. Potenza totale prima del guasto=2 × V²/R=2circuito_P se entrambi i circuiti hanno la stessa resistenza R. Potenza=V²/R=circuito_P=50% del totale iniziale dopo il guasto. Questo è accurato. Il circuito rimanente, tuttavia, ora ha la metà delle spire attive pur funzionando alla stessa densità di watt (stesso voltaggio, resistenza e calore per giro). La generazione di calore rimane invariata nei turni attivi. Tuttavia, le svolte attive devono ora dissipare il calore che sarebbe andato alle svolte fallite. No, le svolte perse vengono semplicemente disattivate. I turni falliti non generano calore, mentre i turni attivi generano la stessa quantità di calore di prima. La quantità di calore prodotta viene dimezzata. L'eccesso di potenza non provoca il surriscaldamento locale delle spire attive. Tuttavia, poiché le spire fredde vicine non riscaldano più il fluido intermedio, la temperatura delle spire attive potrebbe aumentare leggermente. La temperatura della curva attiva aumenta di 5–15 gradi a causa del flusso di calore proveniente dalle curve attive che si diffonde lateralmente e riceve meno calore dai vicini. Questo è il punto caldo della zona.

Valutazione utile per la tua procedura
Variazione di temperatura accettabile in seguito a un guasto Il requisito del processo è la doppia-ferita appropriata? Un approccio migliore
±1 grado (farmaceutico, semiconduttori)No, due riscaldatori indipendenti più uno di riserva ±3 gradi (prodotti chimici di precisione)No, due riscaldatori diversi
±5 gradi (standard industriale)Marginale Due riscaldatori indipendenti, possibilmente con un manicotto in rame
±10 gradi (placcatura, lavaggio) Sì (alternato, con manica) Accettabile
Mancanza di regolazione della temperatura (solo ciclo di lavoro)Sì (qualsiasi modello)Accettabile
Esempio sul campo
In una linea di placcatura sono stati utilizzati riscaldatori PFA a doppio-avvolgimento con spire alternate per offrire una ridondanza di potenza del 50%. Il riscaldatore ha continuato a funzionare al 50% della potenza anche dopo il guasto di un circuito. Nelle virate attive, tuttavia, gli anelli della scala bianca erano causati dalle bande calde (15 gradi sopra la norma). Dopo tre mesi, il circuito rimanente collassò a causa del peggioramento del trasferimento di calore degli anelli della scala. Invece di utilizzare un unico riscaldatore a doppio avvolgimento da 6 kW, l'impianto è passato a due riscaldatori indipendenti da 3 kW. La temperatura del bagno è scesa da 90 gradi a 85 gradi dopo il guasto di un riscaldatore, ma la qualità della placcatura era ancora soddisfacente. Durante la manutenzione programmata è stato sostituito il riscaldatore malfunzionante. Non c'erano bande di temperatura. L'impianto è giunto alla conclusione che non esistevano punti caldi e che due riscaldatori indipendenti fornivano una vera ridondanza.

In conclusione, Dual-Wound genera punti caldi ma offre il 50% di potenza.
Una doppia-ferita Quando un circuito si rompe, un riscaldatore PFA con due circuiti paralleli può ancora fornire il 50% della sua potenza. Tuttavia, finché non viene inserito un equalizzatore termico (manicotto in rame), le restanti spire attive producono bande calde periodiche (fluttuazione di ±15–30 gradi). Questa temperatura irregolare provoca incrostazioni localizzate, stress termico e infine il guasto del circuito rimanente. La doppia-avvolgimento può essere adatta per processi che possono resistere a variazioni di ±10 gradi. Utilizza due diversi riscaldatori a circuito singolo-per un controllo accurato della temperatura. La doppia-ferita non è una vera soluzione di ridondanza; si tratta piuttosto di un compromesso-salvaspazio. Investi lo spazio aggiuntivo in due riscaldatori se il tempo di attività è fondamentale. La tua manutenzione sarà più semplice e la tua procedura sarà più coerente. Le hot band non sono innocue. Falliscono, si incrinano e si ridimensionano. Tenere i riscaldatori separati lontani da essi.