Coincidència de potència i control de temperatura per a escalfadors de cartutxos de 26 mm
Una màquina d'emmotllament per injecció fa un treball que requereix una temperatura de motlle de 250 graus. L'operador configura el controlador a 250 graus, però la temperatura real oscil·la entre 240 graus i 260 graus. Les peces surten amb variacions dimensionals. Es culpa al sistema de calefacció, però el veritable problema pot ser un desajust entre la potència del tub de calefacció elèctrica d'un capçal de gran diàmetre de 26 mm i l'ajust del controlador. La concordança de potència i l'estratègia de control adequada són essencials per a un rendiment estable de la temperatura.
La primera consideració és seleccionar la potència correcta per a l'aplicació. Massa poca potència, i el tub de calefacció elèctrica d'un sol capçal de 26 mm trigarà massa a arribar al punt de consigna. Massa potència i l'escalfador superarà la temperatura objectiu repetidament, provocant un cicle tèrmic que escurça la vida útil de l'escalfador i estressa el motlle. Una regla pràctica és dimensionar l'escalfador de manera que funcioni a un 60-80% aproximadament del seu cicle de treball màxim durant el funcionament-estacionari. Això deixa espai per a l'escalfament inicial alhora que s'evita el dur cicle que comporta els escalfadors de grans dimensions.
El càlcul de la potència requerida implica tres factors: la massa de l'objecte que s'escalfa, l'augment de temperatura desitjat i les pèrdues de calor del sistema. Per a un motlle amb una superfície important exposada a l'aire ambiental, les pèrdues per convecció poden ser substancials. És possible que un tub d'escalfament elèctric de capçal únic de 26 mm de diàmetre gran instal·lat en un motlle gran pot necessitar proporcionar el doble de potència calculada només a partir de la massa i la calor específica per superar les pèrdues contínues. Els càlculs de pèrdua de calor també haurien de tenir en compte els canals de refrigeració, els pins d'expulsió i altres funcions que actuen com a dissipadors de calor.
Un cop seleccionada la potència, el mètode de control esdevé crític. El control d'encesa-apagada (també anomenat control de bang-bang) encén completament l'escalfador del cartutx fins que la temperatura arriba al punt de consigna, i després s'apaga completament fins que la temperatura cau per sota d'una banda d'histèresi. Per a un tub de calefacció elèctric d'un capçal de gran diàmetre de 26 mm, el control d'encesa-apagat funciona de manera acceptable per a aplicacions amb una tolerància àmplia a la temperatura, com ara ±5 graus. Per a toleràncies més estrictes, el control d'encesa-apagada provoca oscil·lacions de temperatura que poden afectar la qualitat del producte.
El control de derivada-integral{{1} proporcional (PID) proporciona un rendiment més fluid. Un controlador PID redueix la potència a l'escalfador del cartutx a mesura que s'acosta el punt de consigna, en lloc d'apagar-lo completament. Aquest lliurament d'energia proporcional manté el tub de calefacció elèctric d'un capçal de 26 mm energitzat contínuament a un nivell reduït, mantenint una temperatura constant sense cicles. El control PID allarga la vida útil de l'escalfador perquè els components interns no pateixen expansió i contracció tèrmica repetides. Molts controladors moderns inclouen funcions d'ajust automàtic-que mesuren la resposta tèrmica del sistema i calculen automàticament els paràmetres PID òptims.
Per a les aplicacions que exigeixen la màxima precisió, els controladors de potència de tiristors (també coneguts com a rectificadors controlats de silici-o SCR) ofereixen un tret d'angle de fase- o un tret de ràfega. El disparament d'angle de fase-varia la potència subministrada a l'escalfador del cartutx tallant la forma d'ona de CA. Aquest mètode proporciona una resolució de control pràcticament infinita però genera soroll elèctric. Cicles de tret en ràfega de mig-cicles complets d'encesa i apagat, produint menys soroll però una mica menys de resolució. Ambdós mètodes són molt superiors als relés mecànics per controlar un tub d'escalfament elèctric de capçal únic de 26 mm de gran diàmetre.
La col·locació del sensor és un altre factor que afecta el rendiment del control. La temperatura del motlle de mesura del termopar o RTD s'ha de situar el més a prop possible de l'escalfador del cartutx sense estar directament al camí de la calor. Un sensor col·locat massa lluny de l'escalfador tindrà una resposta retardada, provocant que el controlador es superi. Un sensor col·locat massa a prop pot llegir temperatures artificialment altes a causa de la calor radiant de la funda de l'escalfador. L'experiència demostra que col·locar el sensor de temperatura a mig camí entre dos escalfadors de cartutx de 26 mm, a la mateixa profunditat que els escalfadors, proporciona la lectura més representativa.
El cablejat d'alimentació també mereix atenció. Un tub d'escalfament elèctric d'un capçal de gran diàmetre de 26 mm de 2000 watts a 240 volts porta uns 8,3 amperes. Els cables conductors del controlador a l'escalfador s'han de classificar com a mínim per a aquest corrent, amb algun marge de seguretat. Els cables de mida inferior creen una caiguda de tensió, reduint la potència realment lliurada a l'escalfador del cartutx. Aquest desajust entre la sortida del controlador i l'entrada de l'escalfador provoca una inestabilitat de temperatura frustrant. Tots els reptes de gestió tèrmica, des de l'escalfament de plats senzills fins a sistemes complexos de -zones, requereixen una integració acurada de la potència de l'escalfador, l'ajust del controlador i la col·locació del sensor per aconseguir resultats estables i repetibles.
