Hi ha una idea errònia freqüent en la calefacció industrial que més potència sempre equival a un millor rendiment. Una màquina funciona una mica endarrerida, de manera que la temptació natural és augmentar la configuració de la temperatura o substituir una unitat existent per un model de -potència més gran per aconseguir temps d'escalfament-més ràpids. A primera vista, aquesta lògica sembla sòlida. Tanmateix, aquest enfocament pot resultar contraproduent de manera espectacular si s'ignora una mètrica crítica: la densitat de watts.
La densitat de watts, sovint expressada en watts per polzada quadrada (W/in²) o watts per centímetre quadrat (W/cm²), es refereix a la velocitat a la qual l'energia tèrmica flueix des de la superfície de l'escalfador del cartutx cap al material circumdant. És una mesura de concentració, no només de poder total. Dos escalfadors de cartutxos poden tenir exactament la mateixa potència total però densitats de watts dràsticament diferents segons les seves dimensions físiques. Un escalfador curt i gruixut amb gran potència tindrà una densitat superficial molt alta, el que significa que la seva funda s'escalfa intensament en una àrea petita. Si l'escalfador s'insereix en un material que no pot absorbir la calor prou ràpidament-com ara l'aire estancat, un fluid viscós o un forat mal ajustat-, la calor no té on anar. Aleshores, la temperatura de la funda es dispara, superant amb escreix els límits de disseny dels components interns, i en breu es produeix una fallada.
Aquí és on l'elecció del material de la funda es creua directament amb els càlculs de densitat. Incoloy840 permet densitats superficials més altes que els acers inoxidables estàndard perquè pot suportar temperatures elevades de la coberta sense oxidar-se o escalar ràpidament. La capa d'òxid protectora de l'aliatge compra un temps valuós de l'escalfador i un espai tèrmic. Però fins i tot aquest material avançat té límits absoluts. Per exemple, quan s'escalfa un motlle d'injecció de plàstic, la densitat de watts s'ha de calcular acuradament perquè la calor es pugui transferir a l'acer circumdant tan ràpid com es genera. Si la densitat és massa alta per a la conductivitat tèrmica del material del motlle, l'escalfador crea un "punt calent" localitzat al metall que envolta el forat. Això condueix a la degradació tant de la cavitat del motlle com de l'escalfador del cartutx, sovint provocant temperatures desiguals i peces de ferralla.
Per a aplicacions d'immersió líquida, les regles canvien de nou en funció del medi. Si el líquid és aigua amb bones característiques de flux, una densitat de watts moderada és generalment acceptable. Tanmateix, si el líquid és un oli gruixut o un fluid de transferència de calor, la densitat de watts s'ha de mantenir relativament baixa. Per què? Perquè els olis tenen menor conductivitat tèrmica i major viscositat. Si la densitat de la superfície és massa alta, la fina pel·lícula d'oli en contacte directe amb la funda s'escalfarà i carbonitzarà. Això crea una capa aïllant de carbó-cuit al forn que actua com una manta, atrapant la calor dins de l'escalfador del cartutx i cuinant-la des de dins cap a fora.
El rendiment d'un element calefactor de cartutx és sempre un acte d'equilibri entre les demandes d'energia i les realitats físiques de la transferència de calor. La selecció del diàmetre, la longitud d'escalfament i la potència adequats garanteix que la densitat sigui adequada per al material i l'entorn objectiu. Aconseguir aquest equilibri correcte és el que separa una solució de calefacció que funciona de manera fiable durant anys d'una que falla repetidament, costant molt més en temps d'inactivitat que el preu de l'escalfador en si. Les diferents aplicacions exigeixen diferents càlculs de densitat, i entendre les característiques tèrmiques del material que s'escalfa és essencial per prendre la decisió correcta.
