Un -element calefactor doble-dos circuits de resistència independents enrotllats en paral·lel al llarg de la mateixa longitud de l'escalfador-poden proporcionar el 50% de potència després que un circuit falla. Tanmateix, si això passa sense punts calents locals depèn completament del patró de bobina. Si ambdós circuits s'entrellacen de manera uniforme (girs alternats), una fallada d'un circuit deixa activada una altra volta, creant un patró calent-fred periòdic: la temperatura de la superfície del PFA varia entre ±15 i 30 graus al llarg de la longitud, amb punts calents als girs actius i punts freds als girs fallits. Aquest escalfament desigual provoca estrès tèrmic i deposició localitzada d'escala. Si els dos circuits estan enrotllats com a zones separades (circuit A a la meitat inferior, circuit B a la meitat superior), una fallada d'un circuit deixa la meitat de l'escalfador fred-inacceptable per a una temperatura uniforme. El disseny òptim per a la uniformitat del mode de fallada- és un escalfador de doble bobina- amb els dos circuits distribuïts de manera uniforme però amb redundància a la connexió: cada circuit alimenta la meitat de les espires, però les espires estan aparellades de manera que les espires actives i inactives són adjacents, no alternen. Tot i així, es manté una variació de 5 a 10 graus. Per a aplicacions crítiques que requereixen una redundància real sense punts calents, utilitzeu dos escalfadors d'un-circuit únic (vegeu l'article #36). La ferida-dual és un compromís.
Distribució de la temperatura després d'una fallada en un circuit
| Patró de bobinatge | Distribució de torns | Variació després de fallar un circuit | Punt calent ΔT vs. abans de la fallada | Acceptable per al procés? |
|---|---|---|---|---|
| Alternant (A,B,A,B...) | Entrellaçat, 50% cadascun | ±15-30 graus al llarg | +20–40 graus en girs actius | Marginal (risc d'escala) |
| Parellat (AA,BB,AA,BB...) | Dos torns actius junts i després dos inactius | ±10-20 graus | +10–25 graus | Aceptable per baixa sensibilitat |
| Zona (a baix A, a dalt B) | A a la meitat inferior, B a la part superior | 0 grau a la meitat fallida, normal a l'altra | N/A (zona freda) | Inacceptable |
| Distribuït amb equalitzador tèrmic (funda de coure) | Altern + màniga de coure | ±5-10 graus | +5–15 graus | Bé |
| Dos calefactors independents | Unitats independents | 0 graus (un escalfador apagat) | 0 graus (un altre escalfador compensa) | Millor (vegeu l'article #85) |
Imatge tèrmica de l'escalfador de ferides-dual fallit
Un escalfador de doble bobina-de 6 kW (girs alterns, cada circuit 3 kW) que funciona a 3 kW després d'una fallada d'un circuit mostra:
Girs actius: temperatura superficial 120 graus (en aigua de 80 graus)
Torns inactius: temperatura superficial 85 graus (igual que el fluid)
Periodicitat: 5-10 mm entre bandes calentes i fredes
Les bandes calentes només tenen una amplada de 3-4 mm.
Quan l'aigua es forma-escala, les bandes calentes es tornen blanques, mentre que les bandes fredes romanen netes. L'escala accelera el sobreescalfament local, fent que els girs actius fallin abans. A la pràctica, un escalfador que funciona amb un circuit fallat rarament dura més d'uns quants mesos abans que el circuit restant falli per sobreescalfament localitzat.
Distribució de potència i càrrega al circuit restant
Quan un circuit falla (circuit obert), el circuit restant ha de portar tota la tensió (si es connecta en paral·lel). La seva potència és P=V²/R. Si tots dos circuits tenen la mateixa resistència R, potència total abans de la fallada=2 × V²/R=2P_circuit. Després d'una fallada,=V²/R=P_circuit=50% del total original. Això és correcte. Tanmateix, el circuit restant funciona ara amb la mateixa densitat de watts que abans (mateixa tensió, mateixa resistència, mateixa calor per volta), però amb la meitat de voltes actives. Els girs actius no veuen cap canvi en la generació de calor. Però la calor que hauria anat als girs fallits ara s'ha de dissipar pels girs actius? No, els girs fallits simplement estan desactivats. Els girs actius produeixen la mateixa calor que abans, però no hi ha calor dels girs fallits. La producció de calor total es redueix a la meitat. Els girs actius no es sobreescalfen localment per l'excés de potència. Tanmateix, la temperatura dels girs actius pot augmentar lleugerament perquè els girs freds adjacents ja no contribueixen a escalfar el fluid entremig. El flux de calor dels girs actius es propaga lateralment, però amb menys calor dels veïns, la temperatura del gir actiu augmenta entre 5 i 15 graus. Aquest és el punt calent local.
Avaluació pràctica del vostre procés
| Requisit del procés | Variació acceptable de temperatura després de la fallada | Ferida dual-Adequat? | Millor Solució |
|---|---|---|---|
| ± 1 grau (semiconductor, farmacèutic) | No | No | Dos calefactors independents + recanvi |
| ± 3 graus (químic de precisió) | No | No | Dos calefactors independents |
| ± 5 graus (industrial general) | Marginal | Possiblement (amb màniga de coure) | Dos calefactors independents |
| ± 10 graus (revestiment, rentat) | Sí | Sí (altern, amb màniga) | Acceptable |
| Sense control de temperatura (només cicle de treball) | Sí | Sí (qualsevol patró) | Acceptable |
Exemple de camp
Una línia de revestiment utilitzava escalfadors PFA de doble-enrotllament (girs alternats) per proporcionar una redundància de potència del 50%. Quan un circuit fallava, l'escalfador continuava funcionant al 50% de potència. Tanmateix, les bandes calentes (15 graus per sobre de la mitjana) van provocar anells d'escala blanca als girs actius. Els anells d'escala van empitjorar la transferència de calor i el circuit restant va fallar després de 3 mesos. La planta es va canviar a dos escalfadors separats de 3 kW en lloc d'un doble-de 6 kW. Després de fallar un escalfador, la temperatura del bany va baixar a 85 graus des de 90 graus, però la qualitat del revestiment es va mantenir acceptable. L'escalfador avariat es va substituir durant el manteniment programat. No s'ha produït cap banda de temperatura. La planta va concloure que dos escalfadors independents proporcionaven una autèntica redundància sense punts calents.
Conclusió: la ferida-dual proporciona un 50% d'energia, però crea punts calents
Un escalfador PFA-de doble bobina amb dos circuits paral·lels pot proporcionar un 50% d'energia després que un circuit falla. Tanmateix, els girs actius restants creen bandes calentes periòdiques (variació de ± 15 a 30 graus) tret que s'afegeixi un equalitzador tèrmic (manga de coure). Aquesta temperatura desigual provoca escala localitzada, estrès tèrmic i una eventual fallada del circuit restant. Per als processos que toleren una variació de ±10 graus, pot ser acceptable la doble ferida-. Per a un control precís de la temperatura, utilitzeu dos escalfadors d'un-circuit únic. La ferida dual-és un compromís d'estalvi-espai, no una veritable solució de redundància. Si el temps d'activitat és crític, gasta l'espai addicional en dos escalfadors. El vostre procés serà més uniforme i el vostre manteniment serà més senzill. Les bandes calentes no són inofensives. Escalen, s'esquerden, fallen. Eviteu-los amb escalfadors separats.
