اثر حرارتی - که ردیابی الکتریکی، ردیابی حرارتی یا گرمایش ردیابی نیز نامیده میشود - سیستمی است که از کابلها یا نوارهای مقاوم الکتریکی استفاده میکند که در امتداد لولهها، مخازن و ابزار دقیق برای تولید و حفظ دمای هدف استفاده میشود. اهداف اصلی آن محافظت در برابر یخ زدگی و نگهداری دمای فرآیند است : جلوگیری از یخ زدن لوله های آب در آب و هوای سرد، جریان پذیر نگه داشتن سیالات چسبناک و محافظت از خطوط شیمیایی از انجماد یا تخریب ناشی از دما.
ردیابی الکتریکی با تبدیل انرژی الکتریکی به گرما از طریق مقاومت کار می کند - همان فیزیک که باعث درخشش کویل توستر می شود. کابل حرارتی در تماس مستقیم با لوله یا سطح محافظت شده نصب می شود که معمولاً برای بهبود کارایی با عایق حرارتی پوشانده می شود. هنگامی که کابل برق می شود، به طور مداوم یا انتخابی گرما تولید می کند که به دیواره لوله و سیال داخل آن هدایت می شود.
ردیابی حرارت در کاربردهای مسکونی، تجاری و صنعتی استفاده می شود. یک صاحب خانه در مینه سوتا ممکن است از a کابل خودتنظیم 3-5 وات بر فوت در یک خط تامین آب آسیب پذیر؛ یک پالایشگاه در آلبرتا ممکن است از یک سیستم کابل گرمایشی با عایق مواد معدنی (MI) با قدرت بالا استفاده کند که خط لوله نفت خام را در دمای 60 درجه سانتیگراد (140 درجه فارنهایت) در طول سال حفظ می کند. اصل اساسی یکسان است. جزئیات مهندسی به طور قابل توجهی متفاوت است.
تمام سیستمهای ردیابی حرارت الکتریکی بر اساس گرمایش ژول کار میکنند - فرآیندی که طی آن جریان الکتریکی از یک عنصر مقاومتی، گرما متناسب با مجذور جریان ضرب در مقاومت (P = I²R) تولید میکند. عنصر مقاومتی در کابل ردیابی حرارتی طوری طراحی شده است که یک وات مشخص در هر فوت خطی یا متر در یک ولتاژ معین تولید کند و یک خروجی حرارتی قابل پیش بینی و قابل کنترل را در طول کل لوله محافظت شده ارائه دهد.
گرمای تولید شده در سطح کابل از طریق رسانش - تماس مستقیم بین روکش کابل و قسمت بیرونی لوله به لوله منتقل می شود. لایه عایق حرارتی که هم لوله و هم کابل را احاطه کرده است، این گرما را به دام می اندازد و انرژی لازم برای حفظ دما را به طور چشمگیری کاهش می دهد. بدون عایق، یک سیستم ردیابی حرارتی ممکن است 2 تا 4 برابر بیشتر به برق نیاز داشته باشد برای رسیدن به دمای لوله یکسان، عایق کاری را نه تنها به بهترین روش بلکه یک ضرورت اقتصادی تبدیل می کند.
مقدار گرمایی که یک سیستم ردیابی باید تامین کند برابر با گرمای از دست رفته از لوله به محیط اطراف است. با کاهش دمای محیط، اختلاف دما بین لوله و محیط اطراف آن افزایش مییابد و تلفات حرارتی تسریع میشود. برای یک لوله فولادی لخت در محیطی با دمای 20- درجه سانتیگراد (4- درجه فارنهایت)، تلفات حرارتی ممکن است بیشتر شود 40-60 وات بر متر بسته به قرار گرفتن در معرض باد و قطر لوله - به همین دلیل است که انتخاب وات کابل ردیابی حرارتی باید با بدترین شرایط محیطی در محل نصب مشخص مطابقت داشته باشد، نه شرایط متوسط.
چهار دسته اصلی کابلهای ردیابی حرارتی از نظر نحوه تولید گرما، نحوه واکنش آنها به تغییرات دما و کاربردهایی که برای آنها مناسب هستند، به طور قابل توجهی متفاوت هستند.
| نوع کابل | چگونه گرما را تنظیم می کند | وات معمولی | حداکثر دما را حفظ کنید | بهترین برنامه های کاربردی |
|---|---|---|---|---|
| خود تنظیمی (SR) | خودکار از طریق پلیمر رسانا | 3-33 W/ft | 65 درجه سانتی گراد (150 درجه فارنهایت) | حفاظت در برابر یخ زدگی، لوله های آب، سقف / ناودان |
| وات ثابت (ZTC) | ثابت؛ به ترموستات خارجی نیاز دارد | 5-60 وات بر فوت | 120 درجه سانتی گراد (250 درجه فارنهایت) | اجرای طولانی لوله، تعمیر و نگهداری فرآیند صنعتی |
| عایق معدنی (MI) | ثابت؛ با ترموستات کنترل می شود | تا 150 W/ft | 593 درجه سانتی گراد (1100 درجه فارنهایت) | صنعتی با دمای بالا، خطوط بخار، مناطق خطرناک |
| اثر پوستی (SECT) | اثر پوست AC بر روی لوله فرومغناطیسی | طراحی در سطح سیستم | 250 درجه سانتی گراد (480 درجه فارنهایت) | خطوط لوله بسیار طولانی (10 کیلومتر)، نفت و گاز |
کابل خود تنظیم (SR) پرکاربردترین نوع برای محافظت در برابر یخ زدگی تجاری و مسکونی است. عنصر گرمایش آن یک ماتریس پلیمری رسانا است - یک هسته پلاستیکی با کربن - که بین دو سیم شینه موازی قرار گرفته است. با افزایش دما، هسته پلیمری به صورت میکروسکوپی منبسط می شود و تعداد نقاط تماس ذرات کربن رسانا کاهش می یابد و مقاومت الکتریکی افزایش می یابد. مقاومت بالاتر به معنای جریان کمتر و کاهش خروجی حرارت است. با سرد شدن کابل، پلیمر منقبض می شود، مقاومت کاهش می یابد و حرارت خروجی به طور خودکار افزایش می یابد.
این خودتنظیمی در هر نقطه در طول کابل به طور مستقل اتفاق می افتد، به این معنی که بخشی از کابل در نزدیکی اتصالات لوله گرم به طور خودکار گرمای کمتری نسبت به قسمتی در نزدیکی یک پاکت هوای سرد تولید می کند - بدون هیچ ترموستات یا کنترل کننده. این باعث می شود کابل SR بسیار کارآمد باشد و خطر گرم شدن بیش از حد در همپوشانی ها یا خمیدگی های محکم را از بین می برد. کابل SR را می توان به هر طولی در میدان برش داد، که نصب را در مقایسه با انواع وات ثابت به طور قابل توجهی ساده می کند.
کابل های وات ثابت (همچنین به نام گرمایش منطقه یا ZTC) یک وات ثابت در هر فوت بدون توجه به دمای محیط تولید می کنند. سیم گرمایش مقاومتی در فواصل زمانی محاسبه شده به دور یک هسته فایبرگلاس پیچیده می شود و مناطق گرمایش گسسته ایجاد می کند. از آنجا که وات خود تنظیم نمی شود، کابل های وات ثابت به ترموستات خارجی برای جلوگیری از گرم شدن بیش از حد نیاز دارند - نمی توان آنها را در حین نصب روی هم قرار داد یا سیم پیچ کرد. آنها برای لوله های بسیار طولانی (تا چندین هزار فوت از یک مدار) که مقاومت ثابت کابل SR باعث افت ولتاژ و گرمایش ناهموار می شود، ترجیح داده می شوند.
کابلهای MI از یک سیم مقاومت آلیاژی فلزی استفاده میکنند که در یک عایق اکسید منیزیم فشرده در داخل یک غلاف فلزی قرار دارد. آنها دمای تا 593 درجه سانتیگراد را تحمل می کنند و از نظر مکانیکی به اندازه کافی برای طبقه بندی مناطق خطرناک و ردیابی خطوط بخار که کابل های مبتنی بر پلیمر از کار می افتند، مقاوم هستند. کابل MI گران ترین گزینه ردیابی گرما در هر فوت است اما در کاربردهای صنعتی با دمای بالا - پالایشگاهها، کارخانههای شیمیایی و تأسیسات تولید برق که در آن سایر انواع کابلها نمیتوانند در محیط زیست زنده بمانند، غیرقابل جایگزین است.
ردیابی گرما به طیف وسیع تری از صنایع و موارد استفاده از آن چیزی که بیشتر مردم تصور می کنند خدمات می دهد. شرط یکسان کننده در هر مورد، حفظ حداقل یا دمای هدف در سیستمی است که گرمای طبیعی یا شرایط محیطی کافی نیست.
یک سیستم کامل ردیابی الکتریکی از چیزی بیش از کابل گرمایش تشکیل شده است. هر جزء نقش خاصی در عملکرد سیستم، بهره وری انرژی و ایمنی دارد.
انتخاب صحیح وات کابل ردیابی حرارتی نیاز به یک محاسبه اتلاف حرارتی ساده دارد. کابل باید حداقل به اندازه گرمایی که لوله در بدترین شرایط محیطی در محل نصب از دست می دهد، به محیط منتقل کند.
اتلاف حرارت از یک لوله عایق به صورت زیر محاسبه می شود: Q = (T لوله - تی محیط ) ÷ R حرارتی ، که در آن Q اتلاف گرما بر حسب وات بر فوت است، مقادیر T بر حسب درجه فارنهایت یا سانتیگراد است و R حرارتی مقاومت حرارتی سیستم عایق است. اکثر تولیدکنندگان ردیابی حرارتی جداول تلفات حرارتی و ماشینحسابهای آنلاین را منتشر میکنند که این محاسبه را با توجه به قطر لوله، نوع عایق، ضخامت عایق و دمای محیط طراحی انجام میدهند - که نیاز به محاسبه دستی در بیشتر کاربردهای میدانی را از بین میبرد.
به عنوان یک مثال عملی: یک لوله آب فولادی 2 اینچی که دمای 40 درجه فارنهایت (4 درجه سانتیگراد) را در محیط محیطی 20- درجه فارنهایت (29- درجه سانتیگراد) با عایق فایبرگلاس 1 اینچی حفظ می کند، تقریباً نیاز دارد. 8-10 وات در هر فوت خروجی کابل . کابل SR مسکونی 3 W/ft کافی نخواهد بود. کابل SR 10 W/ft یا کابل وات ثابت خروجی بالاتر مناسب خواهد بود.
نصب صحیح تعیین می کند که آیا یک سیستم ردیابی حرارتی برای طول عمر کامل خود کارایی طراحی شده دارد یا خیر - اغلب برای کابل SR با کیفیت در سیستمی که به خوبی نگهداری می شود 10 تا 20 سال است. اینها شیوه هایی هستند که بیشترین تفاوت را ایجاد می کنند.
