Kā plāksnes materiāla īpatnējais siltums ietekmē sākotnējai uzsildīšanai nepieciešamo enerģiju{0}}?

Divas identiska izskata presēšanas plāksnes, no kurām viena ir izgatavota no instrumentu tērauda, ​​bet otra no alumīnija, rūpnīcā rīta maiņas sākumā ir auksta. Operators nospiež pogu "uzsildīt". Abi sasniegs mērķa darba temperatūru, bet viens šajā procesā patērēs ievērojami lielāku elektroenerģijas daudzumu. Atšķirība nav sildītāju efektivitātē, bet gan paša metāla pamatīpašībā: tā īpatnējā siltumietilpībā. Tērauda plāksne ir vienkārši daudz mantkārīgāks sūklis siltumenerģijai. Lai izvēlētos energoefektīvu presēšanas iekārtu un kontrolētu ekspluatācijas izmaksas, ir svarīgi izprast konkrēto plākšņu materiāla enerģijas uzsilšanas attiecības. Kas ir īpatnējais siltums? Definīcija un mērvienības Īpatnējais siltums ir enerģijas daudzums, kas nepieciešams, lai viena kilograma materiāla temperatūru paaugstinātu par vienu grādu pēc Celsija (vai vienu Kelvinu). To izsaka kilodžoulos uz kilogramu uz kelvinu (kJ/kg·K). Materiāls ar augstu īpatnējo siltumu absorbē vairāk enerģijas, lai sasniegtu tādu pašu temperatūras paaugstināšanos, nekā materiāls ar zemu īpatnējo siltumu tai pašai masai. Tipiskās vērtības istabas temperatūrā: tērauds (oglekļa vai instrumentu tērauds): aptuveni 0,47–0,51 kJ/kg·K Alumīnijs (6061 vai 7075 sakausējums): aptuveni 0,90 kJ/kg·K Čuguns: aptuveni 0,46 kJ/kg·K. mazāks blīvums (apmēram 2700 kg/m³ salīdzinājumā ar 7800 kg/m³ tēraudam) nozīmē, ka tādam pašam plāksnes tilpumam alumīnija plāksnei ir tikai aptuveni viena trešdaļa masas. Kopējā enerģija, kas nepieciešama, lai plāksni uzsildītu no aukstuma līdz darba temperatūrai, ir tās masas, īpatnējā siltuma un temperatūras pieauguma reizinājums. Tehniskā precizitāte: temperatūras atkarība un praktiskie faktori Siltuma zudumi uzsilšanas laikā Iepriekš aprēķinātā teorētiskā enerģija paredz perfektu izolāciju un bez siltuma zudumiem apkārtējā vidē uzsilšanas periodā. Patiesībā plāksne zaudē siltumu konvekcijas un starojuma rezultātā no tā virsmām, kā arī vadīšanas rezultātā uz konstrukcijas balstiem. Smagākai, lielākas masas plāksnei nepieciešams ilgāks laiks, lai sasniegtu temperatūru, tāpēc tā arī zaudē vairāk siltuma ilgstošas ​​iesildīšanās laikā. Tas vēl vairāk palielina reālās pasaules enerģijas zaudējumu, ko rada augstas īpatnējas siltuma materiāls. Un otrādi, viegla alumīnija plāksne uzsilst ātrāk, pavada mazāk laika vidējā temperatūrā un tādējādi zaudē mazāk enerģijas apkārtējai videi. Papildu apsvērumi: Siltumvadītspēja Alumīnijam ir arī daudz augstāka siltumvadītspēja (apmēram 200 W/m·K alumīnijam pret . 15 W/m·K nerūsējošajam tēraudam). Tas ļauj alumīnija plāksnēm ātrāk sasniegt termisko līdzsvaru un ar mazākiem temperatūras gradientiem visā virsmā. Zemākas termiskās masas un augstākas vadītspējas kombinācija padara alumīniju par izcilu izvēli lietojumiem, kuros nepieciešami ātri, energoefektīvi apkures cikli. Atlases ietekme, ja ir pieļaujams augsts īpatnējais karstums Materiāls ar augstu īpatnējo karstumu, piemēram, tērauds, ne vienmēr ir trūkums. Lietojumos, kur plāksne tiek uzturēta karsta nepārtraukti (24 stundas diennaktī, 7 dienas nedēļā), sākotnējā uzsildīšanas enerģija tiek apmaksāta tikai vienu reizi. Līdzsvara enerģijas patēriņu nosaka virsmas siltuma zudumi un izolācijas efektivitāte, nevis īpatnējais siltums. Tērauda plāksnes nodrošina arī lielāku stingrību, zemākas izmaksas par kilogramu (lai gan ne par tilpumu) un labāku izturību pret mehāniskiem bojājumiem. Reti lietojamām presēm tērauda enerģijas zudums var būt niecīgs. Kad ir nepieciešams zems īpatnējais siltums Lietojumprogrammām, kas saistītas ar biežiem sildīšanas un dzesēšanas cikliem,{37}}piemēram, sērijveida presēm, testēšanas iekārtām vai ātras reakcijas termoformēšanai-plates materiāla īpatnējais siltums kļūst par dominējošo faktoru. Priekšroka tiek dota alumīnijam vai citiem zema blīvuma sakausējumiem ar mērenu siltumu (piemēram, magnija sakausējumiem). Energoefektīvākā plāksne nav tā, kas uzsilst visātrāk, bet gan tā, kas patērē vismazāk enerģijas, lai tur nokļūtu. Augstas caurlaidības ražošanā alumīnijs dažu mēnešu laikā atmaksā savas augstākās materiālu izmaksas, pateicoties mazākiem elektrības rēķiniem. Secinājums: slēptās termiskās masas izmaksas. Plāksnes materiāla īpatnējais siltums ir slēpts, spēcīgs iekārtas ikdienas enerģijas rēķina virzītājspēks. Vieglāks materiāls ar mazāku siltumietilpību, piemēram, alumīnijs, var ievērojami ietaupīt starta enerģiju visā preses kalpošanas laikā. Tērauda plāksnes lielā masa un vidēji augstais īpatnējais siltums kopā prasa ievērojami vairāk enerģijas katrā iesildīšanas ciklā. Lietojumprogrammām, kurās plāksne tiek karsēta un atdzesēta atkārtoti, materiāla izvēle nav tikai mehāniskas konstrukcijas lēmums,{48}}tā ir tieša ekspluatācijas izdevumu kontrole. Energoefektīvākā plāksne ir tā, kas patērē vismazāk enerģijas, lai tur nokļūtu, un lielākajai daļai ciklisku procesu šis materiāls ir alumīnijs.