| AUTOR | DATA CRIADA | VERSÃO | NÚMERO DO DOCUMENTO |
|---|---|---|---|
| Dr. Peter Marshall | 9 de fevereiro de 2017 | V1.5 | CC11 - 00107 |
Introdução
Este artigo detalha as investigações sobre o melhor vidro para proteger os aquecedores de cassete de quartzo da Ceramicx, permitindo a melhor transmissão de radiação infravermelha. Estão disponíveis vários óculos diferentes; no entanto, estes terão espectros de transmissão característicos diferentes devido a diferentes composições. Ajustando o espectro de emissão do elemento ao espectro de transmissão do vidro, é possível identificar a combinação ideal para a eficiência energética do processo de aquecimento.
Forma
Materiais 2.1
Cinco vidros de quartzo diferentes foram fornecidos, cada um com uma espessura de 3 mm. O primeiro vidro foi o vidro de proteção padrão Ceramicx Robax®. Dois vidros adicionais foram obtidos da linha NextremaTM da Schott glass (Materiais 712-3 e 724-3). Outros dois copos foram adquiridos de outro terceiro. Estes eram transparentes com um leve matiz cinza e uma cor branca opaca ou aparência fosca.
Cada vidro foi montado diretamente na frente de um elemento 500W, 230V HQE (dimensões: 123.5 x 62.5mm). A bobina de aquecimento foi colocada dentro do 6 dos tubos de vidro de quartzo disponíveis 7 com o tubo central deixado sem aquecimento. Uma imagem de cada um dos óculos 5 in situ nos aquecedores HQE é mostrada na Figura 1
A folha de dados para os três óculos Schott (NextremaTM 712-3, NextremaTM 724-3 e Robax®) mostra os espectros de transmissão por infravermelho mostrados na Figura 2. Isso mostra que o NextremaTM 712-3 transmite pouca ou nenhuma radiação no espectro visível, consistente com a cor escura do material, enquanto muito mais radiação é transmitida pelo NextremaTM 724-3 (fonte de referência não encontrada da Figura 2Error!) E Robax® óculos. Em comprimentos de onda mais longos, a porcentagem de radiação transmitida pelo material NextremaTM 724-3 é maior que o Robax® vidro.
O aquecedor HQE 500W possui um pico de densidade de potência espectral (emissão) na banda de onda de 2 - 4.2μm, como mostrado no espectro (fonte de referência Error! Não encontrada.). Portanto, seria de esperar que o vidro com maior transmissão nessa região exibisse o maior fluxo de calor no experimento. Isso é particularmente importante em comprimentos de onda mais baixos, mais energéticos do que comprimentos de onda mais longos.
Método 2.2
Os aquecedores foram montados na plataforma Herschel e energizados. A voltagem foi ajustada de modo que a saída de energia fosse 500 ± 1 W. O aquecedor foi deixado a aquecer por um período de minuto 10 antes do início do teste. Cada aquecedor foi testado três vezes para aumentar a precisão.
2.3 Herschel
O robô de fluxo de calor Ceramicx Herschel examina o fluxo de calor total (W.cm-2) que ocorre no sensor. Os aquecedores podem ser montados no Herschel e analisados usando a rotina de mapeamento de fluxo de calor por infravermelho 3D. Esse sistema automatizado usa um sensor infravermelho que é guiado por robô em torno de um sistema de grade de coordenadas pré-determinado na frente do emissor do aquecedor em teste. O sensor possui um nível máximo de fluxo de calor de 2.3 W.cm-2 e mede o IR nos micrômetros da banda 0.4-10. O sistema de coordenadas é uma grade cúbica 500mm na frente do emissor de aquecimento, veja a Figura 3. O robô move o sensor em incrementos de 25mm ao longo de um caminho serpentino nas direções X e Z-, enquanto o emissor de aquecimento é montado em um carro deslizante que aumenta em passos 100mm ao longo da direção Y.
Os resultados da máquina podem ser transformados em uma porcentagem da energia total consumida retornada como fluxo de calor radiante do aquecedor. Isso diminui com o aumento da distância do aquecedor à medida que o fluxo de calor radiante diverge do aquecedor.
Resultados
Os resultados do teste mostram alguns dados interessantes que devem ser interpretados juntamente com os espectros de transmissão e emissão do vidro e dos elementos de aquecimento HQE da Ceramicx, respectivamente. Todas as plotagens de contorno foram feitas usando a mesma escala de cores para garantir a comparação visual.
3.1 NextremaTM 712-3
Este vidro escurecido exibe pouca ou nenhuma transmissão de radiação no espectro visível (Figura 2); no entanto, em comprimentos de onda mais longos, é mais transparente. A transmissão cai para <10% na banda de ≈ 2.8 - 3.2 μm, mas se recupera para ≥40% na faixa de 3.5 - 4.2 μm.
Os resultados mostram que, no 100mm, existe um pico de densidade de potência de 0.6 W.cm-2, como mostra a Figura 4. Isso mostra que o pico de fluxo de calor, como esperado, vem do centro do elemento e diminui concentricamente com a distância, tanto do centro do elemento.
Um gráfico semelhante pode ser produzido para todas as distâncias do aquecedor; no entanto, a tendência geral de diminuir o fluxo de calor do centro do elemento é a mesma.
Da mesma forma, o percentual do fluxo de calor radiativo registrado diminui à medida que a distância do elemento aumenta (ao longo do eixo y), conforme indicado na seção 2.3. A magnitude dessa diminuição é mostrada na Figura 5
3.2 NextremaTM 724-3
O vidro NextremaTM transparente (724-3) exibe uma saída de fluxo de calor ligeiramente maior do que o vidro 712-3. Isso se deve principalmente à sua melhor transparência (≈90%) nas regiões mais energéticas do visível e do infravermelho próximo (0.5 <λ <2.8 μm). Quando combinado com o espectro de emissão do elemento de quartzo, uma melhor combinação é vista, o que é confirmado pelo maior fluxo de calor registrado no mapa (Figura 6)
A diminuição da energia detectada em função da distância do aquecedor é muito semelhante à mostrada na Figura 5 para o mesmo elemento do vidro de proteção 712-3.
3.3 Robax®
The Robax® o vidro mostra um fluxo de calor distintamente mais alto no ponto central do elemento que está fora da escala geral que foi aplicada, conforme mostrado na Figura 7. Nesse caso, o pico do fluxo de calor radiativo é 0.80 W.cm-2. O fluxo de calor mais alto no centro é indicativo de maior transmissão devido à temperatura da fonte mais alta (comprimentos de onda IR mais curtos).
A razão para este desempenho ligeiramente melhor é a transmissão de IV aumentada na banda primária (0.4 <λ <2.8μm). Para o vidro Robax®, a queda de transmissão ocorre em um comprimento de onda um pouco maior, o que aumenta a saída do aquecedor. A largura de banda diminuída e mais estreita de transmissão na banda secundária (3.2 <λ <4.2μm) não tem a mesma influência, pois esses comprimentos de onda não são tão energéticos quanto os comprimentos de onda mais curtos. O fluxo de calor total registrado em 100 mm é, como esperado, ligeiramente maior do que para os vidros examinados nas seções 3.1 e 3.2 devido às propriedades de transmissão aprimoradas do vidro. Isso é mostrado na Figura 8, abaixo.
Vidro fosco 3.4
O mapa do fluxo de calor para o aquecedor protegido com vidro fosco é mostrado na Figura 9. Isso mostra um padrão semelhante de emissão de energia do aquecedor aos detalhados acima. A magnitude do fluxo de calor detectado é maior que a do NextremaTM proteção, mas inferior à do Robax® vidro. Como não há espectro de transmissão disponível para este material, nenhuma percepção pode ser dada sobre as razões por trás disso.
À medida que a distância entre o emissor e o sensor de fluxo de calor aumenta, o fluxo de calor detectado diminui. O fluxo de calor percentual detectado no 100mm é menor que o do Robax® vidro mostrado na Figura 7, mas mais alto que o NextremaTM óculos.
Vidro transparente 3.5
O mapa do fluxo de calor para o vidro transparente é mostrado na Figura 11. Isso mostra muito pouca diferença discernível em relação ao material de vidro fosco que foi examinado na seção 3.4, indicativa de muito pouca alteração no espectro de transmissão do vidro na região de banda de onda ativa (2-4.2μm).
O fluxo total de calor é levemente elevado comparado ao do vidro fosco; no entanto, ainda está abaixo do Robax® vidro. Sem dados do espectro de transmissão, nenhuma explicação pode ser oferecida para esta observação.
A tabela 1 mostra o fluxo de calor máximo médio registrado para o elemento nos três testes realizados, bem como o fluxo de calor percentual médio registrado em 100 e 200mm a partir da superfície do elemento. Isso indica que os dois NextremaTM e os vidros foscos tiveram um desempenho ruim, no entanto, há pouco para separar os Robax® e os óculos transparentes.
Um fenômeno de medição ocorre durante o mapeamento do fluxo de calor, pelo qual a leitura inicial feita é um valor de referência, designado como zero e cada valor registrado é medido em relação a isso. Em pequenas separações, o fluxo de calor pode, portanto, ser registrado como negativo, o que dá origem às regiões não coloridas nas plotagens de contorno.
A normalização dos dados brutos revela que os óculos Robax® e Transparent são de fato o vidro mais eficiente para transmitir a radiação, conforme mostrado na Tabela 2.
Como não existem dados espectrais disponíveis para o vidro transparente, não é possível fornecer uma razão definitiva para a ocorrência da diferença entre isso e o Robax® e se é o nível de transparência no visível / próximo ao infravermelho (0.5 - 2.8μm) ou na região de ondas médias (≥3 μm).
É perceptível que o fluxo de calor máximo registrado para Robax® é superior ao do vidro transparente. Isso pode ser indicativo de uma alteração na transparência infravermelha em função da temperatura, com Robax® tornando-se mais transparente às temperaturas elevadas vistas na porção central do elemento.
Conclusão
Os resultados do experimento acima mostram que o Robax® O vidro, atualmente usado pela Ceramicx, para proteger seus aquecedores possui uma das melhores propriedades de transmissão IR para os aquecedores de cassetes de quartzo. Isso ocorre porque o espectro de transmissão desse vidro está no máximo na banda de ondas ativa do aquecedor.
Para um aquecimento ideal, o espectro de transmissão do vidro de proteção deve corresponder ao espectro de emissão do aquecedor que ele está protegendo. Neste caso, o vidro deve ser o mais transparente possível na faixa de ondas de 1 - 3.2 μm.
Deve-se notar que a densidade de potência do elemento e uma variedade de outros fatores influenciarão os resultados desse experimento. Se a energia por unidade de área do elemento mudar, os resultados mudarão. Além disso, os resultados indicados nesta experiência não são representativos de uma configuração do tipo placa.
1 Um 1000W FQE e 500W HQE têm a mesma densidade de potência e, portanto, características de emissão semelhantes
Aviso Legal
Esses resultados do teste devem ser cuidadosamente considerados antes da determinação do tipo de emissor infravermelho a ser usado em um processo. Testes repetidos realizados por outras empresas podem não alcançar os mesmos resultados. Existe a possibilidade de erro ao atingir as condições de configuração e as variáveis que podem alterar os resultados incluem: a marca do emissor empregado, a eficiência do emissor, a energia fornecida, a energia fornecida, a distância do material testado ao emissor utilizado e o meio Ambiente. Os locais em que as temperaturas são medidas também podem diferir e, portanto, afetar os resultados.
