אתמול אחר הצהריים, שלחנו 15 צינורות חימום מסיבי פחמן, כל אחד באורך 1.8 מטר, עם מפרט של 380 וולט ו-2000 וואט. אורך זה הוא ארוך יחסית. היום, אמשיך להציג את עקרון החימום של צינורות חימום מסיבי פחמן ואדון בתעשיות שבהן הם משמשים בעיקר. אשתף כמה מחקרי מקרה מתעשיות שונות כדי שכולם יוכלו ללמוד מהם.
ידע בסיסי על קרינת אינפרא-אדום
ראשית, נתחיל עם כמה ידע בסיסי על קרינת אינפרא אדום. זהו סקירה קצרה; הסבר מפורט יכול למלא בקלות הרצאה שלמה בפיזיקה, אז בואו נלמד יחד כדי להרחיב את הידע שלנו.
תהליך חימום של צינורות חימום מסיבי פחמן
כאשר צינור חימום מסיבי פחמן כאשר הוא מופעל, הוא פולט אור כתום-אדום ובמקביל מייצר קרינה אינפרה-אדומה המחממת את האובייקטים הסובבים אותו. טמפרטורת פני השטח של צינור החימום יכולה לעלות על 500°C. תהליך החימום משלב את שלושת מצבי העברת החום הנפוצים: הולכת חום, הסעה תרמית וקרינה תרמית, כאשר הקרינה התרמית היא המצב העיקרי. להלן אציג את שלושת מצבי העברת החום הללו.
הולכת חום
הולכת חום מתייחס לתהליך שבו חום מועבר מחלקו של עצם בעל הטמפרטורה הגבוהה יותר לחלקו בעל הטמפרטורה הנמוכה יותר לאורך העצם. הולכת חום מתרחשת במוצקים, בנוזלים ובגזים, אך מבחינה מדויקת, הולכת חום טהורה מתרחשת רק במוצקים. אפילו בנוזלים נייחים, מתרחשת הסעה טבעית עקב הפרש הצפיפות הנגרם על ידי שיפוע הטמפרטורה, כלומר הסעה תרמית והולכת חום מתרחשות בו-זמנית בנוזלים. דוגמה נפוצה בחיי היומיום היא חימום קצה אחד של מוט ברזל מעל אש והרגשת התחממות הקצה השני – זהו הולכה תרמית. דוגמה נוספת היא התחממות ידית המרית בזמן הבישול, שגם היא סוג של הולכה תרמית.
הסעה תרמית
הסעה תרמית, הידוע גם כהעברת חום קונבקטיבית, הוא תהליך של העברת חום הנגרם על ידי תנועה יחסית של חלקיקים בתוך נוזל. אופן העברת חום זה יכול להתרחש רק בנוזלים (גזים ונוזלים) והוא תמיד מלווה בהולכה הנגרמת על ידי תנועת מולקולות הנוזל.
הסעה תרמית יכולה להיות מסווגת באופן כללי לשני סוגים:
- לפי מדיום: הסעה גזית והסעה נוזלית, כאשר ההסעה הגזית בולטת יותר מההסעה הנוזלית.
- לפי סיבה: הסעה טבעית, הנגרמת אך ורק על ידי הבדלי הצפיפות בין החלקים החמים והקרים של הנוזל, היא בדרך כלל בעלת קצב זרימה נמוך. הסעה מאולצת, הנגרמת על ידי דחיפה של משאבות, מאווררים או כוחות חיצוניים אחרים, היא לרוב בעלת קצב זרימה גבוה.
הדוגמה הנפוצה ביותר לתופעת הסעה תרמית בחיי היומיום היא רתיחת מים.
קרינה תרמית
קרינה תרמית מתייחס לתופעה שבה אובייקט פולט גלים אלקטרומגנטיים בשל הטמפרטורה שלו. כל אובייקט שטמפרטורתו גבוהה מאפס מוחלט יכול לפלוט קרינה תרמית, וככל שהטמפרטורה גבוהה יותר, כך האנרגיה הכוללת הנפלטת גדולה יותר. הספקטרום של הקרינה התרמית הוא רציף, ומכסה תיאורטית אורכי גל מ-0 עד ∞. רוב הקרינה התרמית מועברת באמצעות אורכי גל ארוכים יותר בספקטרום האור הנראה והאינפרה-אדום.
בטמפרטורות נמוכות יותר, הקרינה מתרחשת בעיקר באזור האינפרה-אדום הבלתי נראה. כאשר הטמפרטורה מגיעה ל-300°C, אורך הגל החזק ביותר בקרינה התרמית נופל בתוך אזור האינפרה-אדום. כאשר הטמפרטורה היא בין 500°C ל-800°C, מרכיב אורך הגל החזק ביותר עובר לאזור האור הנראה.
האנרגיה הנפלטת (או הנספגת) על ידי משטח ליחידת זמן וליחידת שטח קשורה לאופי המשטח ולטמפרטורה שלו. ככל שהמשטח כהה ומחוספס יותר, כך גדלה יכולתו לפלוט (או לספוג) אנרגיה. כל האובייקטים מקרינים אנרגיה לסביבתם בצורת גלים אלקטרומגנטיים. כאשר גלים אלה פוגשים אובייקט לאורך מסלול התפשטותם, הם מעוררים את החלקיקים המיקרוסקופיים בתוך האובייקט וגורמים להתחממותו.
אפילו במרחק מהלהבה, אנו יכולים לחוש את החום — זאת הודות לקרינת אינפרא-אדום, שגורמת לנו להרגיש חום. השימוש הנפוץ ביותר בקרינה תרמית הוא ישיבה ליד מדורה, בעוד שמחמם ידיים, למשל, משתמש במצב העברת חום שונה ואין לבלבל ביניהם. קרינת האינפרא-אדום הנפלטת מצינורות חימום מסיבי פחמן נמצאת באותו טווח אורך גל כמו זו הנוצרת על ידי להבות בוערות, הנע בין 2.0 ל-15 מיקרון.
חומרים כגון מזון, טקסטיל, צבע וגידולים סופגים טווח אורך גל זה בקלות רבה ביותר. לכן, כאשר חומרים אלה נחשפים לקרינת אינפרא אדום הנפלטת מצינורות חימום מסיבי פחמן, הם סופגים את הקרינה וממירים אותה לחום, מעלים את טמפרטורת החומר כדי להשיג אפקטים של ייבוש, חימום או ריפוי. בעת חימום באמצעות קרינת אינפרא-אדום, החומר המחומם סופג את הקרינה ביעילות רבה יותר בשל התהודה בין רצועת הספיגה של החומר לבין אורך הגל האינפרא-אדום. הדבר ממקסם את ספיגת החום האינפרא-אדום, מעלה את הטמפרטורה במהירות ומשפר את יעילות החימום, מה שמגביר בתורו את יעילות הייצור.
יישום בתעשיית הרכב
בתהליך ייצור הרכב, צינורות חימום מסיבי פחמן משמשים לרוב בתאי צביעה, כפי שהוזכר במאמרים קודמים. לכן, לא אפרט כאן עוד על השימוש בצינורות חימום אינפרא-אדום מסיבי פחמן בתאי צביעה.
יישום בתעשיית הדפסת וצביעת טקסטיל
בתעשיית הדפסת וצביעת הטקסטיל, ציוד כגון מכונות פלטן, מייבשי מנהרה ומכונות ייבוש ניידות הם דוגמאות אופייניות לחימום אינפרא אדום. כאשר צינור החימום מסיבי פחמן מופעל, הוא פולט אור כתום-צהוב וקרינת אינפרא אדום, עם אורך גל של 2.0 עד 15 מיקרון. טווח אורך הגל הזה תואם את טווח הספיגה של בדים רבים וצבעים מסיסים במים. כאשר מחממים אותם בקרינת אינפרא אדום, הבד או הצבע סופגים את החום האינפרא אדום במהירות בשל אורך הגל התואם, מעלים את הטמפרטורה במהירות, משפרים את יעילות החימום ומגבירים את יעילות הייצור.
GlobalQT היא יצרנית מובילה המתמחה באיכות גבוהה צינורות חימום קוורץ ופתרונות. למידע נוסף, בקרו באתר שלנו אתר אינטרנט או צור איתנו קשר ב contact@globalquartztube.com.
