Jak obliczyć obciążenie powierzchniowe grzałki?

W poniższym artykule dowiedzą się Państwo co to jest obciążenie powierzchniowe, jak obliczyć obciążenie powierzchniowe oraz do czego ta wiedza może się przydać.

Obciążenie powierzchniowe mówi o mocy cieplnej oddawanej przez centymetr kwadratowy powierzchni grzałki [W/cm²]. Aby obliczyć obciążenie powierzchniowe danej grzałki należy:

1. Obliczyć długość grzałki w stanie prostym (jeśli grzałka ma inny kształt niż prosty). Długość grzałki na łuku liczy się według osi elementu grzejnego - promień wewnętrzny + połowa średnicy grzałki.

2. Od długości w stanie prostym należy odjąć długość stref martwych (z obydwu końców grzałki).

3. Ponieważ figurą geometryczną grzałki jest walec, należy policzyć pole powierzchni ściany bocznej walca (bez podstaw) wyrażone wzorem:

   [ P_b = 2\pi rH ]

   gdzie:

   • Pb - pole powierzchni bocznej walca (powierzchnia grzałki)
   • r - promień (połowa średnicy grzałki)
   • H - długość grzałki w stanie prostym bez stref martwych

4. Moc grzałki w watach [W] należy podzielić przez obliczoną powyżej powierzchnię grzałki [Pb] wyrażoną w centymetrach kwadratowych [cm²].

Obciążenie powierzchniowe mówi przede wszystkim o możliwości zastosowania danej grzałki do ogrzewania danego medium. Ponadto różne materiały używane do produkcji płaszcza elementów grzejnych posiadają różną maksymalną temperaturę pracy, co przekłada się na inne wartości w poniższej tabeli. Dla żywotności grzałki korzystnie jest, aby obciążenie było poniżej wartości granicznych podanych w tabeli.

	Materiał rurki
Medium	Miedź	Stal zwykła	Stal nierdzewna
Woda stojąca	10		10
Woda w ruchu	14		14
Woda płynąca	25		25
Wytwornica pary	6		6
Olej rzadki		3,5	3,5
Olej gęsty		1,2	1,2
Olej roślinny			4
Smoła			1
Specjalny olej grzewczy		12	12
Powietrze nieruchome		1,7	5
Powietrze ruchome v=2 m/s		2	5,5
Powietrze ruchome v=10 m/s		5	10
Kąpiel zasadowa			6
Zalane aluminium		12	12

Powyższe dane mają charakter ogólny oraz orientacyjny. Inne maksymalne obciążenie będzie miała dana grzałka pracująca swobodnie, w temperaturze pokojowej, a zupełnie inne (mniejsze) będzie posiadała grzałka pracująca w zamkniętej komorze, w temperaturze pracy 500°C, w bliskim sąsiedztwie innych grzałek. Ciężar odpowiedniego doboru elementu leży po stronie projektanta urządzenia, jednakże służymy wiedzą i doświadczeniem.