ما هي كفاءة التدفئة بالأشعة تحت الحمراء؟ وكيف يمكننا معرفة كفاءة التدفئة؟

عندما يسأل العميل عن كفاءة التسخين بالأشعة تحت الحمراء باستخدام مصابيح الكوارتز، قد يكتفي مندوب المبيعات غير المتمرس بالإشارة إلى كفاءة عاكس الضوء في المصباح، مثل 70% لمصابيح الكوارتز ذات العواكس الخزفية أو أكثر من 90% لتلك المزودة بعواكس مطلية بالذهب. وهذا يؤدي بسهولة إلى ارتباك مفاهيمي، إذ إن «كفاءة عاكس الضوء» لا تساوي «الكفاءة الكهروحرارية» لنظام التسخين بأكمله أو للقطعة المراد تسخينها نفسها. ولذلك، ينبغي تحديد كفاءة التسخين بالأشعة تحت الحمراء الصناعيّة بالاستناد إلى الظروف التشغيلية الفعلية والبيانات التجريبية.

بالنسبة لنظام التسخين الذي يضم مصباحًا حراريًا بالأشعة تحت الحمراء من الكوارتز، وعاكسًا، وقطعةً عمل، من الضروري فهم المعايير التالية:

كفاءة الإشعاع الخاصة بالمصباح نفسه

كفاءة العاكس

المسافة بين المصباح والقطعة المراد معالجتها

امتصاص/انبعاث الأشعة تحت الحمراء للقطعة المصنوعة

معامل المشاهدة بين المصباح والقطعة المراد معالجتها

درجة حرارة سطح قطعة العمل

تدفق الهواء حول القطعة المعملية

امتصاص الإشعاع بواسطة جدران الفرن أو الحجرة

فقدان الإشعاع من المصباح بعيدًا عن قطعة العمل

فقدان الحرارة من قطعة العمل إلى البيئة عن طريق الإشعاع والحمل الحراري

وبالتالي، يتأثر أداء نظام الأشعة تحت الحمراء بمجموعة من العوامل؛ إذ لا يمكن وصف الكفاءة الكلية للنظام بشكل كافٍ بالاعتماد على كفاءة عاكس المصباح وحده.

إذن، كيف يمكن تحديد الكفاءة الكهروحرارية الفعلية لنظام التسخين بالأشعة تحت الحمراء بأكمله؟

بدون معلومات محددة حول قطعة العمل، وظروف التسخين، وتكوين المعدات، والبيانات التجريبية، لا يمكن تحديد كفاءة التسخين بدقة.

تعتمد الكفاءة الفعلية لنظام التسخين بالأشعة تحت الحمراء على عوامل عديدة، منها كفاءة إشعاع الأشعة تحت الحمراء لعنصر التسخين، وكفاءة العاكس، والمسافة والهندسة بين مصابيح الأشعة تحت الحمراء والقطعة المراد معالجتها، وخصائص امتصاص الأشعة تحت الحمراء للقطعة، وعامل الرؤية، والعزل الحراري، والحمل الحراري الناتج عن الحمل الهوائي، بالإضافة إلى فقدان الحرارة من جهاز التسخين ومن هيكل الفرن.

لإجراء تقييم عملي للكفاءة، تُعدّ الطريقة الأكثر موثوقية هي استخدام بيانات الاختبار الفعلية. ينبغي قياس الطاقة الكهربائية المستهلكة من قبل النظام باستخدام عداد الطاقة، في حين يتم تسجيل كتلة القطعة المعملية، وسعتها الحرارية النوعية، ودرجة حرارتها الابتدائية، ودرجة حرارتها النهائية.

يمكن بعد ذلك تقدير الطاقة الحرارية المفيدة التي يمتصها قطعة العمل من خلال:

Q = m × Cp × (T₂ − T₁)

ويمكن تقدير الكفاءة الكلية للنظام الحراري من الكهرباء إلى الحرارة على النحو التالي:

η = Q / كهربائي

حيث إن الكهرباء تمثل كمية الطاقة الكهربائية الفعلية المستهلكة خلال عملية التسخين.

إذا لزم الأمر، يمكن استخدام قياسات إضافية لمنحنى تبريد القطعة بعد عملية التسخين لتقدير فقدان الحرارة بالحمل والإشعاع. غير أن هذه الخسائر ينبغي اعتبارها جزءًا من تحليل توازن الحرارة الكلي، ولا يجوز إضافتها ببساطة إلى الحرارة المفيدة التي تم امتصاصها بواسطة القطعة دون تحديد واضح لحدود القياس والفترة الزمنية.

لذلك، فإن الطريقة الأكثر موثوقية لتحديد الكفاءة الفعلية لنظام التسخين بالأشعة تحت الحمراء تتمثل في إجراء اختبار تسخين مُحكم ضمن ظروف التشغيل المقصودة، ثم حساب الكفاءة استنادًا إلى كمية الطاقة الكهربائية المدخلة المقاسة وارتفاع درجة حرارة قطعة العمل المقاس.