Kaks ühesuguse välimusega pressplaati, millest üks on valmistatud tööriistaterasest ja teine ​​alumiiniumist, seisavad hommikuse vahetuse alguses tehases külmas. Operaator vajutab "kuumutamise" nuppu. Mõlemad saavutavad töötemperatuuri, kuid üks tarbib selle käigus oluliselt rohkem elektrit. Erinevus ei seisne küttekehade efektiivsuses, vaid metalli enda põhilises termilises omaduses: selle erisoojusmahtuvuses. Terasplaat on lihtsalt palju ahnem käsn soojusenergia saamiseks. Mõisteserisoojusplaadi materjali energia soojenemasuhe on oluline energiatõhusate pressseadmete valimiseks ja tegevuskulude kontrollimiseks.

Mis on erisoojus?

Definitsioon ja ühikud

Erisoojus on energia hulk, mis on vajalik ühe kilogrammi materjali temperatuuri tõstmiseks ühe Celsiuse kraadi (või ühe Kelvini) võrra. Seda väljendatakse kilodžaulides kilogrammi kohta kelvini kohta (kJ/kg·K). Kõrge erisoojusega materjal neelab rohkem energiat sama temperatuuritõusu saavutamiseks kui madala erisoojusega materjal sama massi puhul.

Tüüpilised väärtused toatemperatuuril:

Teras (süsinik- või tööriistateras): ligikaudu 0,47–0,51 kJ/kg·K

Alumiinium (6061 või 7075 sulam): ligikaudu 0,90 kJ/kg·K

Malm: ligikaudu 0,46 kJ/kg·K

Vask: ligikaudu 0,38 kJ/kg·K

Kui alumiiniumi erisoojus kilogrammi kohta on suurem kui terasel, siis selle palju väiksem tihedus (ligikaudu 2700 kg/m³ võrreldes terase 7800 kg/m³) tähendab, et sama plaadi mahu korral on alumiiniumplaadil vaid umbes kolmandik massist. Plaadi külmast töötemperatuurini soojendamiseks vajalik koguenergia on selle massi, erisoojuse ja temperatuuri tõusu korrutis.

Tehniline täpsus: temperatuuri sõltuvus ja praktilised tegurid

Soojuskaod soojenemise ajal

Eespool arvutatud teoreetiline energia eeldab täiuslikku isolatsiooni ja soojuskadude puudumist keskkonda kuumutamise ajal. Tegelikkuses kaotab plaat soojust konvektsiooni ja kiirguse kaudu selle pindadelt ning juhtivuse kaudu konstruktsiooni tugedele. Raskemal ja suurema massiga plaadil kulub temperatuuri saavutamiseks kauem aega, seega kaotab see pikema soojenemisperioodi jooksul ka rohkem soojust. See suurendab veelgi kõrge spetsiifilise kuumusega materjali tegelikku energiakulu. Ja vastupidi, kerge alumiiniumist plaat soojeneb kiiremini, kulutab vähem aega vahepealsetel temperatuuridel ja kaotab seega vähem energiat ümbritsevale.

Täiendavad kaalutlused: Soojusjuhtivus

Alumiiniumil on ka palju suurem soojusjuhtivus (umbes 200 W/m·K alumiiniumi puhul vs . 15 W/m·K roostevaba terase puhul). See võimaldab alumiiniumplaatidel saavutada termilise tasakaalu kiiremini ja väiksemate temperatuurigradientidega kogu pinna ulatuses. Madalama soojusmassi ja suurema juhtivuse kombinatsioon muudab alumiiniumi parimaks valikuks rakenduste jaoks, mis nõuavad kiireid ja energiasäästlikke küttetsükleid.

Valiku tagajärjed

Kui kõrge erisoojus on vastuvõetav

Kõrge spetsiifilise kuumusega materjal, nagu teras, ei ole alati puuduseks. Rakendustes, kus plaati hoitakse pidevalt kuumana (24 tundi ööpäevas, 7 päeva nädalas), makstakse esialgse soojendusenergia eest ainult üks kord. Püsiseisundi energiatarbimise määravad pinnasoojuskadud ja isolatsiooni efektiivsus, mitte erisoojus. Terasplaadid pakuvad ka suuremat jäikust, madalamat hinda kilogrammi kohta (kuigi mitte mahu kohta) ja paremat vastupidavust mehaanilistele kahjustustele. Harva tsükliga presside puhul võib terase energiakulu olla tühine.

Kui madal erisoojus on hädavajalik

Rakenduste puhul, mis hõlmavad sagedasi kütte- ja jahutustsükleid, -nagu partiipressid, katsemasinad või kiirreageerimine termovormimiseks-, muutub plaadimaterjali erisoojus domineerivaks teguriks. Eelistatakse alumiiniumi või muid madala tihedusega, mõõduka spetsiifilise kuumusega sulameid (nt magneesiumsulamid). Kõige energiasäästlikum plaat ei kuumene kõige kiiremini, vaid see, mis kulub selle saavutamiseks kõige vähem energiat. Suure tootlikkusega tootmises tasub alumiinium madalamate elektriarvete kaudu oma kõrgemad materjalikulud kuude jooksul tagasi.

Järeldus: termilise massi varjatud kulud

Plaadimaterjali erisoojus on masina igapäevase energiaarve peidetud ja võimas juht. Kergem ja väiksema soojusmahutavusega materjal, nagu alumiinium, võib pressi eluea jooksul säästa varanduse käivitusenergiat. Terasplaadi suur mass ja mõõdukalt kõrge erisoojus nõuavad iga soojendustsükli jaoks oluliselt rohkem energiat. Rakenduste puhul, kus plaati kuumutatakse ja jahutatakse korduvalt, ei ole materjali valik ainult mehaanilise disaini otsus,-see on otsene kontroll tegevuskulude üle. Kõige energiasäästlikum plaat on see, mis kulub sinna jõudmiseks kõige vähem energiat ja enamiku tsükliliste protsesside puhul on selleks materjaliks alumiinium.