Tvær eins útlits pressuplötur, önnur úr verkfærastáli og hin úr áli, sitja kaldar í verksmiðju við upphaf morgunvaktar. Rekstraraðili ýtir á „hita upp“ hnappinn. Báðir munu ná tilætluðum rekstrarhita, en annar mun eyða verulega meira magni af rafmagni í því ferli. Munurinn er ekki í skilvirkni hitara, heldur í grundvallar varmaeiginleika málmsins sjálfs: sérstakri hitagetu hans. Stálplatan er einfaldlega miklu gráðugri svampur fyrir hitaorku. Að skiljasérhiti plata efni orka hita uppsambandið er nauðsynlegt til að velja orkusparan pressubúnað og stjórna rekstrarkostnaði.
Hvað er sérhiti?
Skilgreining og einingar
Eðlisvarmi er sú orka sem þarf til að hækka hitastig eins kílós af efni um eina gráðu á Celsíus (eða einn Kelvin). Það er gefið upp í kílójólum á hvert kíló á Kelvin (kJ/kg·K). Efni með mikinn sérvarma gleypir meiri orku til að ná sömu hitahækkunum en efni með lágan sérvarma, fyrir sama massa.
Dæmigert gildi við stofuhita:
Stál (kolefni eða verkfærastál): um það bil 0,47–0,51 kJ/kg·K
Ál (6061 eða 7075 álfelgur): um það bil 0,90 kJ/kg·K
Steypujárn: um það bil 0,46 kJ/kg·K
Kopar: um það bil 0,38 kJ/kg·K
Þó að ál hafi hærri eðlisvarma á hvert kílógramm en stál, þýðir mun minni eðlismassi þess (um 2700 kg/m³ samanborið við 7800 kg/m³ fyrir stál) að fyrir sama rúmmál af plötunni hefur álplatan aðeins um það bil þriðjung massans. Heildarorkan sem þarf til að hita plötu frá köldu til rekstrarhita er afurð massa hennar, sérvarma hennar og hitastigshækkunar.
Tæknileg nákvæmni: Hitastig og hagnýtir þættir
Hitatap við upphitun
Fræðileg orka sem er reiknuð hér að ofan gerir ráð fyrir fullkominni einangrun og engu hitatapi í umhverfið á upphitunartímabilinu. Í raun og veru tapar plata hita með varma og geislun frá yfirborði hennar og með leiðni til burðarvirkja. Þyngri, massameiri plata tekur lengri tíma að ná hitastigi, svo hún tapar líka meiri hita á lengri upphitunartímabilinu. Þetta eykur enn frekar á raunveruleikaviðurkenningu efnis með háan hita. Aftur á móti hitnar létt álplata hraðar, eyðir minni tíma við meðalhitastig og missir þannig minni orku til umhverfisins.
Önnur atriði: Varmaleiðni
Ál hefur einnig miklu meiri hitaleiðni (um 200 W/m·K fyrir ál á móti . 15 W/m·K fyrir ryðfríu stáli). Þetta gerir álplötum kleift að ná hitajafnvægi hraðar og með minni hitastigum yfir yfirborðið. Sambland af minni varmamassa og meiri leiðni gerir ál að yfirburða vali fyrir forrit sem krefjast skjótra, orkusparandi upphitunarlota.
Valáhrif
Þegar hár sérhiti er viðunandi
Há-sérhæfð-hita efni eins og stál er ekki alltaf galli. Í forritum þar sem plötunni er haldið heitu stöðugt (24 tíma á dag, 7 daga vikunnar) er upphafsupphitunarorkan aðeins greidd einu sinni. Orkunotkun í stöðugu ástandi ræðst af hitatapi yfirborðs og skilvirkni einangrunar, ekki af sérhita. Stálplötur bjóða einnig upp á meiri stífleika, lægri kostnað á hvert kíló (þó ekki á hvert rúmmál) og betri viðnám gegn vélrænni skemmdum. Fyrir pressur sem sjaldan eru notaðar í hjólreiðum getur orkuþörf stáls verið hverfandi.
Þegar lítill sérhiti er nauðsynlegur
Fyrir forrit sem fela í sér tíðar upphitunar- og kælingarlotur-eins og lotupressur, prófunarvélar eða hitamótun með hraðsvörun-verður sérstakur hiti plötuefnisins ráðandi þáttur. Ál eða önnur lágþéttni, miðlungs-sérhæfð-hita málmblöndur (td magnesíum málmblöndur) eru ákjósanlegar. Orkunýtnasta platan er ekki sú sem hitnar hraðast, heldur sú sem drekkur minnsta orku til að komast þangað. Í framleiðslu með miklum afköstum borgar ál til baka hærri efniskostnað innan mánaða með lægri rafmagnsreikningum.
Niðurstaða: Falinn kostnaður við hitamessu
Sérhiti plötuefnisins er falinn, öflugur drifkraftur daglegs orkureiknings vélarinnar. Léttara efni með lægri hitagetu eins og ál getur sparað örlög í ræsingarorku á líftíma pressunnar. Hár massi stálplötunnar og í meðallagi hár sérhiti sameinast og krefjast verulega meiri orku fyrir hverja upphitunarlotu. Fyrir forrit þar sem platan er hituð og kæld ítrekað er efnisval ekki bara vélræn hönnunarákvörðun- heldur bein stjórn á rekstrarkostnaði. Orkunýtnasta platan er sú sem drekkur minnstu orku til að komast þangað, og fyrir flesta hringlaga ferla er það efni ál.
