4 ขั้นตอนในการเลือกฮีทเตอร์ให้เหมาะสม
ในกระบวนการผลิตที่มีการใช้แม่พิมพ์นั้น มีอุปกรณ์ชนิดนึงที่นิยมใช้มาก ในการเพิ่มอุณหภูมิ นั่นก็คือ ฮีตเตอร์แบบแท่ง (Cartridge heater) ในบทความนี้ เราจะนำเสนอปัจจัยที่จำเป็นในการเลือกฮีทเตอร์ และขั้นตอนการคำนวนหาขนาดที่เหมาะสมกันนะครับ
1) พิจารณาพลังงานที่จำเป็นต้องใช้ของ ฮีทเตอร์ (W)
ค่าพลังงานที่จำเป็นต้องใช้ของฮีทเตอร์ สามารถ คำนวนได้จาก มวลของวัตถุที่ต้องการเพิ่มอุณหภูมิ ค่าความจุความร้อนของวัตถุ ความต่างของอุณหภูมิที่ต้องการเพิ่ม ระยะเวลาที่ต้องการให้อุณหภูมิขึ้นถึงจุดที่ต้องการ รวมไปถึง ประสิทธิภาพของฮีทเตอร์ โดยสามารถดูการคำนวนได้ตามสูตรด้านล่าง
ทั้งนี้ การคำนวนประสิทธิภาพของฮีทเตอร์อย่างแม่นยำนั้นทำได้ยาก เนื่องจากชิ้นส่วนทำความร้อนและ โดยทั่วไปค่าที่เหมาะสมจะอยู่ที่ประมาณ 0.2 ～ 0.5
*ค่าอ้างอิงของความถ่วงจำเพาะและค่าความจุความร้อนของวัสดุแต่ละชนิดได้จากตารางข้างล่างนี้
| วัสดุ | ความถ่วงจำเพาะ (g/cm3) | ค่าความจุความร้อนจำเพาะ(kcal/kg℃) |
| อะลูมิเนียม (A7075P) | 2.80 | 0.230 |
| เหล็กกล้า | 7.85 | 0.113 |
| สเตนเลส | 7.82 | 0.110 |
| ทองเหลือง | 8.70 | 0.100 |
2) พิจารณาจำนวนฮีทเตอร์ที่จะใช้ และปริมาณความร้อน (W) ของฮีทเตอร์แต่ละตัว
เนื่องจากขนาดและชนิดของวัตถุมีผลต่อระยะเวลา และความสม่ำเสมอในการแผ่ความร้อน เราจึงควรออกแบบจำนวนและตำแหน่งของ ฮีทเตอร์ให้เหมาะสมกับงานของเรา โดยหากเราใช้จำนวนฮีทเตอร์น้อยเกินไป นอกจากจะทำให้ความร้อนไม่เสถียร และใช้เวลานานแล้ว ยังอาจทำให้จุดที่อยู่ใกล้ฮีทเตอร์ ได้รับความร้อนมากเกินความจำเป็นอีกด้วย
โดยปริมาณพลังงาน (W) ของฮีทเตอร์แต่ละตัวนั้น คำนวนได้จาก ปริมาณความร้อนรวมที่คำนวนได้จากข้อที่ 1 หารด้วยจำนวนฮีทเตอร์ที่ต้องการใช้
3) เลือกขนาดของฮีทเตอร์ที่เหมาะสม
3.1) คำนวนหาขนาดของฮีทเตอร์ที่สามารถผลิตได้ ก่อนอื่นเรามาดูกันก่อนนะครับว่ามีค่าอะไรบ้าง ที่เรานำมาใช้ในการคำนวน พลังงานไฟฟ้า (W) : เป็นค่าพลังงานไฟฟ้าที่ใช้สำหรับฮีทเตอร์แต่ละตัว (จากข้อ2)
ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของฮีทเตอร์ (cm) : ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางเฉพาะส่วนหัวของฮีทเตอร์ที่ผลิตความร้อนเท่านั้น
ความยาวของฮีทเตอร์ (cm) : ความยาวเฉพาะส่วนผลิตความร้อนของฮีทเตอร์ ซึ่งจะสั้นกว่าความยาวของปลอกที่เห็นภายนอก โดยแต่ละรุ่นจะไม่เท่ากัน ต้องดูข้อมูลจากแคตตาล๊อกของผู้ผลิต
ความหนาแน่นของพลังงานไฟฟ้า (W/cm2) : เป็นค่าที่บอกความหนาแน่นของพลังงานความร้อนต่อขนาดพื้นที่ 1 ตารางเซนติเมตร ฮีทเตอร์ที่มิซูมิสามารถผลิตได้ จะมีค่าตั้งแต่ 2 ถึง 15 ยิ่งค่านี้มากขึ้นก็จะยิ่งทำความร้อนได้เร็วขึ้น
โดยมีตัวอย่างอ้างอิงการแสดงความสัมพันธ์ของระดับความหนาแน่นของพลังงานต่ออุณหภูมิและเวลา จากกราฟด้านล่าง
ปัจจัยควบคุม
1. ขนาดฮีทเตอร์ : เส้นผ่านศูนย์กลาง 10mm, ยาว 65mm (ความยาวส่วน ฮีทเตอร์ 50mm)
2. วัตถุที่ทำการให้ความร้อน : อลูมิเนียม ขนาด 60x50x20 mm
3. ทำการวัดอุณหภูมิที่จุดกลางพื้นผิวอลูมิเนียม
ในกราฟจะเป็นผลการทดลองให้ความร้อนกับอลูมิเนียมโดยฮีทเตอร์ที่มี ความหนาแน่นของพลังงานไฟฟ้าต่างๆกัน จะเห็นได้ว่ายิ่งความหนาแน่นของพลังงานไฟฟ้า มากขึ้นก็จะยิ่งเร่งความร้อนได้เร็วขึ้นเช่นกัน
จากปัจจัยข้างต้นที่ได้กล่าวไปเราสามารถคำนวนหาค่าเหมาะสม ได้จากสูตรด้านล่าง
* หากค่าความหนาแน่นของไฟฟ้า ที่คำนวนได้เกินกว่า 15 W/cm2 ก็ให้เพิ่มขนาดของฮีทเตอร์แทน เพื่อลดความหนาแน่นของพลังงาน
* ควรระวังหน่วยในการคำนวนให้ดี
4) เลือกแรงดันไฟของ ฮีทเตอร์ (V)
แรงดันไฟของฮีทเตอร์มักจะอ้างอิงตามแรงดันไฟที่ใช้ในเครื่องจักรนั้นๆ และจะมีผลในการเลือกใช้คอนโทรลเลอร์สำหรับควบคุมการจ่ายไฟให้ฮีทเตอร์เช่นกัน
จบไปแล้วนะครับสำหรับวิธีการเลือกใช้ฮีทเตอร์แบบแท่ง (Cartridge heater) หวังว่าจะเป็นประโยชน์กับเพื่อนๆในการเลือกได้มากขึ้นนะครับ หากเพื่อนๆมีข้อสงสัยหรืออยากทราบข้อมูลทางวิศวกรรมเรื่องอะไรเพิ่มเติม ก็เขียนมาบอกกันได้ในกล่องข้อความด้านล่างเลยนะครับ
