Convecção completa, convecção forçada, convecção focalizada, convecção recirculada – a lista de termos continua crescendo. Se eu, que trabalho há muito tempo com soluções de têmpera, tenho dificuldade em entender todos os termos usados na indústria… Imagina o quão difícil deve ser para os processadores de vidro lidar com toda a terminologia existente, com diferentes fabricantes inventando seus próprios termos. Até mesmo algumas fontes científicas usam termos diferentes. A têmpera, como indústria, ainda é relativamente pequena. Essa é uma das razões pelas quais a terminologia não é padronizada e muitas vezes causa confusão, especialmente no que diz respeito aos sistemas de convecção. Este artigo visa esclarecer as diferenças, fornecendo dados científicos com o apoio de imagens reais.
A convecção completa talvez seja o termo mais incompreendido em toda a indústria. Em geral, eu diria que as pessoas estão usando o termo para descrever um sistema de convecção, onde o movimento de ar de convecção é gerado com algum tipo de soprador, que recircula o ar dentro da seção de aquecimento. Infelizmente, essa talvez seja uma das suposições mais enganosas neste setor. Isso já enganou muitas pessoas. Há algo de lógica nisso, mas infelizmente essa lógica é guiada pelas mensagens de marketing dos fabricantes de linha de têmpera, não pelas leis reais da física.
Isso remonta à época em que os revestimentos de baixa emissividade chegaram ao mercado e os fabricantes de linhas de têmpera começaram a inovar em novas tecnologias para processar os novos revestimentos. As linhas tradicionais de têmpera não apresentaram bom desempenho com os novos revestimentos, uma vez que se basearam quase totalmente no aquecimento por radiação dos elementos de aquecimento. A inovação, nessa época, foi adicionar um sistema de convecção para aquecer os vidros revestidos com mais eficiência, uma vez que o objetivo principal dos vidros revestidos é refletir o calor irradiante.
TERMO 1: A convecção é a transferência de calor, onde o calor é deslocado de um lugar para outro ao longo de um fluido. Nas linhas de têmpera, esse fluido é o ar.
Este processo de transferência de calor fluido significava adicionar um sistema nas linhas de têmpera que criava o movimento de ar, que é chamado de sistema de convecção forçada. Isso difere da convecção natural, onde o fluido se desloca naturalmente devido às diferenças de temperatura que afetam a densidade do ar.
TERMO 2: A convecção forçada é gerada com algum tipo de fonte externa. Atualmente, nas linhas de têmpera, os compressores e os diferentes tipos de ventiladores criam a convecção. Todos eles são sistemas de convecção forçada.
À medida que os revestimentos se desenvolveram mais, foi necessário continuar inovando nos sistemas de convecção e aquecimento. A abordagem científica para isso é clara: O revestimento de baixa emissividade térmica está concebido para refletir a radiação. Quanto maior for a quantidade de fluxo total de calor durante o aquecimento do vidro por convecção, menor será o papel da emissividade do revestimento no aquecimento. Então, em teoria: se 100% do aquecimento pudesse ser tratado com convecção, basicamente não importaria qual tipo de vidro você colocaria no forno – transparente ou revestido. A velocidade de aquecimento seria a mesma.
TERMO 3: O fluxo total de calor durante o aquecimento significa todas as fontes de calor calculadas em conjunto. Existem três métodos de transferência de calor nas linhas de têmpera: condução, radiação e convecção. A percentagem de fluxo de calor por convecção indica a quantidade de aquecimento por convecção em relação à condução, através dos rolos, e da radiação dos elementos de aquecimento e todas as estruturas dentro da seção de aquecimento.
Nessa época, as principais fontes de convecção forçada eram um compressor externo e um ventilador dentro do sistema de aquecimento – e isso ainda é válido hoje em dia. Os fabricantes de linhas de têmpera descobriram que para alcançar uma percentagem mais alta de calor por convecção para o fluxo de calor total para o vidro, era mais prático usar um sistema em que um ventilador ou soprador recirculasse o ar dentro da seção de aquecimento.
TERMO 4: A recirculação por convecção significa um sistema de convecção forçada onde o ar quente de convecção é recirculado dentro da seção de aquecimento e não é liberado por ele.
Aqui é onde surgiu o grande mal-entendido. Essa descoberta foi uma descoberta geral com certas suposições. Isso não significa que todos os sistemas de convecção de recirculação seriam automaticamente excelentes. Desde o princípio, a suposição era – e ainda é uma de muitas – que os sistemas de convecção de recirculação são automaticamente mais rápidos e mais eficientes energeticamente que os sistemas de convecção com ar comprimido externo.
Vamos dar um exemplo: Se eu colocar um ventilador muito pequeno no interior, deslocando um pouco de ar em um lado da câmara de aquecimento para criar aquecimento por convecção de recirculação, eu tenho uma câmara de aquecimento superior? Claro que não! Ele tem convecção de recirculação, mas não tem nada a ver com um sistema de convecção eficiente. O foco principal é como esse ar de aquecimento afeta a superfície do vidro.
A física não mudou com o passar do tempo, embora em algumas discussões pareça que sim. O princípio base ainda é o mesmo: uma percentagem mais alta de aquecimento por convecção do fluxo total de calor é geralmente melhor. Um fluxo de calor 100% por convecção significaria uma convecção completa.
TERMO 5: A convecção completa é a fantasia dos fornos de têmpera: algo que alguns de nós sonhamos, mas impossível de encontrar no mundo real.
Os fabricantes de linhas de têmpera podem utilizar mal os dados da física ao qualificar uma linha de têmpera como um sistema de convecção completa. Isso cria enormes mal-entendidos. Hoje podemos ver o resultado: as pessoas estão usando a “convecção completa” como um termo geral para colocar todas as linhas de têmpera, com qualquer tipo de sistema de convecção de recirculação, na mesma categoria comparável. Isso, é claro, não serve para ninguém, exceto talvez a certos fabricantes de linhas de têmpera que utilizam essa categoria sem justificativa.
Em vez de falar da tecnologia usada para criar a convecção forçada, proponho que analisemos o desempenho real de diferentes sistemas de convecção. Aqui estão os problemas mais válidos:
Quando olho para a indústria, vejo três categorias de desempenho do sistema de convecção em termos de desempenho convectivo:
Por convecção limitada entende-se os sistemas em que a convecção do fluxo total de calor ao produzir vidro de baixa emissividade térmica seja inferior a 20%. Em geral, esses sistemas tendem a ter um desempenho ruim com o vidro de baixa emissividade térmica. Um exemplo disso seria um sistema de convecção com baixa quantidade de ar comprimido, controle deficiente ou ambos. O segundo exemplo é um sistema recirculado de convecção com baixa capacidade de movimentação de ar, que pode ser causado por um motor de baixa potência ou tubos pequenos, juntamente com uma má uniformidade da convecção através da seção de aquecimento.
Na categoria de convecção assistiva, o aquecimento por radiação é fortemente compatível com a convecção. O fluxo total de calor por convecção é de 20 a 50%. O desempenho final do sistema de aquecimento por convecção é uma combinação de eficiência de transferência de calor e uniformidade e precisão de transferência de calor. O fluxo total de calor pode estar próximo de 50%, mas se a convecção não for uniforme, os resultados também não serão.
O sistema de convecção ilustrado abaixo pertence à categoria de convecção assistiva. Ele possui um sistema recirculado de convecção, onde o ar se desloca primeiro para os blocos de divisão de ar e daí para os tubos com furos neles. Este é um ótimo exemplo em que a recirculação, como tal, não significa que o fluxo de calor por convecção seja necessariamente alto. Além disso, é um ótimo exemplo de um sistema que garante desafios com uniformidade geral.
Imagem 1: A estrutura superior de um sistema recirculado de convecção visto de onde estaria o vidro, de baixo.
Talvez você pergunte como posso dizer com certeza que o fluxo de calor por convecção não é bom? Isso é realmente fácil de detectar. A principal fonte de calor nos fornos elétricos são os aquecedores. Se o vidro “enxerga” os aquecedores, quase sempre significa que o fluxo total de calor por convecção não pode ser superior a 50%, já que a radiação desempenhará automaticamente um papel importante.
Então, como eu posso dizer que este sistema terá problemas com a uniformidade da convecção? Isso não é tão fácil de detectar, porque é baseado no comportamento do movimento de ar. Este sistema tem uma fonte de movimento de ar – o ventilador – que transfere o ar quente para um longo coletor de ar. A partir daí, o ar é dividido em tubos de convecção com orifícios. Uma vez que o diâmetro do tubo de convecção é tão pequeno e os furos são relativamente grandes, é óbvio que o nível de pressão do ar de convecção em diferentes extremidades do tubo simplesmente não pode ser semelhante. Isso significa uma má uniformidade da convecção, que na têmpera leva a problemas de qualidade com cargas maiores.
Vale ressaltar que existem diferenças de nível de desempenho muito grandes nessa categoria. Mesmo se o fluxo de calor por convecção fosse de ~30 a 40%, muitas vezes há diferenças significativas no desempenho real de tais sistemas de aquecimento. Um bom exemplo é a convecção de ar comprimido com controle extremamente alto da precisão. Em geral, este sistema funciona com alto desempenho em termos de qualidade e capacidade de saída, uma vez que é mais preciso do que os sistemas de convecção parcial de classe superior.
A categoria com convecção como o principal método de aquecimento tem uma característica em comum: o vidro não vê os elementos de aquecimento. Ainda assim, todas as estruturas dentro da câmara de aquecimento estão quentes e, portanto, irradiam calor. Mas a radiação das estruturas proporciona uma menor eficiência, uma vez que a temperatura é mais baixa que o elemento de aquecimento em si. Nesta categoria, a ideia é aquecer o ar e depois o ar aquece o vidro. Mesmo esta categoria não é convecção completa. Atualmente, este é o mais próximo que a indústria de têmpera pode chegar.
Imagem 2. Um sistema recirculado de aquecimento desde o ponto de vista do vidro, foto tirada de baixo.
Esta categoria também varia em termos de desempenho de aquecimento. Ela possui o fluxo de calor de convecção mais alto. No entanto, para ter um bom desempenho, também precisa ter a uniformidade e a precisão necessárias para formatos de vidro mais desafiadores.
Ao fazer sua próxima avaliação do sistema de aquecimento, aqui está uma lista de pontos em que se deve prestar atenção:
Isso lhe dará uma boa compreensão do nível real de desempenho dos diferentes sistemas que você pode usar em sua produção.
Neste momento, tenho um pedido para você como leitor. Por favor, não use o termo convecção completa de forma imprudente. Como não estamos na indústria de fornos de pizza, não tratemos as linhas de têmpera como tal. Nem todos os fornos de recirculação são iguais.
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