Cabos de aquecimento: tipos e aplicações

Cabos de aquecimento - um tipo específico de cabo que converte energia elétrica em calor para aquecimento e desempenha a função de um receptor de energia elétrica, em vez de uma linha de transmissão. Os cabos de aquecimento são significativamente diferentes dos cabos e fios comuns, cujo objetivo é transmitir energia elétrica com a menor perda e com uma ligeira queda de tensão que não seja o comprimento da linha (geralmente não superior a 5%).

O cabo de aquecimento é usado como seções de aquecimento, isto é, segmentos de um determinado comprimento, e nesse comprimento há uma queda completa na tensão aplicada. Portanto, a seção de aquecimento deve ser considerada como um receptor convencional de energia elétrica (como um dos tipos de elementos de aquecimento elétrico).

O comprimento das seções de aquecimento de cabos geralmente varia de vários metros a várias centenas de metros.

Negativo para cabos convencionais, o efeito de dissipação de parte da energia transmitida na forma de calor é usado como útil no aquecimento de cabos. Além disso, a conversão de energia elétrica em calor ocorre da maneira mais ótima e econômica. A conversão é completa, silenciosa, sem o uso de substâncias adicionais (combustível, oxidante).

Os cabos de aquecimento têm uma faixa bastante desenvolvida e são usados ​​em uma ampla variedade de instalações e dispositivos. No entanto, eles se referem a produtos de cabos peculiares e na literatura praticamente não há trabalhos sobre o design, cálculo e uso de cabos de aquecimento.

Tipos de cabos de acordo com o esquema de dissipação de calor

Linear resistivo - cabos de aquecimento nos quais o calor é liberado devido ao efeito Joule-Lenz quando a corrente elétrica passa pelo núcleo de aquecimento. O cabo é projetado de tal maneira que ocorre uma queda completa da tensão aplicada no núcleo de aquecimento, mas os elementos do cabo não superaquecem acima dos valores permitidos.

O comprimento da seção de aquecimento é geralmente de alguns a centenas de metros. Os cabos deste tipo podem ter um, dois ou mais núcleos de aquecimento paralelos com uma forma linear ou espiral. O corte arbitrário de cabos ao longo do comprimento é inaceitável.

A potência térmica dos cabos lineares resistivos diminui ligeiramente durante o aquecimento, e a magnitude da mudança depende do coeficiente de temperatura da resistência do material do núcleo de aquecimento. As menores alterações na resistência são observadas em ligas de alta resistência (TKr + 0,0001), as maiores em cobre (TKr + 0,004)

Zonal resistiva os cabos de aquecimento não diferem em princípio dos anteriores, mas diferem fundamentalmente em seu design. Eles contêm dois condutores isolados em paralelo.

O isolamento de condutores condutores periodicamente localiza “janelas” deslocadas uma da outra com uma determinada etapa (geralmente cerca de 1 m). Uma bobina fina de fio de liga de alta resistência é sobreposta sobre esses dois núcleos.

Nas "janelas" a espiral se fecha nos fios condutores, como resultado, o cabo representa um conjunto de resistências (resistores) conectados em paralelo aos fios condutores. Em cada um deles há uma queda completa na tensão aplicada. O cabo zonal é conveniente, pois pode ser cortado em qualquer lugar. O comprimento mínimo da seção de aquecimento é de 1,5 - 2 m.

O comprimento máximo é determinado pela seção transversal dos condutores e potência linear.Como o elemento de aquecimento dos cabos da zona resistiva é feito de ligas de alta resistência, sua potência é praticamente independente da temperatura, portanto, eles também são chamados de cabos de energia constantes.

Cabos auto-reguláveis ter um design parcialmente semelhante ao design dos cabos da zona resistiva. Eles também contêm dois condutores paralelos, mas não isolados. Os condutores são colocados em uma matriz condutora de polímero ou conectados através de roscas condutoras de polímero em espiral.

O efeito da auto-regulação é alcançado devido ao fato de o elemento combustível do cabo, feito de um material condutor de polímero, aumentar significativamente sua resistência quando aquecido. O valor de Tcr do polímero condutor atinge 0,05-0,075, isto é, 12-18 vezes mais que o do cobre.

Cabos de aquecimento indutivo em seu projeto, eles contêm elementos ferromagnéticos, e condutores isolados condutores são colocados ao redor dos elementos ferromagnéticos na forma de um enrolamento que induz um fluxo magnético alternado no núcleo. O efeito de liberação de calor é obtido devido a perdas resistivas no enrolamento e devido a perdas resistivas no núcleo decorrentes de correntes induzidas.

A proporção entre essas e outras perdas é determinada pelo design do cabo. As perdas no núcleo podem ser de 80 a 20% da perda total de cabos. No primeiro caso, as perdas no enrolamento são pequenas e são levemente aquecidas devido às suas próprias perdas, o que permite obter uma potência linear significativamente maior em comparação aos cabos resistivos.

O método de aquecimento de tubulações usando o "efeito SKIN" também pode ser considerado como uma das opções para o cabo indutivo. Nesse caso, o papel do enrolamento de indução é desempenhado por um núcleo isolado de grande seção transversal, e o papel do indutor é o tubo de aço no qual esse núcleo está localizado. O calor é gerado no núcleo e no tubo devido a correntes de Foucault induzidas.

Pedidos de cabos de aquecimento

Os dispositivos que usam cabos de aquecimento podem ser dramaticamente diferentes em tamanho, temperatura operacional e produção de calor. Portanto, a gama de aplicações para cabos de aquecimento é muito ampla.

Roupas aquecidas, cobertores, tapetes - cobertores e tapetes elétricos, almofadas de aquecimento, assentos aquecidos, roupas e sapatos aquecidos. Como regra, eles têm baixa potência (10 - 50 W) e uma temperatura operacional que é segura para os seres humanos, ou seja, não superior a 50 ° C. Esse grupo pode incluir aquecedores domésticos de baixa potência: aquecedores de comida para bebê, descongeladores de geladeira que usam cabos de aquecimento.

Sistemas de aquecimento ambiente - neles, os cabos de aquecimento são utilizados como elemento combustível, distribuídos de maneira mais ou menos uniforme na área da sala. Se necessário, os cabos podem ser montados nas paredes e no teto. A melhor opção para instalar cabos em termos de transferência de calor, armazenamento de calor, segurança e proteção é instalar o cabo na espessura de uma mesa de cimento, colocada sob um revestimento decorativo de piso.

A temperatura na superfície aquecida é geralmente de 22 a 26 ° C, mas pode chegar a 35 ° C. A potência específica dos sistemas de aquecimento de piso varia na faixa de 70 a 150 W / m². Os sistemas de armazenamento têm potência de até 200 W / m². A potência total do sistema pode ter limites muito amplos: de 100 watts a dezenas e centenas de quilowatts.

Sistemas de degelo para calçadas, escadas abertas, rampas. Como no caso anterior, os cabos são dispostos na espessura da base de concreto. Esses sistemas funcionam apenas no momento em que a neve cai na superfície desses objetos ou forma de gelo.

A potência específica dos sistemas de aquecimento para superfícies abertas varia na faixa de 200 a 350 W / m². A capacidade total do sistema varia de várias a dezenas de centenas de quilowatts.

Isso também inclui sistemas anti-gelo para instalações esportivas (campos de futebol, esteiras, pistas de corrida, quadras de tênis), trechos perigosos de rodovias (subidas, descidas, curvas fechadas), pistas. A potência específica de aquecimento desses sistemas pode chegar a 500W / m², e a potência total - vários megawatts.

Sistemas de degelo no telhado servem para prevenir: entupimento de gelo dos caminhos do fluxo de água, formação de pingentes de gelo e remoção de neve e gelo de áreas perigosas. Os cabos de aquecimento são colocados ao longo dos caminhos do fluxo de água, em canos de esgoto, em beirais, canhões de água, em vales e cruzamentos.

Os cabos de aquecimento usados ​​nesses sistemas têm, em regra, uma potência linear de 25 ou mais watts por metro. A capacidade total do sistema depende do design e tamanho do telhado de um edifício específico e varia de 1 a 2 centenas de quilowatts.

A temperatura na superfície dos sistemas anticongelantes na ausência de neve e gelo e a uma temperatura ambiente negativa é geralmente de +5 - 7 ° C. Durante o derretimento da neve e do gelo, a temperatura da superfície é apenas uma fração de grau superior a 0 ° C. Se a temperatura ambiente estiver acima de + 5 ° C, os sistemas anti-gelo são desligados por desnecessário.

Sistemas de aquecimento para tubulações e tanques. Os sistemas de tubulação são longos e ramificados e os cabos de aquecimento são os mais adequados para o aquecimento. Na prática, como regra, existem dois tipos de sistemas de aquecimento - impedindo o congelamento e mantendo a temperatura no tubo acima do normal (acima de + 20 ° C). O principal objetivo de ambos os tipos de sistemas é compensar a perda de calor do tubo (ou tanque) no meio ambiente.

As seções de aquecimento são montadas na parte superior do tubo (tanque) e todas juntas são fechadas por isolamento térmico. A potência linear dos sistemas de aquecimento de tubulações é geralmente de 10 a 60 W / m. A capacidade total do sistema depende do comprimento da tubulação.A potência específica dos sistemas de aquecimento de tanques é de 10 a 80 por 1 m². A superfície aquecida e o total dependem do tamanho do tanque.

O objetivo dos sistemas anticongelantes é eliminar a formação de plugues de gelo e a ruptura de dutos, portanto, é suficiente manter + 5 ° C no tubo. Os sistemas de manutenção da temperatura podem variar muito na temperatura exigida no tubo (tanque): +40 é suficiente para transportar óleo e muitas soluções aquosas ° C, e para betume requer 160-180 ° C.

Sistemas de aquecimento para equipamento tecnológico diferem em uma ampla variedade de propósitos, temperaturas exigidas, capacidades específicas e são desenvolvidas com base em uma abordagem individual.