Elementos de aquecimento modernos

No artigo "Resistências elétricas" Foi dito principalmente sobre elementos de aquecimento tubulares - elementos de aquecimento e espirais abertas. Além disso, existem muitos outros elementos, alguns dos quais quase da mesma idade da espiral aberta, enquanto outros surgiram relativamente recentemente, graças ao desenvolvimento de tecnologias modernas. Sobre esses aquecedores, novos e não muito, serão discutidos neste artigo.

Elementos de aquecimento por infravermelho

Eles são usados ​​em vários dispositivos, principalmente aquecedores infravermelhos para aquecimento ambiente. Simplificando, esses são aparelhos de aquecimento que criam conforto em uma casa, apartamento, escritório ou oficina. Para várias condições, uma grande variedade de modelos de aquecedores é usada. Aquecedores infravermelhos também podem ser usados ​​em vários equipamentos tecnológicos onde é necessário o aquecimento de certos objetos.

Um exemplo impressionante desse equipamento tecnológico são as estações de solda por infravermelho e os modernos gabinetes e fornos de aquecimento de laboratório. O aquecimento por infravermelho é amplamente utilizado na soldagem em grupo de placas de circuito impresso com componentes SMD.

Figura 1. Instalação da solda em grupo com aquecimento IR: 1 - ventilação de exaustão, 2 - matriz de lâmpadas IR, 3 - placa, 4 - lâmpada IR, 5 - refletor, 6 - dispositivo de refrigeração, 7 - transportador

Radiação infravermelha, o que é e como funciona

A radiação infravermelha é um dos componentes do espectro solar. Os raios infravermelhos estão localizados na área de menor frequência da luz solar. São eles que nos trazem calor para a Terra. Ao mesmo tempo, os raios infravermelhos passam sem impedimentos pelo ar sem aquecê-lo. A superfície da terra é aquecida e tudo o que é encontrado no caminho da luz solar. E só então, o ar esquenta de objetos quentes. É por isso que o ar é fresco pela manhã até o sol nascer. Aquecedores infravermelhos, que são a base de processos industriais e aquecedores domésticos.

Obviamente, a faixa de aquecedores infravermelhos fabricados pelo homem não é tão ampla quanto a da luz solar, e está na região de comprimento de onda longo da faixa de infravermelho com comprimento de onda de λ = 50–2000 μm. Além disso, quanto menor a temperatura do corpo aquecido, maior o comprimento de onda. Em geral, a faixa de radiação IR é muito mais ampla e é dividida em três subfaixas

• região de ondas curtas: λ = 0,74-2,5 mícrons,

• região da onda média: λ = 2,5-50 mícrons,

• região de comprimento de onda longo: λ = 50-2000 mícrons,

mas os elementos de aquecimento infravermelho funcionam apenas na parte do comprimento de onda longo do espectro IR. Vários elementos de aquecimento IR são a base para a criação de aquecedores infravermelhos. Como o calor dos elementos de aquecimento infravermelho é transmitido principalmente pela radiação de calor, eles são chamados de emissores de infravermelho.

Como são organizados os aquecedores de infravermelho?

De fato, o design do aquecedor de infravermelho é simples e despretensioso: o elemento de aquecimento - o radiador é colocado no alojamento de um ou outro design, dentro do gabinete há um refletor - refletor, terminais para conexão do radiador e terminais externos para fios externos. A Figura 2 mostra apenas uma versão tão simples do aquecedor.

Figura 2. Projeto do aquecedor de infravermelho: 1 - refletor (refletor), 2 - rede de proteção, 3 - interruptor, 4 - suporte de montagem, 5 - lâmpada de carbono por infravermelho, 6 - tampa, 7 - caixa de terminais, 8 - cabo de alimentação, 9 - um garfo.

É imediatamente evidente que o aquecedor deste projeto é muito semelhante a um holofote para lâmpadas de halogênio, usado para iluminar publicidade, fachadas de edifícios, degraus da varanda, parte do quintal perto da casa. Em geral, uma área relativamente pequena, a chamada iluminação local.

Portanto, com a ajuda de aquecedores de infravermelho, também é possível aquecer não toda a área da sala, mas apenas parte dela. A economia de energia é perceptível a olho nu: por que aquecer a sala inteira se você pode aquecer apenas um canto? Um exemplo de aquecimento individual de um trabalhador de escritório é mostrado na Figura 3.

Figura 3. Aquecimento por infravermelho

Essa é exatamente a opção de aquecimento que pode ser obtida usando o aquecedor mostrado na Figura 2. Se você deseja fazer aquecimento, por exemplo, em um café, precisará de aquecedores com um design ligeiramente diferente que possa ser instalado no teto, como lâmpadas com lâmpadas fluorescentes. Esta opção é mostrada na Figura 4. Em princípio, os aquecedores podem ser pendurados sobre cada mesa ou simplesmente em um padrão quadriculado.

Figura 4. Aquecimento total

Você pode encontrar muitos esquemas de aquecimento semelhantes, porque os aquecedores de infravermelho são usados ​​para aquecer salas muito grandes: oficinas, armazéns, oficinas e até pequenas áreas externas. Por exemplo, pode ser um mirante perto da casa ou uma varanda de restaurante com mesas. O aquecedor infravermelho mostrado na Figura 2 usa uma lâmpada de carbono infravermelho, o que é, como está organizado e quais são suas propriedades?

Lâmpada de carbono

É um tubo de vácuo feito de vidro de quartzo, dentro do qual existe um elemento radiante feito de fibra de carbono (carbono), mais precisamente de várias fibras torcidas em um feixe. Às vezes, esse elemento radiante é chamado de espiral de carbono, embora isso não esteja totalmente correto.

A fibra de carbono apareceu relativamente recentemente, mas ganhou grande popularidade em várias tecnologias. Não são feitos apenas emissores de carbono. Usando tecnologias especiais, a fibra de carbono é feita de fibra de carbono.

A gama de aplicações de plásticos de carbono é muito ampla, cerca de vinte direções: da tecnologia de aeronaves e foguetes a cordas para instrumentos musicais. Os plásticos de carbono são amplamente utilizados na indústria automotiva, principalmente em carros esportivos. Quem gosta de pesca amadora e esportiva, aprecia todos os encantos das varas de carbono.

A fibra de carbono tem uma estrutura fibrosa, o que aumenta significativamente a área de radiação. Esta área é dezenas e centenas de vezes maior que a área da espiral de níquel, tungstênio, cerâmica, flamentina ou outros materiais. Uma área tão desenvolvida leva ao fato de que a transferência de calor de fibra de carbono é 30 ... 40% maior que a dos elementos de aquecimento convencionais.

Quando a tensão é aplicada, a fibra de carbono se aquece instantaneamente, imediatamente começa a produção de calor radiante e sem radiação prejudicial na parte ultravioleta do espectro. A transferência de calor aumentada de fibra de carbono leva a um consumo de energia mais econômico do que os aquecedores convencionais feitos de espiral de nicrômio.

Com o mesmo consumo de energia, os aquecedores de carbono geram mais calor. O calor não fica abaixo do teto, como no caso de aquecimento, por exemplo, um radiador de óleo ou uma bateria de aquecimento central.

A radiação óptica das lâmpadas de carbono é muito pequena. Um brilho vermelho ligeiramente visível não afeta a visão, não cega, mas o brilho ainda é perceptível. A Figura 5 mostra um aquecedor doméstico que funciona com lâmpadas de carbono.

Figura 5. Operação do aquecedor de carbono

Na parte superior do aquecedor existem interruptores que definem os modos de operação. No suporte do aquecedor, há um acionamento elétrico, criando um balanço do aquecedor em diferentes direções, como a maneira como os fãs fazem. Por essas voltas, é alcançado um aumento na área de aquecimento.

Veja também sobre este tópico:Fatos interessantes sobre aquecimento infravermelho

Aquecedores infravermelhos de cerâmica (emissores)

Eles são um aquecedor comum, "preso" em uma concha de cerâmica - o caso. A cerâmica é aquecida pelo calor do aquecedor e, a partir dele, os raios térmicos são emitidos para o ambiente externo. A concha de cerâmica tem uma área várias vezes a área do aquecedor; portanto, o calor é fornecido mais ativamente.

A aparência do aquecedor de cerâmica é mostrada na Figura 6. Esses aquecedores são freqüentemente chamados de aquecedores de infravermelho do painel. A forma dos painéis de aquecimento é a mais diversificada. O aquecedor pode ser plano, côncavo ou, pelo contrário, convexo.

Figura 6. Aparência de um aquecedor de cerâmica

Na superfície frontal, você pode considerar a configuração do aquecedor; na superfície traseira, existem fios isolados com contas de cerâmica. A temperatura de trabalho dos aquecedores de cerâmica é de 700 ... 750 graus, a potência superficial específica é de até 64 kW / m2. O poder dos aquecedores de cerâmica pode variar de várias dezenas de watts a vários quilowatts. O que é chamado, para todas as ocasiões.

Alguns tipos de aquecedores de cerâmica têm uma bobina aberta e visível, como o tipo HSR. A temperatura de operação do aquecedor é de 900 ° C, o aquecedor foi projetado para aquecimento rápido. A aparência do aquecedor HSR é mostrada na Figura 7.

Figura 7. Aquecedor do tipo HSR

Os aquecedores de infravermelho de cerâmica vêm em três tipos: volumétrico (sólido), oco, bem como aquecedores com um termopar embutido. Os elementos volumétricos são suficientemente inerciais, aquecem por um longo tempo e esfriam lentamente. Nos casos em que você precisa de aquecedor on / off periódico, são usados ​​aquecedores ocas.

Eles são menos inerciais, o que permite que sejam utilizados em vários processos tecnológicos, onde é necessário manter a temperatura exata do meio de trabalho, ativando / desativando periodicamente o emissor. Devido à massa reduzida, a taxa de aquecimento dos emissores ocos é 40% maior que a dos emissores a granel.

Ao contrário dos emissores a granel, a maior parte da radiação dos emissores ocos é direcionada para a frente. A radiação de volta é impedida por uma barreira térmica oca na parte traseira, que fornece condições de temperatura poupadoras para elementos das estruturas da caixa e também aumenta a eficiência do emissor. Comparada aos radiadores de volume de mesma potência, a redução no consumo de eletricidade chega a 15%.

Ao usar um radiador de volume, essa distribuição de calor só pode ser obtida usando um refletor. Alguns tipos de aquecedores de painel IR têm um termopar embutido tipo K ou J, que permite controle e regulação precisos da temperatura. É muito conveniente para uso em processos tecnológicos.

Existem muitos processos tecnológicos nos quais emissores de IR são usados. Aqui estão apenas alguns deles:

• Secagem de tinta (tintas bicomponentes, vernizes epóxi),

• Processamento de plásticos (vulcanização do PVC, termoformagem do plástico ABS, polietileno, poliestireno, partes de uma carroçaria, revestimento em pó)

• Secagem por adesivo

• Processamento de alimentos (manutenção de aquecidos, grelhados, esterilização e pasteurização),

• Têxteis (serigrafia, decalques em camisetas, latex em carpete),

• Beleza e saúde (cabines de calor infravermelho, saunas)

Edison Infrared Ceramic Lamps

Em relação aos emissores de cerâmica ocos, estão disponíveis com uma tampa E27, como uma lâmpada incandescente convencional. Essa base foi inventada há muito tempo pelo grande inventor T. Edison. É a letra "E" no nome da tampa que imortaliza o nome do inventor e 27 é o diâmetro da tampa em milímetros. O design é muito conveniente: eles simplesmente o aparafusaram em um cartucho, em vez de uma lâmpada incandescente, e imediatamente se aqueceu!

Acredita-se que esses aquecedores sejam mais frequentemente usados ​​na criação de animais.Mesmo em sites chineses com entrega gratuita, a partir de uma tradução automática desajeitada do inglês, você pode entender que esses aquecedores são projetados para vacas, galpões e pocilgas.

Por que esse radiador não pode ser pendurado se não estiver em casa, pelo menos no local de trabalho? Afinal, está longe de ser um segredo que nossos empregadores não se preocupem em criar condições normais de trabalho: no verão, não há ar condicionado suficiente e no outono, quando o aquecimento ainda não foi ligado, é necessário vestir uma jaqueta acolchoada de algodão na oficina, oficina ou no departamento de design.

Os refletores de metal estão disponíveis para os aquecedores da Edison, o que permite aumentar a transferência de calor na direção certa e reduzir o efeito térmico nas paredes e tetos. Na verdade, para os mesmos fins, os refletores usados ​​com outros tipos de aquecedores também servem. A aparência do aquecedor com a base E27 é mostrada na Figura 8.

Figura 8. Lâmpada infravermelha Edison

Naturalmente, é necessário parafusar essas “lâmpadas” em um cartucho de cerâmica de alta temperatura.

Emissores de quartzo e halogênio

Eles são um tubo de vácuo selado feito de vidro de quartzo, dentro do qual existe uma espiral de metal com alta resistência. De fato, isso lâmpadas halógenas de tungstênio convencionais. Dependendo do design da espiral, os emissores são divididos em duas faixas de radiação infravermelha - emissores de ondas médias e emissores de ondas curtas.

No primeiro deles, a espiral é em forma de estrela e, em segundo lugar, um filamento suportado está localizado dentro do tubo de quartzo, que é perfeitamente visível através do vidro de quartzo transparente. A questão é: por que fazer espirais de vários desenhos, qual é o resultado de tais pesquisas tecnológicas?

Os emissores de halogênio com um filamento suportado operam na faixa de alta frequência do infravermelho e fornecem a capacidade de aquecer até 2600 ° C. Este elemento de aquecimento possui um tempo de resposta de alta potência e muito rápido, o que o torna indispensável em processos cíclicos curtos, onde é necessária alta potência específica.

Resistências para aviões de aquecimento

O aquecimento a temperaturas tão altas está longe de ser sempre necessário e, nesses casos, é necessário usar outros aquecedores que transmitem calor não por radiação, mas em contato direto com o objeto aquecido. Nesse caso, a superfície de uma determinada área e forma é aquecida, plana e curva. Um desses tipos de aquecedores é o aquecedor elástico plano de silicone.

O silicone é um polímero organossilício composto por átomos de silício e carbono. Dependendo do peso molecular, esses polímeros podem ser líquidos (líquidos de organossilício), elásticos (borrachas de organossilício) ou produtos sólidos (plásticos de organossilício).

Os polímeros de organossilício têm boas características dielétricas, são caracterizados por alta resistência ao calor, boas propriedades repelentes à água, inércia fisiológica, o que permite que sejam usados ​​para criar elementos de aquecimento planos. Esse design é chamado de tapetes de aquecimento de silicone e é usado nos casos em que é necessário aquecimento uniforme de qualquer superfície.

Elementos de aquecimento de silicone

Eles são uma construção de duas camadas de silicone, entre as quais um fio de aquecimento ou um filme de aquecimento gravado é colocado, o que permite obter uma variedade de parâmetros do aquecedor. Para aumentar a resistência mecânica, o silicone é reforçado com fibra de vidro têxtil.

Esses aquecedores têm uma alta taxa de resposta (tempo curto de aquecimento / resfriamento), a precisão da manutenção da temperatura é bastante alta, especialmente se o aquecedor estiver equipado com um sensor de temperatura e um termostato.

As dimensões geométricas dos tapetes de silicone são pequenas, a espessura dos aquecedores começa em 0,7 mm, o que permite seu uso em diversas áreas, desde veículos aeroespaciais e terminando com o aquecimento de barris de óleo ou tintas.

Os aquecedores de silicone aumentam a resistência à umidade e à umidade; portanto, são recomendados para equipamentos de laboratório, aplicações na área de restauração e para proteger equipamentos eletrônicos de congelamento e condensação. A única restrição ao uso de elementos de aquecimento de silicone pode ser uma temperatura operacional relativamente baixa: 200 ° C em operação contínua e 230 ° C por um curto período de tempo. A aparência dos aquecedores de silicone é mostrada na Figura 9.

Figura 9. Aquecedores de silicone

O aquecedor do filme gravado é mostrado na Figura 10. Naturalmente, esse caminho condutor é mostrado condicionalmente; na verdade, é coberto por outra camada de silicone.

Figura 10

Aquecedores com elementos gravados, bem como aquecedores com fio de aquecimento, estão disponíveis em uma ampla variedade de formas e tamanhos; no entanto, os elementos gravados fornecem uma ampla variedade de esquemas de distribuição de calor. Além disso, a grande área do elemento de aquecimento gravado fornece uma densidade de potência mais alta e uma distribuição uniforme de calor. A distância entre os condutores gravados pode ser obtida um pouco menos do que no caso de usar um fio de aquecimento.

Para facilitar a instalação, muitos aquecedores de silicone no verso estão equipados com um filme autoadesivo. As modernas tecnologias adesivas possibilitam a criação de juntas duráveis, mesmo em temperaturas elevadas, nas quais os aquecedores de silicone funcionam, para que a conexão seja confiável e durável.

Aquecedores de barril são freqüentemente chamados de camisas térmicas. As mesmas camisas existem para aquecer recipientes, bem como o fundo de barris e recipientes. Naturalmente, esses aquecedores são planos e seus tamanhos correspondem às dimensões de barris ou contêineres. Aquecedores Micanite

Aplique também a elementos de aquecimento planos Sua base é o papel micanita. Sua base é uma migalha de mica natural, ligada a um aglutinante resistente ao calor. Várias camadas desse papel são prensadas e processadas sob alta pressão e temperatura, resultando em placas do tamanho desejado.

Para garantir desempenho e resistência mecânica, os "sanduíches" de micanita são produzidos em uma carcaça de metal fino, que permite criar aquecedores de várias formas. A Figura 11 mostra um aquecedor plano de micanita e um aquecedor de manguito. Esses aquecedores são usados ​​em equipamentos para processamento de plásticos, cuja temperatura de fusão está na faixa de 180 ... 240 ° C, o que é bastante aceitável para aquecedores de micanita.

Figura 11. Aquecedores Micanite

Para melhorar a transferência de calor, os aquecedores em caixas de metal são pressionados contra o elemento aquecido com suportes e braçadeiras de metal ou simplesmente amarrados com arame.

Atualmente, existem muitos sistemas e projetos diferentes de aquecedores que permitem executar tarefas tecnológicas. Neste artigo, apenas uma pequena parte deles foi descrita. Se alguém estiver seriamente interessado nesse problema, especificamente em qualquer tipo de aquecedor, a tecnologia de sua aplicação, essas informações sempre poderão ser encontradas nos mecanismos de pesquisa da Internet.

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