Elementos de calentamiento modernos.

En el articulo "Elementos de calefacción eléctrica" Se habló principalmente sobre elementos de calentamiento tubulares: elementos de calentamiento y espirales abiertas. Además, hay muchos otros elementos, algunos de los cuales tienen casi la misma edad que la espiral abierta, mientras que otros han aparecido relativamente recientemente, gracias al desarrollo de tecnologías modernas. Sobre estos calentadores, nuevos y no muy, se discutirán en este artículo.

Resistencias infrarrojas

Se utilizan en varios dispositivos, principalmente calentadores infrarrojos para calentar espacios. En pocas palabras, se trata de aparatos de calefacción que crean comodidad en una casa, apartamento, oficina o taller. Para diversas condiciones, se utiliza una amplia variedad de diseños de calentadores. Los calentadores infrarrojos también se pueden usar en varios equipos tecnológicos donde se requiere calentar ciertos objetos.

Un ejemplo sorprendente de tales equipos tecnológicos son las estaciones de soldadura por infrarrojos y los modernos gabinetes y hornos de calefacción de laboratorio. El calentamiento por infrarrojos se usa ampliamente en la soldadura grupal de placas de circuito impreso con componentes SMD.

Figura 1. Instalación de soldadura de grupo con calefacción IR: 1 - ventilación de escape, 2 - matriz de lámparas IR, 3 - placa, 4 - lámpara IR, 5 - reflector, 6 - dispositivo de enfriamiento, 7 - transportador

Radiación IR, qué es y cómo funciona

La radiación infrarroja es uno de los componentes del espectro solar. Los rayos IR se encuentran en el área de frecuencia más baja de la luz solar. Son ellos quienes nos traen calor a la Tierra. Al mismo tiempo, los rayos infrarrojos pasan sin obstáculos por el aire sin calentarlo en absoluto. La superficie de la tierra se calienta y todo lo que se encuentra en el camino de la luz solar. Y solo entonces, el aire se calienta a partir de objetos calientes. Es por eso que el aire es fresco por la mañana hasta que sale el sol. Calentadores infrarrojos, que son la base de la industria y calentadores domésticos.

Por supuesto, el rango de los calentadores IR artificiales no es tan amplio como el de la luz solar, y está en la región de longitud de onda larga del rango IR con una longitud de onda de λ = 50–2000 μm. Además, cuanto más baja es la temperatura del cuerpo calentado, más larga es la longitud de onda. En general, el rango de radiación IR es mucho más amplio y se divide en tres subrangos.

• región de onda corta: λ = 0.74-2.5 micras,

• región de media onda: λ = 2.5-50 micras,

• región de longitud de onda larga: λ = 50-2000 micras,

pero los elementos calefactores infrarrojos funcionan solo en la parte de onda larga del espectro IR. Varios elementos de calentamiento IR son la base para crear calentadores infrarrojos. Dado que el calor de los elementos de calentamiento por infrarrojos se transmite principalmente por radiación de calor, a menudo se les llama emisores de infrarrojos.

¿Cómo se organizan los calentadores IR?

De hecho, el diseño del calentador IR es simple y sin pretensiones: el elemento calefactor - el radiador se coloca en la carcasa de uno u otro diseño, dentro de la caja hay un reflector - reflector, terminales para conectar el radiador y terminales exteriores para cables externos. La figura 2 muestra una versión tan simple del calentador.

Figura 2. Diseño del calentador IR: 1 - reflector (reflector), 2 - red de protección, 3 - interruptor, 4 - soporte de montaje, 5 - lámpara de carbono infrarroja, 6 - cubierta, 7 - caja de terminales, 8 - cable de alimentación, 9 - un tenedor

Es inmediatamente evidente que el calentador de este diseño es muy similar a un foco para lámparas halógenas, que se utiliza para iluminar publicidad, construir fachadas, escalones del porche, parte del patio cerca de la casa. En general, un área relativamente pequeña, la llamada iluminación local.

Por lo tanto, con la ayuda de calentadores IR, también es posible calentar no toda el área de la habitación, sino solo una parte de ella. El ahorro de energía se nota a simple vista: ¿por qué calentar toda la habitación si puede calentar solo una esquina? Un ejemplo de calentamiento individual de un empleado de oficina se muestra en la Figura 3.

Figura 3. Calentamiento IR por puntos

Esta es exactamente la opción de calefacción que se puede obtener utilizando el calentador que se muestra en la Figura 2. Si desea calentar, por ejemplo, en un café, necesitará calentadores de un diseño ligeramente diferente que se puedan instalar en el techo, como lámparas con lámparas fluorescentes. Esta opción se muestra en la Figura 4. En principio, los calentadores se pueden colgar sobre cada mesa, o simplemente en un patrón de tablero de ajedrez.

Figura 4. Calentamiento completo

Puede encontrar muchos esquemas de calefacción similares, porque los calentadores IR se usan para calentar habitaciones bastante grandes: talleres, almacenes, talleres e incluso pequeñas áreas al aire libre. Por ejemplo, puede ser un mirador cerca de la casa o un porche de restaurante con mesas. El calentador infrarrojo que se muestra en la Figura 2 usa una lámpara de carbón infrarrojo, ¿qué es, cómo está organizado y cuáles son sus propiedades?

Lámpara de carbono

Es un tubo de vacío hecho de vidrio de cuarzo, dentro del cual hay un elemento radiante hecho de fibra de carbono (carbono), más precisamente de varias fibras retorcidas en un haz. A veces este elemento radiante se llama espiral de carbono, aunque esto no es del todo correcto.

La fibra de carbono ha aparecido relativamente recientemente, pero ha ganado gran popularidad en varias tecnologías. No solo los emisores de carbono están hechos de él. Utilizando tecnologías especiales, la fibra de carbono está hecha de fibra de carbono.

La gama de aplicaciones de los plásticos de carbono es muy amplia, alrededor de veinte direcciones: desde tecnología de aviones y cohetes hasta cuerdas para instrumentos musicales. Los plásticos de carbono son ampliamente utilizados en la industria automotriz, principalmente en autos deportivos. Los amantes de la pesca deportiva y aficionada aprecian todos los encantos de las barras de carbono.

La fibra de carbono tiene una estructura fibrosa, que aumenta significativamente el área de radiación. Esta área es decenas y cientos de veces más grande que el área de la espiral de nicromo, tungsteno, cerámica, flamentina u otros materiales. Tal área desarrollada conduce al hecho de que la transferencia de calor de la fibra de carbono es 30 ... 40% más alta que la de los elementos calefactores convencionales.

Cuando se aplica voltaje, la fibra de carbono se calienta instantáneamente, inmediatamente comienza la generación de calor radiante y sin radiación dañina en la parte ultravioleta del espectro. La mayor transferencia de calor de la fibra de carbono conduce a un consumo de energía más económico que los calentadores convencionales hechos de espiral de nicromo.

Con el mismo consumo de energía, los calentadores de carbono generan más calor. El calor no pasa por debajo del techo, como en el caso de la calefacción, por ejemplo, un radiador de aceite o una batería de calefacción central.

La radiación óptica de las lámparas de carbono es muy pequeña. Un resplandor rojo ligeramente visible no afecta la visión en absoluto, no cega, pero el resplandor aún se nota. La Figura 5 muestra un calentador doméstico en funcionamiento basado en lámparas de carbono.

Figura 5. Funcionamiento del calentador de carbono.

En la parte superior del calentador hay interruptores que configuran los modos de funcionamiento. En el soporte del calentador hay un accionamiento eléctrico que crea una oscilación del calentador en diferentes direcciones, de forma similar a como lo hacen los ventiladores. Con estos giros, se logra un aumento en el área de calentamiento.

Ver también sobre este tema:Datos interesantes sobre el calentamiento por infrarrojos.

Calentadores infrarrojos de cerámica (emisores)

Son un calentador ordinario, "encerrado" en una carcasa de cerámica: el caso. La cerámica se calienta por el calor del calentador, y ya desde él, se emiten rayos térmicos al ambiente externo. La carcasa de cerámica tiene un área varias veces mayor que el área del calentador; por lo tanto, el calor se administra más activamente.

La apariencia del calentador cerámico se muestra en la Figura 6. Estos calentadores a menudo se denominan calentadores infrarrojos de panel. La forma de los paneles calefactores es la más diversa. El calentador puede ser plano, cóncavo o, por el contrario, convexo.

Figura 6. Aspecto de un calentador cerámico

En la superficie frontal, puede considerar la configuración del calentador; en la superficie posterior hay cables aislados con cuentas de cerámica. La temperatura de trabajo de los calentadores de cerámica es de 700 ... 750 grados, la potencia de superficie específica es de hasta 64 kW / m2. El poder de los calentadores de cerámica puede variar desde varias decenas de vatios hasta varios kilovatios. Lo que se llama, para todas las ocasiones.

Algunos tipos de calentadores de cerámica tienen una bobina abierta y visible, como el tipo HSR. La temperatura de funcionamiento del calentador es de 900 ° C; el calentador está diseñado para un calentamiento rápido. La apariencia del calentador HSR se muestra en la Figura 7.

Figura 7. Calentador tipo HSR

Los calentadores IR de cerámica vienen en tres tipos: volumétricos (sólidos), huecos, y también calentadores con termopar incorporado. Los elementos volumétricos son suficientemente inerciales, se calientan durante mucho tiempo y se enfrían lentamente. En los casos en que necesite un calentador de encendido / apagado periódico, se utilizan calentadores huecos.

Son menos inerciales, lo que les permite ser utilizados en diversos procesos tecnológicos, donde es necesario mantener la temperatura exacta del medio de trabajo encendiendo y apagando periódicamente el emisor. Debido a la masa reducida, la velocidad de calentamiento de los emisores huecos es 40% más alta que la de los emisores a granel.

A diferencia de los emisores a granel, la mayor parte de la radiación de los emisores huecos se dirige hacia adelante. La radiación de retorno se evita mediante una barrera térmica hueca desde el lado posterior, que proporciona condiciones de temperatura de reserva para los elementos de las estructuras de la carcasa y también aumenta la eficiencia del emisor. En comparación con los radiadores de volumen de la misma potencia, la reducción en el consumo de electricidad alcanza el 15%.

Cuando se usa un radiador de volumen, dicha distribución de calor solo se puede obtener usando un reflector. Algunos tipos de calentadores IR de panel tienen un termopar incorporado tipo K o J, que permite un control y regulación precisos de la temperatura. Es muy conveniente para su uso en procesos tecnológicos.

Existen muchos procesos tecnológicos en los que se utilizan emisores de IR. Estos son solo algunos de ellos:

• Secado de pintura (pinturas de dos componentes, barnices epoxi),

• Procesamiento de plásticos (vulcanización de PVC, termoformado de plástico ABS, polietileno, poliestireno, partes de un cuerpo del automóvil, recubrimiento en polvo)

• Secado adhesivo

• Procesamiento de alimentos (mantenimiento calentado, asado, esterilización y pasteurización),

• Textiles (serigrafía, calcomanías en camisetas, alfombras de látex),

• Belleza y salud (cabinas de calor infrarrojo, saunas)

Lámparas de cerámica infrarrojas Edison

En relación con los emisores de cerámica huecos, están disponibles con una tapa E27, como una lámpara incandescente convencional. Esta base fue inventada hace mucho tiempo por el gran inventor T. Edison. Es la letra "E" en el nombre de la tapa que inmortaliza el nombre del inventor, y 27 es el diámetro de la tapa en milímetros. El diseño es muy conveniente: simplemente atornillado en un cartucho en lugar de una lámpara incandescente, ¡y de inmediato se calentó!

Se cree que estos calentadores se usan con mayor frecuencia en la cría de animales.Incluso en sitios chinos con entrega gratuita, desde una torpe traducción automática del inglés, puede comprender que estos calentadores están diseñados para establos, gallineros y cerdos.

¿Por qué no se puede colgar un radiador así si no está en casa, al menos en el lugar de trabajo? Después de todo, está lejos de ser un secreto que nuestros empleadores no se molestan en crear condiciones de trabajo normales: en el verano no hay suficiente aire acondicionado, y en el otoño, cuando la calefacción aún no se ha encendido, debe ponerse una chaqueta acolchada de algodón en el taller, taller o en el departamento de diseño.

Los reflectores de metal están disponibles para los calentadores de Edison, lo que permite aumentar la transferencia de calor en la dirección correcta y reducir el efecto térmico en paredes y techos. En realidad, para los mismos fines, también sirven los reflectores utilizados con otros tipos de calentadores. La apariencia del calentador con la base E27 se muestra en la Figura 8.

Figura 8. Lámpara infrarroja Edison

Naturalmente, es necesario atornillar tales "bombillas" en un cartucho de cerámica de alta temperatura.

Emisores de cuarzo y halógenos.

Son un tubo de vacío sellado hecho de vidrio de cuarzo, dentro del cual hay una espiral de metal con alta resistencia. De hecho, esto lámparas halógenas de tungsteno convencionales. Dependiendo del diseño de la espiral, los emisores se dividen en dos rangos de radiación infrarroja: emisores de onda media y emisores de onda corta.

En el primero de ellos, la espiral tiene forma de estrella, y en segundo lugar, dentro del tubo de cuarzo hay un filamento soportado, que es perfectamente visible a través del vidrio de cuarzo transparente. La pregunta es, ¿por qué hacer espirales de varios diseños, cuál es el resultado de tal investigación tecnológica?

Los emisores de halógeno con un filamento compatible operan en el rango de alta frecuencia del IR y proporcionan la capacidad de calentar hasta 2600 ° C. Este elemento calefactor tiene una alta potencia, un tiempo de respuesta muy rápido, lo que lo hace indispensable en procesos cíclicos cortos donde se requiere una alta potencia específica.

Elementos calefactores para calentar planos

El calentamiento a temperaturas tan altas está lejos de ser siempre necesario, y en estos casos es necesario usar otros calentadores que transmitan calor no por radiación, sino en contacto directo con el objeto calentado. En este caso, la superficie de cierta área y forma se calienta, tanto plana como curva. Uno de estos tipos de calentadores son los calentadores elásticos planos de silicona.

La silicona es un polímero organosilícico compuesto de átomos de silicio y carbono. Dependiendo del peso molecular, estos polímeros pueden ser líquidos (líquidos organosilícicos), elásticos (cauchos organosilícicos) o productos sólidos (plásticos organosilícicos).

Los polímeros de organosilicio tienen buenas características dieléctricas, se caracterizan por una alta resistencia al calor, buenas propiedades repelentes al agua, inercia fisiológica, lo que les permite ser utilizados para crear elementos de calentamiento planos. Este diseño se llama tapetes calefactores de silicona, y se usa en casos donde se requiere un calentamiento uniforme de cualquier superficie.

Resistencias de silicona

Son una construcción de dos capas de silicona, entre las cuales se coloca un cable calefactor o una película calefactora grabada, que le permite obtener una variedad de parámetros del calentador. Para aumentar la resistencia mecánica, la silicona se refuerza con fibra de vidrio textil.

Estos calentadores tienen una alta tasa de respuesta (tiempo de calentamiento / enfriamiento corto), la precisión del mantenimiento de la temperatura es bastante alta, especialmente si el calentador está equipado con un sensor de temperatura y un termostato.

Las dimensiones geométricas de las alfombrillas de silicona son pequeñas, el grosor de los calentadores comienza desde 0.7 mm, lo que les permite ser utilizados en una variedad de áreas, desde vehículos aeroespaciales hasta el calentamiento de barriles de aceites o pinturas.

Los calentadores de silicona tienen una mayor resistencia a la humedad y la humedad, por lo tanto, se recomiendan para equipos de laboratorio, aplicaciones en el campo de la restauración, así como para proteger equipos electrónicos contra el congelamiento y la condensación. La única restricción en el uso de elementos calefactores de silicona puede ser una temperatura de funcionamiento relativamente baja: 200 ° C en funcionamiento continuo y 230 ° C durante un breve período de tiempo. La apariencia de los calentadores de silicona se muestra en la Figura 9.

Figura 9. Calentadores de silicona

El calentador de la película grabada se muestra en la Figura 10. Naturalmente, esta ruta conductora se muestra condicionalmente, de hecho, está cubierta por otra capa de silicona.

Figura 10

Los calentadores con elementos grabados, así como los calentadores con un cable calefactor, están disponibles en una amplia variedad de formas y tamaños, sin embargo, los elementos grabados proporcionan una amplia variedad de esquemas de distribución de calor. Además, la gran área del elemento de calentamiento grabado proporciona una mayor densidad de potencia y una distribución uniforme del calor. La distancia entre los conductores grabados se puede obtener un poco menos que en el caso de utilizar un cable calefactor.

Para facilitar la instalación, muchos calentadores de silicona en el reverso están equipados con una película autoadhesiva. Las modernas tecnologías adhesivas permiten crear juntas duraderas incluso a temperaturas elevadas, en las que funcionan los calentadores de silicona, por lo que la conexión es confiable y duradera.

Los calentadores de barril a menudo se llaman camisas térmicas. Las mismas camisas existen para calentar contenedores, así como los fondos de barriles y contenedores. Naturalmente, estos calentadores son planos y sus tamaños corresponden a las dimensiones de barriles o contenedores. Calentadores De Micanita

Aplicar también a elementos calefactores planos. Su base es micanita - papel de mica. Su base es una miga de mica natural, unida con una carpeta resistente al calor. Varias capas de dicho papel se presionan y procesan a alta presión y temperatura, dando como resultado placas del tamaño deseado.

Para garantizar el rendimiento y la resistencia mecánica, los "sándwiches" de micanita se producen en una carcasa hecha de metal delgado, lo que le permite crear calentadores de varias formas. La Figura 11 muestra un calentador de micanita plano y un calentador de manguito. Dichos calentadores se utilizan en equipos para procesar plásticos, cuya temperatura de fusión está en el rango de 180 ... 240 ° C, lo cual es bastante aceptable para los calentadores de micanita.

Figura 11. Calentadores de micanita

Para mejorar la transferencia de calor, los calentadores en cajas de metal se presionan al elemento calentado con abrazaderas y abrazaderas de metal, o incluso simplemente se atan con alambre.

Actualmente, hay muchos sistemas y diseños diferentes de calentadores que le permiten realizar cualquier tarea tecnológica. En este artículo, solo se describió una pequeña parte de ellos. Si alguien está seriamente interesado en este problema, específicamente cualquier tipo de calentador, la tecnología de su aplicación, entonces dicha información siempre se puede encontrar en los motores de búsqueda de Internet.

Ver también:Calentadores eléctricos domésticos modernos