La lámina calefactora se usa ampliamente en una variedad de equipos de calefacción, cuyo núcleo se basa en el elemento calefactor, entonces, ¿cuál es el elemento calefactor? ¿Cuáles son las propiedades de los elementos calefactores? Este artículo te llevará a entender.
1. ¿Qué es un elemento calefactor?
Un elemento calefactor es un material o dispositivo que convierte la energía eléctrica directamente en calor o energía térmica a través de un principio llamado calentamiento por julios. El calentamiento Joule es un fenómeno en el que un conductor genera calor debido al flujo de corriente eléctrica. Cuando una corriente eléctrica fluye a través del material, los electrones u otros portadores de carga chocan con los iones o átomos del conductor, creando fricción a escala atómica. Esta fricción luego se manifiesta como calor. La primera ley de Joule (ley de Joule-Lenz) se utiliza para describir el calor generado por una corriente eléctrica en un conductor. Esto se expresa como,
P=IV o P=I²R
Según estas ecuaciones, el calor generado depende de la corriente, el voltaje o la resistencia del material conductor. En el diseño de todo el elemento calefactor, la resistencia es un factor importante.
El principio de calentar el original.
El calentamiento Joule es evidente en todos los materiales conductores de intensidad variable, excepto en un material especial llamado superconductor. En general, para los materiales conductores, se genera menos calor porque los portadores de carga fluyen fácilmente; Para materiales con alta resistencia, se generará más calor. Los superconductores, por otro lado, permiten que la corriente fluya sin generar calor. En general, el calor de un conductor se clasifica como pérdida de energía. La energía eléctrica utilizada para accionar los equipos de potencia genera calor innecesario en forma de pérdidas de transmisión y, en última instancia, no produce ningún trabajo útil.
En cierto sentido, la eficiencia del elemento calefactor eléctrico es casi del 100 por ciento, ya que toda la energía suministrada se convierte en su forma prevista. El elemento calefactor no solo conduce el calor, sino que también transfiere energía a través de la luz y la radiación. Sin embargo, esto solo se aplica a algunas resistencias ideales. La capacitancia e inductancia inherentes del material convierten la energía eléctrica en campos eléctricos y magnéticos, respectivamente, lo que genera pérdidas leves. Considerando todo el sistema del calentador, la pérdida proviene del calor disipado del fluido de proceso o del propio calentador al ambiente externo. Por lo tanto, el sistema debe estar aislado para utilizar todo el calor generado.
En segundo lugar, las propiedades del elemento calefactor
Cuando pasa la corriente, casi todos los conductores pueden generar calor. Sin embargo, no todos los conductores son adecuados para elementos de calefacción. Se requiere la combinación correcta de propiedades eléctricas, mecánicas y químicas. Las siguientes son algunas de las características que son importantes para el diseño del elemento calefactor.
Resistividad: Para generar calor, el elemento calefactor debe tener suficiente resistencia. Sin embargo, la resistencia no puede ser lo suficientemente alta como para convertirse en un aislante. La resistencia es igual a la resistividad multiplicada por la longitud del conductor dividida por la sección transversal del conductor. Para una sección dada, con el fin de obtener un conductor más corto, se utiliza un material de alta resistividad.
Resistencia a la oxidación: El calor suele acelerar la oxidación de metales y cerámicas. La oxidación consume el elemento calefactor, reduciendo su capacidad o dañando su estructura. Esto limita la vida del elemento calefactor. Para los elementos calefactores metálicos, las aleaciones se forman con óxidos, que ayudan a resistir la oxidación al formar una capa de pasivación. Para los elementos calefactores cerámicos, la incrustación antioxidante protectora de SiO2 o Al2O3 es la más común. Los tipos de elementos calefactores que no son adecuados para usar en ambientes oxidantes, como el grafito, se usan más comúnmente en hornos de vacío u hornos que contienen gases atmosféricos no oxidantes como H2, N2, Ar o He, donde no hay aire. en la cámara de calentamiento.
Coeficiente de temperatura de resistencia: tenga en cuenta que la resistividad del material cambia con la temperatura. En la mayoría de los conductores, la resistencia aumenta a medida que aumenta la temperatura. Este fenómeno afecta a algunos materiales de forma más acusada que a otros. El coeficiente de resistencia a alta temperatura se utiliza principalmente en aplicaciones térmicas. Para la fiebre, suele ser preferible utilizar un valor más bajo. Aunque los cambios en la resistencia se pueden predecir con precisión en algunos casos, se requiere un fuerte aumento en la resistencia para proporcionar más potencia. Para adaptar el sistema a los cambios de resistividad, se emplean sistemas de control o retroalimentación.
Propiedades mecánicas: Los elementos calefactores rígidos se deforman cuando se usan a altas temperaturas. A medida que el material se acerca a su etapa de fusión o recristalización, es más probable que se debilite y se deforme en comparación con su estado a temperatura ambiente. Un buen elemento calefactor conserva su forma incluso a altas temperaturas. Por otro lado, la ductilidad también es una propiedad mecánica ideal, especialmente para los elementos calefactores metálicos. La ductilidad permite estirar un material en un hilo y darle forma sin afectar su resistencia a la tracción.
Punto de fusión: además del aumento significativo de la temperatura de oxidación, el punto de fusión de un material también limita su temperatura de funcionamiento. La cerámica generalmente tiene un punto de fusión más alto que los calentadores de metal.