La parte más importante de una instalación electrotérmica es la resistencia. El componente principal de los dispositivos de calentamiento indirecto es una resistencia de alta resistividad. Y uno de los materiales prioritarios es la aleación de cromo-níquel. Dado que la resistencia del alambre de nicrom es alta, este material ocupa un lugar destacado como materia prima para varios tipos Instalaciones electrotérmicas. El cálculo de un calentador hecho de alambre de nicrom se realiza para determinar el tamaño del elemento calefactor.
En general, es necesario calcular un elemento calefactor de nicrom mediante cuatro cálculos: hidráulico, mecánico, térmico y eléctrico. Pero normalmente los cálculos se realizan sólo en dos etapas: basándose en indicadores térmicos y eléctricos.
Las características térmicas incluyen:
El objetivo principal del cálculo del nicrom es determinar dimensiones geométricas resistencia al calentamiento.
A parámetros eléctricos calentadores son:
Al elegir la tensión de alimentación de los dispositivos de calefacción, se da preferencia a aquella que represente una amenaza mínima para los animales y el personal de servicio. La tensión de red en instalaciones agrícolas es de 380/200 voltios con una frecuencia de corriente de 50 Hercios. Si las instalaciones eléctricas se utilizan en zonas especialmente húmedas o si existe un mayor riesgo eléctrico, se debe reducir la tensión. Su valor no debe exceder los 12, 24, 36 voltios.
Ajustar la temperatura y potencia del calentador. se puede hacer de dos maneras:
La forma más común de cambiar la potencia es encender el un cierto número tramos de instalación trifásica. En las instalaciones de calefacción modernas, la potencia se cambia ajustando el voltaje mediante tiristores.
El cálculo de la corriente de operación se basa en una relación tabular que relaciona la carga actual en un conductor de nicrom, su área de sección transversal y temperatura.
Se recopilaron datos tabulares sobre alambre de nicromo, que se estiró en el aire sin tener en cuenta oscilaciones ni vibraciones a una temperatura de 20 °C.
Para pasar a condiciones reales, es necesario utilizar factores de corrección en los cálculos.
El cálculo de la espiral de nicrom debe realizarse por etapas, utilizando información inicial sobre el calentador: potencia requerida y marca de nicromo.
Potencia de una sección:
P - potencia de instalación, W;
m - número de fases, para monofásico m = 1;
n es el número de secciones en una fase, para instalaciones con una capacidad de aproximadamente 1 kW n = 1.
Corriente de funcionamiento de una sección del calentador:
U - tensión de red, para instalaciones monofásicas U = 220 V
Temperatura del alambre de diseño:
θр = θd/(Km Ks)
θd - temperatura de funcionamiento permitida, seleccionada de la Tabla 1 según el material, °C.
tabla 1- Parámetros de materiales para calentadores eléctricos.
Km es el coeficiente de instalación, seleccionado de la Tabla 2 según el diseño.
Tabla 2- Coeficiente de instalación para algunos tipos de diseños de calentadores en un flujo de aire silencioso.
La función del coeficiente de instalación es que permite tener en cuenta el aumento de la temperatura del calentador en condiciones reales en comparación con los datos de la tabla de referencia.
Kc es el coeficiente ambiental, determinado a partir de la Tabla 3.
Tabla 3- Factor de corrección para determinadas condiciones ambientales.
El coeficiente ambiental corrige la mejora de la transferencia de calor debido a las condiciones ambientales. Por lo tanto, los resultados reales del cálculo diferirán ligeramente de los valores de la tabla.
Diámetro d, mm y área sección transversal S, mm 2 se selecciona según la corriente de funcionamiento y la temperatura de diseño de la tabla 4
Tabla 4- Carga admisible sobre alambre de nicromo a 20 °C suspendido horizontalmente en aire en calma.
Longitud del cable de una sección:
L = (U f 2 S*10 -6)/(ρ 20 Рс x10 3)
ρ 20 - resistividad a una temperatura de 20 °C, seleccionada de la tabla 1;
α es el coeficiente de resistencia a la temperatura, determinado a partir de la columna correspondiente en la Tabla 1.
Diámetro espiral:
D = (6…10) d, mm.
Determine el paso de la espiral:
h = (2…4) d, mm
El paso en espiral afecta el rendimiento laboral. Con él valores grandes aumenta la transferencia de calor.
Número de vueltas en espiral
W = (lx10 3)/ (√h 2 +(πD) 2)
Longitud de la espiral:
Si el propósito del calentador de alambre es aumentar la temperatura del líquido, la corriente de funcionamiento aumenta 1,5 veces el valor calculado. En el caso de calcular un calentador de tipo cerrado, se recomienda reducir la corriente de funcionamiento en 1,2 veces.
Según la temperatura máxima permitida, los calentadores se dividen en cinco clases:
La mayor probabilidad de fallo de los calentadores eléctricos se debe a la oxidación de la superficie de la resistencia calefactora.
Factores que influyen en la tasa de destrucción del calentador:
Debido al hecho de que las instalaciones de calefacción eléctrica funcionan por encima de los valores permitidos de estos parámetros, la mayoría averías frecuentes: quema de contactos, violación de la resistencia mecánica del alambre de nicrom.
La reparación de un elemento calefactor de nicrom se realiza soldando o torciendo.
Los elementos calefactores eléctricos se utilizan en electrodomésticos e industriales. Todo el mundo conoce el uso de varios calentadores. Este estufas electricas, freidoras y hornos, cafeteras eléctricas, hervidores eléctricos y aparatos de calefacción de diversos diseños.
Los calentadores de agua eléctricos, más a menudo denominados calentadores de agua, también contienen elementos calefactores. La base de muchos elementos calefactores es un cable con alta resistencia eléctrica. Y la mayoría de las veces este cable está hecho de nicromo.
Espiral abierta de nicromo
El elemento calefactor más antiguo es, quizás, una espiral de nicromo ordinaria. Érase una vez los caseros. placas electricas, calderas de agua y calentadores de pórtico. Teniendo a mano alambre de nicrom, que se podía “conseguir” en la producción, hacer una espiral con la potencia requerida no presentaba ningún problema.
El extremo del cable de la longitud requerida se inserta en el corte de la llave y el cable se pasa entre dos bloques de madera. Se debe sujetar el tornillo de banco de manera que toda la estructura quede sujeta como se muestra en la figura. La fuerza de sujeción debe ser tal que el cable pase a través de las barras con cierto esfuerzo. Si la fuerza de sujeción es alta, el cable simplemente se romperá.
Figura 1. Enrollando una espiral de nicromo
Al girar la perilla, el cable pasa a través bloques de madera, y con cuidado, vuelta a vuelta, se coloca sobre una varilla metálica. Los electricistas tenían en su arsenal un juego completo de llaves de varios diámetros, de 1,5 a 10 mm, que permitían enrollar espirales para todas las ocasiones.
Se sabía qué diámetro tenía el alambre y qué longitud se necesitaba para enrollar la espiral con la potencia requerida. Estos numeros magicos todavía se puede encontrar en Internet. En la figura 2 se muestra una tabla que muestra datos sobre espirales de varias potencias a una tensión de alimentación de 220V.
Figura 2. Cálculo de la espiral eléctrica del elemento calefactor (haga clic en la figura para ampliar)
Todo aquí es simple y claro. Una vez establecida la potencia requerida y el diámetro del alambre de nicrom disponible, solo queda cortar un trozo de la longitud requerida y enrollarlo en un mandril del diámetro adecuado. En este caso, la tabla muestra la longitud de la espiral resultante. ¿Qué hacer si hay un cable con un diámetro no indicado en la tabla? En este caso, simplemente habrá que calcular la espiral.
Si es necesario, calcular la espiral es bastante sencillo. Como ejemplo, se da el cálculo para una espiral hecha de alambre de nicrom con un diámetro de 0,45 mm (este diámetro no está en la tabla) con una potencia de 600 W a un voltaje de 220 V. Todos los cálculos se realizan según la ley de Ohm.
Sobre cómo convertir amperios a vatios y, a la inversa, vatios a amperios:
Yo = P/U = 600/220 = 2,72 A
Para ello, basta con dividir la potencia dada por el voltaje y obtener la cantidad de corriente que pasa por la espiral. La potencia en vatios, el voltaje en voltios, el resultado en amperios. Todo está según el sistema SI.
Fórmula para calcular la resistencia del conductor R=ρ*L/S,
donde ρ es la resistividad del conductor (para nicrom 1,0÷1,2 Ohm.mm2/m), L es la longitud del conductor en metros, S es la sección transversal del conductor en milímetros cuadrados. Para un conductor con un diámetro de 0,45 mm, la sección será de 0,159 mm2.
Por tanto, L = S * R / ρ = 0,159 * 81 / 1,1 = 1170 mm, o 11,7 m.
En general, el cálculo no es tan complicado. De hecho, hacer una espiral no es tan difícil, lo que sin duda es una ventaja de las espirales de nicromo convencionales. Pero esta ventaja se ve compensada por muchas desventajas inherentes a las bobinas abiertas.
En primer lugar, se trata de una temperatura de calentamiento bastante alta: 700...800˚C. La bobina calentada tiene un brillo rojo tenue; tocarla accidentalmente puede causar quemaduras. Además, pueden producirse descargas eléctricas. Una espiral caliente quema el oxígeno del aire y atrae partículas de polvo que, al quemarse, desprenden un aroma muy desagradable.
Pero la principal desventaja de las espirales abiertas es su alto riesgo de incendio. Por lo tanto, el departamento de bomberos simplemente prohíbe el uso de calentadores con espiral abierta. Estos calentadores incluyen, en primer lugar, la llamada "cabra", cuyo diseño se muestra en la Figura 3.
Figura 3. Calentador casero de “cabra”
Así resultó la “cabra” salvaje: fue hecha deliberadamente de manera descuidada, simple e incluso muy pobre. No tendrá que esperar mucho para que se encienda el fuego con un calentador de este tipo. Un diseño más avanzado como este. dispositivo de calentamiento se muestra en la Figura 4.
Figura 4. “Cabra” doméstica
Es fácil ver que la espiral está cubierta con una carcasa metálica, esto es lo que impide tocar las partes vivas calentadas. El riesgo de incendio de un dispositivo de este tipo es mucho menor que el que se muestra en la figura anterior.
Érase una vez los calentadores reflectores en la URSS. En el centro del reflector niquelado se encontraba un casquillo de cerámica en el que estaba atornillado un calentador de 500W, como una bombilla con casquillo E27. El riesgo de incendio de un reflector de este tipo también es muy alto. Bueno, de alguna manera no pensaron en lo que podría conducir al uso de tales calentadores en aquellos días.
Figura 5. Calentador reflejo
Es bastante obvio que varios calentadores con espiral abierta pueden, contrariamente a los requisitos de la inspección de incendios, usarse solo bajo estrecha supervisión: si sale de la habitación, ¡apague el calentador! Es incluso mejor simplemente dejar de usar este tipo de calentador.
Elementos calefactores con espiral cerrada.
Para deshacerse de la espiral abierta, Tubular Calentadores eléctricos- Elementos de calentamiento. El diseño del elemento calefactor se muestra en la Figura 6.
Figura 6. Diseño del elemento calefactor.
La espiral de nicromo 1 está oculta dentro de un tubo metálico de paredes delgadas 2. La espiral está aislada del tubo mediante un relleno 3 con alta conductividad térmica y alta resistencia eléctrica. La carga más utilizada es la periclasa (una mezcla cristalina de óxido de magnesio MgO, a veces con mezclas de otros óxidos).
Después de llenar con un compuesto aislante, el tubo se presuriza y bajo alta presión la periclasa se convierte en un monolito. Después de tal operación, la espiral se fija rígidamente, por lo que se excluye por completo el contacto eléctrico con el cuerpo-tubo. El diseño es tan fuerte que cualquier elemento calefactor se puede doblar si así lo requiere el diseño del dispositivo calefactor. Algunos elementos calefactores tienen una forma muy extraña.
La espiral está conectada a cables metálicos 4, que salen a través de los aisladores 5. Los cables de suministro están conectados a los extremos roscados de los cables 4 mediante tuercas y arandelas 7. Los elementos calefactores se fijan en el cuerpo del dispositivo mediante tuercas y arandelas 6, asegurando , si es necesario, la estanqueidad de la conexión.
Sujeto a las condiciones de funcionamiento, este diseño es bastante fiable y duradero. Esto es lo que llevó a muy aplicación amplia Elementos calefactores en dispositivos para diversos fines y diseños.
Según las condiciones de funcionamiento, los elementos calefactores se dividen en dos grandes grupos: aire y agua. Pero es sólo un nombre. De hecho, los elementos calefactores de aire están diseñados para funcionar en diversos entornos de gas. Incluso el aire atmosférico ordinario es una mezcla de varios gases: oxígeno, nitrógeno, dióxido de carbono, incluso hay impurezas de argón, neón, criptón, etc.
El entorno aéreo puede ser muy diverso. Puede ser aire atmosférico en calma o una corriente de aire que se mueve a velocidades de hasta varios metros por segundo, como en los calefactores o pistolas de calor.
El calentamiento de la carcasa del elemento calefactor puede alcanzar los 450 ˚C o incluso más. Por tanto, para la fabricación de la carcasa tubular exterior se utiliza varios materiales. Puede ser acero al carbono ordinario, acero inoxidable o acero resistente al calor y resistente al calor. Todo depende del entorno.
Para mejorar la transferencia de calor, algunos elementos calefactores están equipados con nervaduras en los tubos en forma de tira de metal enrollada. Estos calentadores se denominan con aletas. El uso de tales elementos es más apropiado en un ambiente de aire en movimiento, por ejemplo, en calentadores de ventilador y pistolas de calor.
Los elementos calentadores de agua tampoco se utilizan necesariamente en agua, este es el nombre general para varios medios líquidos. Puede ser aceite, fueloil e incluso diversos líquidos agresivos. Elementos calefactores líquidos, destiladores, plantas desaladoras eléctricas. agua de mar y simplemente en titanes para hervir agua potable.
La conductividad térmica y la capacidad calorífica del agua son mucho mayores que las del aire y otros medios gaseosos, lo que proporciona, en comparación con el ambiente aéreo, una mejor y más rápida eliminación del calor del elemento calefactor. Por lo tanto, por el mismo energía eléctrica el calentador de agua tiene dimensiones geométricas más pequeñas.
Aquí podemos dar un ejemplo simple: cuando el agua hierve en una forma ordinaria hervidor eléctrico El elemento calefactor puede calentarse al rojo vivo y luego quemarse hasta formar agujeros. La misma imagen se puede observar con calderas convencionales diseñadas para hervir agua en un vaso o balde.
El ejemplo anterior muestra claramente que los elementos calentadores de agua no deben utilizarse bajo ninguna circunstancia para funcionar en un ambiente con aire. Se pueden utilizar elementos calefactores de aire para calentar agua, pero habrá que esperar mucho tiempo hasta que el agua hierva.
La capa de incrustaciones que se forma durante el funcionamiento tampoco beneficiará a los elementos calentadores de agua. La cal suele tener una estructura porosa y su conductividad térmica es baja. Por lo tanto, el calor generado por la bobina no se transfiere bien al líquido, pero la propia bobina dentro del calentador se calienta a una temperatura muy alta, lo que tarde o temprano provocará su quemado.
Para evitar que esto suceda, es aconsejable limpiar periódicamente las resistencias utilizando diversos quimicos. Por ejemplo, en los anuncios de televisión se recomienda Calgon para proteger los calentadores de las lavadoras. Aunque existen muchas opiniones diferentes sobre este remedio.
Cómo deshacerse de la escala
Además de los agentes químicos para la protección antical, varios dispositivos. En primer lugar, se trata de convertidores magnéticos de agua. En un poderoso campo magnético, los cristales de sales "duras" cambian su estructura, se convierten en escamas y se vuelven más pequeños. A partir de tales escamas, las incrustaciones se forman de manera menos activa; la mayoría de las escamas simplemente se lavan con un chorro de agua. Esto garantiza la protección de calentadores y tuberías contra las incrustaciones. Los filtros-convertidores magnéticos son producidos por muchas empresas extranjeras; este tipo de empresas también existen en Rusia. Estos filtros están disponibles tanto en tipo de embutir como en tipo superior.
Descalcificadores de agua electrónicos
EN Últimamente Los descalcificadores de agua electrónicos son cada vez más populares. Exteriormente todo parece muy sencillo. Se instala una pequeña caja en la tubería, de donde salen los cables de la antena. Los cables se enrollan alrededor del tubo sin siquiera tener que quitar la pintura. El dispositivo se puede instalar en cualquier lugar accesible, como se muestra en la Figura 7.
Figura 7. Ablandador de agua electrónico
Lo único que necesitas para conectar el dispositivo es una toma de corriente de 220V. El dispositivo está diseñado para estar encendido durante un tiempo prolongado, no es necesario apagarlo periódicamente, ya que apagarlo hará que el agua vuelva a endurecerse y se volverán a formar incrustaciones.
El principio de funcionamiento del dispositivo se reduce a emitir vibraciones en el rango de frecuencia ultrasónica, que puede alcanzar hasta 50 KHz. La frecuencia de oscilación se ajusta mediante el panel de control del dispositivo. Las emisiones se producen en paquetes varias veces por segundo, lo que se logra mediante un microcontrolador incorporado. La potencia de oscilación es baja, por lo que estos dispositivos no suponen ningún peligro para la salud humana.
La viabilidad de instalar dichos dispositivos es bastante fácil de determinar. Todo se reduce a determinar la dureza del agua. tubería de agua. Aquí ni siquiera necesitas ningún dispositivo "abstruso": si después del lavado tu piel se seca, salpicar agua losas Aparecen rayas blancas, aparecen incrustaciones en el hervidor, la lavadora lava más lentamente que al comienzo de su funcionamiento; definitivamente sale agua dura del grifo. Todo esto puede provocar fallos en los elementos calefactores y, en consecuencia, en las propias teteras o lavadoras.
El agua dura no se disuelve bien. detergentes- de jabón normal hasta los detergentes en polvo de última moda. Como resultado, hay que agregar más polvo, pero esto ayuda poco, ya que los cristales de sal de dureza quedan retenidos en los tejidos y la calidad del lavado deja mucho que desear. Todos los signos enumerados de dureza del agua indican elocuentemente que es necesario instalar descalcificadores de agua.
Conexión y control de elementos calefactores.
Al conectar el elemento calefactor, se debe utilizar un cable de sección transversal adecuada. Aquí todo depende de la corriente que fluye a través del elemento calefactor. La mayoría de las veces se conocen dos parámetros. Esta es la potencia del calentador y el voltaje de suministro. Para determinar la corriente, basta con dividir la potencia por la tensión de alimentación.
Un ejemplo sencillo. Sea un elemento calefactor con una potencia de 1KW (1000W) para una tensión de alimentación de 220V. Para tal calentador resulta que la corriente será
Yo = P/U = 1000/220 = 4,545A.
Según las tablas ubicadas en el PUE, dicha corriente puede ser proporcionada por un cable con una sección transversal de 0,5 mm2 (11A), pero para garantizar la resistencia mecánica, es mejor utilizar un cable con una sección transversal de al menos 2,5 mm2. Este es el cable que se utiliza con mayor frecuencia para suministrar electricidad a los enchufes.
Pero antes de realizar la conexión, debe asegurarse de que incluso un elemento calefactor nuevo recién comprado esté en buenas condiciones. En primer lugar, es necesario medir su resistencia y comprobar la integridad del aislamiento. La resistencia del elemento calefactor es bastante sencilla de calcular. Para hacer esto, debe elevar al cuadrado el voltaje de suministro y dividirlo por la potencia. Por ejemplo, para un calentador de 1000 W, este cálculo se ve así:
220*220/1000=48,4 ohmios.
El multímetro debe mostrar esta resistencia al conectarlo a los terminales del elemento calefactor. Si la espiral se rompe, entonces, naturalmente, el multímetro mostrará una rotura. Si toma un elemento calefactor de diferente potencia, la resistencia, naturalmente, será diferente.
Para comprobar la integridad del aislamiento, mida la resistencia entre cualquiera de los terminales y el cuerpo metálico del elemento calefactor. La resistencia del aislante de relleno es tal que en cualquier límite de medición el multímetro debería mostrar una ruptura. Si resulta que la resistencia es cero, entonces la espiral tiene contacto con el cuerpo metálico del calentador. Esto puede suceder incluso con un elemento calefactor nuevo recién comprado.
En general se utiliza para comprobar el aislamiento, pero no siempre ni todo el mundo lo tiene a mano. Por lo tanto, comprobarlo con un multímetro normal es bastante adecuado. Al menos se debe realizar tal control.
Como ya se mencionó, los elementos calefactores pueden doblarse incluso después de haber sido llenados con aislante. Hay calentadores de las más diversas formas: en forma de tubo recto, en forma de U, enrollado en forma de anillo, de serpiente o en espiral. Todo depende del diseño del dispositivo calefactor en el que se supone que se instalará el elemento calefactor. Por ejemplo, en calentador de agua instantáneo lavadora Se utilizan elementos calefactores retorcidos en espiral.
Algunos elementos calefactores tienen elementos de protección. lo mas protección sencilla Este es un fusible térmico. Si se quema, tendrás que cambiar todo el elemento calefactor, pero no provocará un incendio. También hay un sistema de protección más complejo que le permite utilizar el elemento calefactor después de que se haya activado.
Una de esas protecciones es la protección basada en una placa bimetálica: el calor de un elemento calefactor sobrecalentado dobla la placa bimetálica, lo que abre el contacto y desactiva el elemento calefactor. Una vez que la temperatura desciende a un valor aceptable, la placa bimetálica se flexiona, el contacto se cierra y el elemento calefactor vuelve a estar listo para funcionar.
Elementos calefactores con termostato.
En ausencia de suministro de agua caliente, es necesario utilizar calderas. El diseño de las calderas es bastante sencillo. Se trata de un recipiente de metal escondido en un “abrigo de piel” de aislante térmico, encima del cual hay un adorno decorativo. Estuche de metal. Hay un termómetro incrustado en el cuerpo que muestra la temperatura del agua. El diseño de la caldera se muestra en la Figura 8.
Figura 8. Caldera de almacenamiento
Algunas calderas contienen un ánodo de magnesio. Su finalidad es proteger el calentador y el depósito interno de la caldera de la corrosión. El ánodo de magnesio es consumibles, debe cambiarse periódicamente al realizar el mantenimiento de la caldera. Pero en algunas calderas, aparentemente, baratas. categoría de precio, no se proporciona dicha protección.
Como elemento calefactor en las calderas se utiliza un elemento calefactor con termostato, el diseño de uno de ellos se muestra en la Figura 9.
Figura 9. Elemento calefactor con termostato
La caja de plástico contiene un microinterruptor que se activa mediante un sensor de temperatura del líquido (tubo recto al lado del elemento calefactor). La forma del elemento calefactor puede ser muy diversa; la figura muestra la más simple. Todo depende de la potencia y el diseño de la caldera. El grado de calentamiento se regula mediante la posición del contacto mecánico, controlado por un mango redondo blanco situado en la parte inferior de la caja. Aquí también se encuentran las terminales para el suministro. corriente eléctrica. El calentador se fija mediante hilos.
Elementos calefactores húmedos y secos.
Un calentador de este tipo está en contacto directo con el agua, por lo que dicho elemento calefactor se denomina "húmedo". La vida útil de un elemento calefactor “húmedo” es de 2...5 años, después de lo cual debe ser reemplazado. En general, la vida útil es corta.
Para aumentar la vida útil del elemento calefactor y de toda la caldera en su conjunto, la empresa francesa Atlantic desarrolló un diseño de elemento calefactor "seco" en los años 90 del siglo pasado. En pocas palabras, el calentador estaba oculto en un matraz protector de metal, que evita el contacto directo con el agua: el elemento calefactor se calienta dentro del matraz, que transfiere calor al agua.
Naturalmente, la temperatura del matraz es mucho más baja que la del propio elemento calefactor, por lo que la formación de incrustaciones con la misma dureza del agua no ocurre tan intensamente; se transfiere al agua. gran cantidad calor. La vida útil de estos calentadores alcanza los 10...15 años. Lo anterior es válido para buenas condiciones de funcionamiento, especialmente la estabilidad de la tensión de alimentación. Pero incluso en buenas condiciones, los elementos calefactores "secos" también agotan su vida útil y hay que sustituirlos.
Aquí es donde se revela otra ventaja de la tecnología del elemento calefactor "seco": al reemplazar el calentador, no es necesario drenar el agua de la caldera, para lo cual se debe desconectar de la tubería. Simplemente desenrosque el calentador y reemplácelo por uno nuevo.
La empresa Atlantic, por supuesto, patentó su invento, tras lo cual comenzó a vender la licencia a otras empresas. Actualmente, otras empresas, por ejemplo, Electrolux y Gorenje, también producen calderas con un elemento calefactor "seco". El diseño de una caldera con un elemento calefactor "seco" se muestra en la Figura 10.
Figura 10. Caldera con calentador “seco”
Por cierto, la figura muestra una caldera con calentador cerámico de esteatita. El diseño de dicho calentador se muestra en la Figura 11.
Figura 11. Calentador cerámico
En base de cerámica Se fija una hélice abierta convencional hecha de alambre de alta resistencia. La temperatura de calentamiento de la espiral alcanza los 800 grados y se transmite a ambiente(aire bajo la contención) por convección y radiación de calor. Naturalmente, un calentador de este tipo, cuando se aplica a calderas, solo puede funcionar en una capa protectora, en un ambiente de aire, simplemente se excluye el contacto directo con el agua.
La espiral se puede enrollar en varias secciones, como lo demuestra la presencia de varios terminales para la conexión. Esto le permite cambiar la potencia del calentador. La potencia específica máxima de estos calentadores no supera los 9 W/cm 2 .
La condición para el funcionamiento normal de dicho calentador es la ausencia de tensión mecánica, flexión y vibración. La superficie debe estar libre de contaminantes como óxido y manchas de aceite. Y, por supuesto, cuanto más estable sea el voltaje de suministro, sin sobretensiones ni sobretensiones, más duradero será el calentador.
Pero la ingeniería eléctrica no se queda quieta. Las tecnologías se están desarrollando y mejorando, por lo que, además de los elementos calefactores, ahora se han desarrollado y se utilizan con éxito una amplia variedad de elementos calefactores. Estos son elementos calefactores cerámicos, elementos calefactores de carbón, elementos calefactores infrarrojos, pero eso será tema para otro artículo.
Algunos aparatos de calefacción domésticos todavía utilizan alambre de nicromo. Tiene una alta resistencia al calor, característica de una aleación de níquel y cromo. Este material tiene buena ductilidad, alta resistividad eléctrica y un bajo coeficiente de resistencia a la temperatura. Por lo tanto, al calcular el alambre de nicrom para un calentador, se deben tener en cuenta estos parámetros. De lo contrario, los resultados del cálculo serán inexactos y no darán el resultado deseado.
Se pueden realizar cálculos rápidos utilizando una calculadora en línea. Con su ayuda, puede calcular y establecer aproximadamente la longitud requerida de alambre de nicrom. Como regla general, consideramos las marcas más utilizadas en dispositivos de calefacción: X20N80, X20N80-N, X15N60.
Para realizar cálculos, se requieren datos iniciales obligatorios. En primer lugar, esta es la cantidad de potencia del calentador que se planea obtener, el diámetro del cable de nicromo y el valor del voltaje de suministro.
Los cálculos se realizan de la siguiente manera. En primer lugar, debe instalar de acuerdo con parámetros dados, según la fórmula: I = P/U. A continuación se calcula la resistencia de todo el elemento calefactor. A continuación, necesitará resistividad eléctrica para una marca específica de alambre de nicromo. Este valor será necesario para establecer la longitud más óptima del elemento calefactor usando una fórmula diferente: l = SR/ρ. Buena elección La longitud llevará la resistencia del calentador R al valor deseado.
Después de realizar los cálculos, se recomienda verificar los datos obtenidos utilizando la tabla y asegurarse de que la corriente calculada corresponda al valor permitido. Si la corriente calculada excede los límites permitidos, se deben repetir los cálculos aumentando el diámetro del cable de nicromo o reduciendo la potencia del elemento calefactor. Es necesario tener en cuenta el hecho de que todos los parámetros indicados en las tablas están calculados para calentadores ubicados en posición horizontal y que funcionan en un ambiente aéreo.
Si planea utilizar una espiral de nicrom colocada en un líquido, el valor de la corriente permitida debe multiplicarse por un factor de 1,1-1,5. En lugar cerrado las espirales, por el contrario, deben reducirse entre 1,2 y 1,5 veces.
Durante las reparaciones o autoproducción Un soldador eléctrico o cualquier otro dispositivo calefactor requiere enrollar un devanado calefactor hecho de alambre de nicromo. El dato inicial para calcular y seleccionar un cable es la resistencia del devanado de un soldador o dispositivo calefactor, que se determina en función de su potencia y voltaje de suministro. Puede calcular cuál debe ser la resistencia del devanado de un soldador o dispositivo calefactor utilizando la tabla.
Conocer la tensión de alimentación y medir la resistencia cualquier aparato eléctrico de calefacción, como un soldador, o plancha eléctrica, podrás conocer la energía consumida por este electrodoméstico b. Por ejemplo, la resistencia de un hervidor eléctrico de 1,5 kW será de 32,2 ohmios.
| Tabla para determinar la resistencia de una espiral de nicrom según la potencia y la tensión de alimentación. electrodomésticos, ohmios | |||||
|---|---|---|---|---|---|
| El consumo de energía soldador, W | Tensión de alimentación del soldador, V | ||||
| 12 | 24 | 36 | 127 | 220 | |
| 12 | 12 | 48,0 | 108 | 1344 | 4033 |
| 24 | 6,0 | 24,0 | 54 | 672 | 2016 |
| 36 | 4,0 | 16,0 | 36 | 448 | 1344 |
| 42 | 3,4 | 13,7 | 31 | 384 | 1152 |
| 60 | 2,4 | 9,6 | 22 | 269 | 806 |
| 75 | 1.9 | 7.7 | 17 | 215 | 645 |
| 100 | 1,4 | 5,7 | 13 | 161 | 484 |
| 150 | 0,96 | 3,84 | 8,6 | 107 | 332 |
| 200 | 0,72 | 2,88 | 6,5 | 80,6 | 242 |
| 300 | 0,48 | 1,92 | 4,3 | 53,8 | 161 |
| 400 | 0,36 | 1,44 | 3,2 | 40,3 | 121 |
| 500 | 0,29 | 1,15 | 2,6 | 32,3 | 96,8 |
| 700 | 0,21 | 0,83 | 1,85 | 23,0 | 69,1 |
| 900 | 0,16 | 0,64 | 1,44 | 17,9 | 53,8 |
| 1000 | 0,14 | 0,57 | 1,30 | 16,1 | 48,4 |
| 1500 | 0,10 | 0,38 | 0,86 | 10,8 | 32,3 |
| 2000 | 0,07 | 0,29 | 0,65 | 8,06 | 24,2 |
| 2500 | 0,06 | 0,23 | 0,52 | 6,45 | 19,4 |
| 3000 | 0,05 | 0,19 | 0,43 | 5,38 | 16,1 |
Veamos un ejemplo de cómo utilizar la tabla. Digamos que necesita rebobinar un soldador de 60 W diseñado para un voltaje de suministro de 220 V. En la columna más a la izquierda de la tabla, seleccione 60 W. Desde la línea horizontal superior, seleccione 220 V. Como resultado del cálculo, resulta que la resistencia del devanado del soldador, independientemente del material del devanado, debe ser igual a 806 ohmios.
Si necesita hacer un soldador a partir de un soldador de 60 W, diseñado para un voltaje de 220 V, para el suministro de energía desde una red de 36 V, entonces la resistencia del nuevo devanado ya debería ser igual a 22 ohmios. Puede calcular de forma independiente la resistencia del devanado de cualquier dispositivo de calefacción eléctrica utilizando una calculadora en línea.
Después de determinar el valor de resistencia requerido del devanado del soldador, se selecciona el diámetro apropiado del alambre de nicrom de la siguiente tabla, según las dimensiones geométricas del devanado. El alambre de nicrom es una aleación de cromo-níquel que puede soportar temperaturas de calentamiento de hasta 1000˚C y está marcado como X20N80. Esto significa que la aleación contiene un 20% de cromo y un 80% de níquel.
Para enrollar una espiral de soldador con una resistencia de 806 ohmios del ejemplo anterior, necesitará 5,75 metros de alambre de nicromo con un diámetro de 0,1 mm (debe dividir 806 entre 140), o 25,4 m de alambre con un diámetro de 0,2 mm y así sucesivamente.
Al enrollar una espiral de soldador, las espiras se colocan una cerca de la otra. Cuando se calienta al rojo vivo, la superficie del alambre de nicromo se oxida y forma una superficie aislante. Si toda la longitud del cable no cabe en el manguito en una capa, entonces la capa enrollada se cubre con mica y se enrolla una segunda.
Para aislamiento eléctrico y térmico de devanados de elementos calefactores. los mejores materiales es mica, tela de fibra de vidrio y amianto. El amianto tiene una propiedad interesante: se puede remojar con agua y se ablanda, permite darle cualquier forma y, después del secado, tiene suficiente resistencia mecánica. Al aislar el devanado de un soldador con amianto húmedo, es necesario tener en cuenta que el amianto húmedo conduce bien la corriente eléctrica y será posible encender el soldador a la red eléctrica solo después de que el amianto se haya secado por completo.
Muy a menudo, si quieres hacer o reparar calentador Al hacer hornos eléctricos con sus propias manos, una persona tiene muchas preguntas. Por ejemplo, qué diámetro se debe tomar el cable, cuál debe ser su longitud, o qué potencia se puede obtener usando un cable o cinta con los parámetros indicados, etc. En el enfoque correcto Para resolver este problema, es necesario tener en cuenta muchos parámetros, por ejemplo, la intensidad de la corriente que pasa. calentador, temperatura de funcionamiento, tipo de red eléctrica y otros.Este artículo proporciona información general sobre los materiales más comunes en la fabricación de calentadores. hornos electricos, así como métodos y ejemplos de su cálculo (cálculo de calentadores para hornos eléctricos).
Las aleaciones enumeradas anteriormente tienen buenas propiedades de resistencia al calor y resistencia al calor, por lo que pueden funcionar a altas temperaturas. bien resistencia al calor proporciona película protectora del óxido de cromo, que se forma en la superficie del material. El punto de fusión de la película es más alto que el punto de fusión de la propia aleación; no se agrieta cuando se calienta y se enfría.
vamos a dar características comparativas nicromo y fechral.
Ventajas del nicrom:
Recientemente, se han desarrollado aleaciones de los tipos Kh15N60Yu3 y Kh27N70YUZ, es decir. con la adición de un 3% de aluminio, lo que mejoró significativamente la resistencia al calor de las aleaciones, y la presencia de níquel prácticamente eliminó las desventajas de las aleaciones de hierro-cromo-aluminio. Las aleaciones Kh15N60YUZ, Kh27N60YUZ no interactúan con arcilla refractaria ni óxidos de hierro, están bastante bien procesadas, son mecánicamente fuertes y no frágiles. La temperatura máxima de funcionamiento de la aleación X15N60YUZ es de 1200 °C.
Además de las aleaciones mencionadas anteriormente a base de níquel, cromo, hierro y aluminio, para la fabricación de calentadores se utilizan otros materiales: metales refractarios y no metales.
Entre los no metales para la fabricación de calentadores se utilizan carborundo, disiliciuro de molibdeno, carbón y grafito. Los calentadores de disiliciuro de carborundo y molibdeno se utilizan en hornos de alta temperatura. En hornos con atmósfera protectora se utilizan calentadores de carbón y grafito.
Entre los materiales refractarios, se pueden utilizar tantalio y niobio como calentadores. En alta temperatura hornos de vacío y se utilizan hornos con atmósfera protectora calentadores de molibdeno Y tungsteno. Los calentadores de molibdeno pueden funcionar hasta temperaturas de 1700 °C en vacío y hasta 2200 °C en atmósfera protectora. Esta diferencia de temperatura se debe a la evaporación del molibdeno a temperaturas superiores a 1700 °C en el vacío. Los calentadores de tungsteno pueden funcionar hasta 3000 °C. En casos especiales se utilizan calentadores de tantalio y niobio.
También es necesario determinar el material del que se hará. calentadores(Este punto no se trata en el artículo). En este artículo, se considera como material para calentadores una aleación de precisión de cromo-níquel con alta resistencia eléctrica, que es una de las más populares en la fabricación de elementos calefactores.
Un ejemplo de cálculo del diámetro y la longitud de un elemento calefactor.
Datos iniciales:
Alimentación del dispositivo PAG
= 800W; tensión de red Ud.
= 220 V; temperatura del calentador 800 °C. Como elemento calefactor se utiliza alambre de nicrom X20N80.
1. Primero debe determinar la intensidad de la corriente que pasará a través del elemento calefactor:
Yo=P/U
= 800/220 = 3,63 A.
2. Ahora necesitas encontrar la resistencia del calentador:
R=U/I
= 220 / 3,63 = 61 ohmios;
3. Basado en el valor de la intensidad actual obtenida en el paso 1 pasando por calentador de nicromo, debe seleccionar el diámetro del cable. Y este punto es importante. Si, por ejemplo, con una corriente de 6 A utiliza alambre de nicromo con un diámetro de 0,4 mm, se quemará. Por lo tanto, después de calcular la intensidad de la corriente, es necesario seleccionar el valor apropiado del diámetro del cable de la tabla. En nuestro caso, para una corriente de 3,63 A y una temperatura del calentador de 800 °C, seleccionamos alambre de nicromo con un diámetro d = 0,35 mm y área de sección transversal S = 0,096 mm2.
Regla general selección del diámetro del alambre se puede formular de la siguiente manera: es necesario seleccionar un cable cuya intensidad de corriente permitida no sea menor que la intensidad de corriente calculada que pasa a través del calentador. Para ahorrar material del calentador, debe elegir un cable con la intensidad de corriente permitida más cercana (que la calculada).
tabla 1
| Diámetro, mm | Área de la sección transversal de alambre de nicrom, mm 2 | Temperatura de calentamiento del alambre de nicrom, °C | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 200 | 400 | 600 | 700 | 800 | 900 | 1000 | ||
| Corriente máxima permitida, A | ||||||||
| 5 | 19,6 | 52 | 83 | 105 | 124 | 146 | 173 | 206 |
| 4 | 12,6 | 37,0 | 60,0 | 80,0 | 93,0 | 110,0 | 129,0 | 151,0 |
| 3 | 7,07 | 22,3 | 37,5 | 54,5 | 64,0 | 77,0 | 88,0 | 102,0 |
| 2,5 | 4,91 | 16,6 | 27,5 | 40,0 | 46,6 | 57,5 | 66,5 | 73,0 |
| 2 | 3,14 | 11,7 | 19,6 | 28,7 | 33,8 | 39,5 | 47,0 | 51,0 |
| 1,8 | 2,54 | 10,0 | 16,9 | 24,9 | 29,0 | 33,1 | 39,0 | 43,2 |
| 1,6 | 2,01 | 8,6 | 14,4 | 21,0 | 24,5 | 28,0 | 32,9 | 36,0 |
| 1,5 | 1,77 | 7,9 | 13,2 | 19,2 | 22,4 | 25,7 | 30,0 | 33,0 |
| 1,4 | 1,54 | 7,25 | 12,0 | 17,4 | 20,0 | 23,3 | 27,0 | 30,0 |
| 1,3 | 1,33 | 6,6 | 10,9 | 15,6 | 17,8 | 21,0 | 24,4 | 27,0 |
| 1,2 | 1,13 | 6,0 | 9,8 | 14,0 | 15,8 | 18,7 | 21,6 | 24,3 |
| 1,1 | 0,95 | 5,4 | 8,7 | 12,4 | 13,9 | 16,5 | 19,1 | 21,5 |
| 1,0 | 0,785 | 4,85 | 7,7 | 10,8 | 12,1 | 14,3 | 16,8 | 19,2 |
| 0,9 | 0,636 | 4,25 | 6,7 | 9,35 | 10,45 | 12,3 | 14,5 | 16,5 |
| 0,8 | 0,503 | 3,7 | 5,7 | 8,15 | 9,15 | 10,8 | 12,3 | 14,0 |
| 0,75 | 0,442 | 3,4 | 5,3 | 7,55 | 8,4 | 9,95 | 11,25 | 12,85 |
| 0,7 | 0,385 | 3,1 | 4,8 | 6,95 | 7,8 | 9,1 | 10,3 | 11,8 |
| 0,65 | 0,342 | 2,82 | 4,4 | 6,3 | 7,15 | 8,25 | 9,3 | 10,75 |
| 0,6 | 0,283 | 2,52 | 4 | 5,7 | 6,5 | 7,5 | 8,5 | 9,7 |
| 0,55 | 0,238 | 2,25 | 3,55 | 5,1 | 5,8 | 6,75 | 7,6 | 8,7 |
| 0,5 | 0,196 | 2 | 3,15 | 4,5 | 5,2 | 5,9 | 6,75 | 7,7 |
| 0,45 | 0,159 | 1,74 | 2,75 | 3,9 | 4,45 | 5,2 | 5,85 | 6,75 |
| 0,4 | 0,126 | 1,5 | 2,34 | 3,3 | 3,85 | 4,4 | 5,0 | 5,7 |
| 0,35 | 0,096 | 1,27 | 1,95 | 2,76 | 3,3 | 3,75 | 4,15 | 4,75 |
| 0,3 | 0,085 | 1,05 | 1,63 | 2,27 | 2,7 | 3,05 | 3,4 | 3,85 |
| 0,25 | 0,049 | 0,84 | 1,33 | 1,83 | 2,15 | 2,4 | 2,7 | 3,1 |
| 0,2 | 0,0314 | 0,65 | 1,03 | 1,4 | 1,65 | 1,82 | 2,0 | 2,3 |
| 0,15 | 0,0177 | 0,46 | 0,74 | 0,99 | 1,15 | 1,28 | 1,4 | 1,62 |
| 0,1 | 0,00785 | 0,1 | 0,47 | 0,63 | 0,72 | 0,8 | 0,9 | 1,0 |
Así, obtenemos la longitud del calentador:
l = R S / ρ
= 61 · 0,096 / 1,11 = 5,3m.
En este ejemplo, se utiliza como calentador alambre de nicrom de Ø 0,35 mm. De acuerdo con "Alambre fabricado con aleaciones de precisión y alta resistencia eléctrica. Especificaciones" el valor nominal de la resistividad eléctrica del alambre de nicrom grado X20N80 es 1,1 ohmios mm 2 / m ( ρ = 1,1 Ohmios mm 2 / m), ver tabla. 2.
El resultado de los cálculos es la longitud requerida de alambre de nicromo, que es de 5,3 m y un diámetro de 0,35 mm.
Tabla 2
1. Lo primero que debes hacer es calcular el volumen de la cámara dentro del horno. EN en este caso echemos h = 490 milímetros, d = 350 milímetros y yo = 350 mm (alto, ancho y fondo respectivamente). Así obtenemos el volumen V = hdl = 490 · 350 · 350 = 60 · 10 6 mm 3 = 60 l (medida de volumen).
2. A continuación, debe determinar la potencia que debe producir el horno. La potencia se mide en vatios (W) y está determinada por regla de oro: para un horno eléctrico con un volumen de 10 - 50 litros, la potencia específica es de 100 W/l (vatios por litro de volumen), para un volumen de 100 - 500 litros - 50 - 70 W/l. Tomemos por el horno en cuestión. Densidad de poder 100W/l. Por lo tanto, la potencia del calentador del horno eléctrico debe ser PAG = 100 · 60 = 6000W = 6kW.
Vale la pena señalar que con una potencia de 5-10 kW. calentadores Generalmente se fabrican monofásicos. A altas potencias, para garantizar una carga uniforme de la red, los calentadores son trifásicos.
3. Entonces necesitas encontrar la corriente que pasa por el calentador. Yo=P/U , Dónde PAG - potencia del calentador, Ud. - voltaje a través del calentador (entre sus extremos) y resistencia del calentador R=U/I .
Puede haber dos opciones para conectarse a la red eléctrica:
Yo=P/U
= 6000/220 = 27,3 A - corriente que pasa a través del calentador.
A continuación, debe determinar la resistencia del calentador del horno.
R=U/I
= 220/27,3 = 8,06 ohmios.
Figura 1 Calentador de alambre en una red de corriente monofásica.
Los valores requeridos del diámetro del alambre y su longitud se determinarán en el apartado 5 de este apartado.
En este tipo de conexión la carga se distribuye uniformemente en tres fases, es decir 6 / 3 = 2 kW por fase. Entonces necesitamos 3 calentadores. A continuación, debe seleccionar un método para conectar los calentadores (carga) directamente. Puede haber 2 formas: “ESTRELLA” o “TRIÁNGULO”.
Vale la pena señalar que en este artículo las fórmulas para calcular la fuerza actual ( I ) y resistencia ( R ) para una red trifásica no están escritos en aspecto clásico. Esto se hace para no complicar la presentación del material sobre el cálculo de calentadores con términos y definiciones eléctricos (por ejemplo, no se mencionan voltajes y corrientes de fase y lineales ni las relaciones entre ellos). El enfoque clásico y las fórmulas para calcular circuitos trifásicos se pueden encontrar en la literatura especializada. En este artículo, algunas transformaciones matemáticas realizadas sobre fórmulas clásicas quedan ocultas al lector, y esto no tiene ningún efecto en el resultado final.
Al conectar el tipo “STAR” el calentador está conectado entre fase y cero (ver Fig. 2). En consecuencia, el voltaje en los extremos del calentador será Ud.
= 220V.
Yo=P/U
= 2000/220 = 9,10 A.
R=U/I
= 220 / 9,10 = 24,2 Ohmios.
Figura 2 Calentador de alambre en una red de corriente trifásica. Conexión ESTRELLA
Al conectar el tipo “TRIÁNGULO” el calentador está conectado entre dos fases (ver Fig. 3). En consecuencia, el voltaje en los extremos del calentador será Ud.
= 380V.
Corriente que pasa a través del calentador -
Yo=P/U
= 2000/380 = 5,26 A.
Resistencia de un calentador -
R=U/I
= 380/ 5,26 = 72,2 ohmios.
Figura 3 Calentador de alambre en una red de corriente trifásica. Conexión según el esquema "TRIÁNGULO"
4. Después de determinar la resistencia del calentador con la conexión adecuada a la red eléctrica. es necesario seleccionar el diámetro y la longitud del cable.
Al determinar los parámetros anteriores, es necesario analizar potencia superficial específica del calentador, es decir. Potencia que se libera por unidad de área. La potencia superficial del calentador depende de la temperatura del material que se está calentando y del diseño de los calentadores.
Ejemplo
De los puntos de cálculo anteriores (ver punto 3 de este párrafo), conocemos la resistencia del calentador. Para un horno de 60 litros a conexión monofásica equivale a R
= 8,06 ohmios. Tomemos como ejemplo un diámetro de 1 mm. Entonces, para obtener la resistencia requerida, es necesario l = R / ρ
= 8,06 / 1,4 = 5,7 m de alambre de nicromo, donde ρ
- valor nominal de la resistencia eléctrica de 1 m de cable, [Ohm/m]. La masa de este trozo de alambre de nicrom será metro = l μ
= 5,7 · 0,007 = 0,0399 kg = 40 g, donde μ
- masa de 1 m de alambre. Ahora necesitas determinar el área de superficie de un trozo de alambre de 5,7 m de largo. S = l π d
= 570 · 3,14 · 0,1 = 179 cm 2, donde yo
– longitud del cable [cm], d
– diámetro del alambre [cm]. Por tanto, se deberían liberar 6 kW de una superficie de 179 cm2. Resolviendo una proporción simple, encontramos que se libera potencia desde 1 cm 2 β = P/S
= 6000/179 = 33,5 W, donde β
- potencia superficial del calentador.
La potencia superficial resultante es demasiado alta. Calentador se derretirá si se calienta a una temperatura que proporcione el valor de potencia superficial resultante. esta temperatura será mayor que el punto de fusión del material del calentador.
El ejemplo dado es una demostración. Mala decisión el diámetro del cable que se utilizará para fabricar el calentador. En el párrafo 5 de este párrafo se dará un ejemplo con selección correcta diámetro
Para cada material, dependiendo de la temperatura de calentamiento requerida, se determina el valor permitido de potencia superficial. Se puede determinar mediante tablas o gráficos especiales. Estos cálculos utilizan tablas.
Para hornos de alta temperatura (a temperaturas superiores a 700 - 800 °C) la potencia superficial permitida, W/m2, es igual a β adicional = β efectivo · α , Dónde efecto β – potencia superficial de los calentadores en función de la temperatura del medio receptor de calor [W/m2], α – coeficiente de eficiencia de radiación. efecto β seleccionado según la tabla 3, α - según la tabla 4.
Si horno de baja temperatura(temperatura inferior a 200 - 300 °C), entonces la potencia superficial permitida se puede considerar igual a (4 - 6) · 10 4 W/m2.
Tabla 3
| Temperatura de la superficie receptora de calor, °C | β eff, W/cm 2 a temperatura del calentador, °C | ||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 800 | 850 | 900 | 950 | 1000 | 1050 | 1100 | 1150 | 1200 | 1250 | 1300 | 1350 | ||
| 100 | 6,1 | 7,3 | 8,7 | 10,3 | 12,5 | 14,15 | 16,4 | 19,0 | 21,8 | 24,9 | 28,4 | 36,3 | |
| 200 | 5,9 | 7,15 | 8,55 | 10,15 | 12,0 | 14,0 | 16,25 | 18,85 | 21,65 | 24,75 | 28,2 | 36,1 | |
| 300 | 5,65 | 6,85 | 8,3 | 9,9 | 11,7 | 13,75 | 16,0 | 18,6 | 21,35 | 24,5 | 27,9 | 35,8 | |
| 400 | 5,2 | 6,45 | 7,85 | 9,45 | 11,25 | 13,3 | 15,55 | 18,1 | 20,9 | 24,0 | 27,45 | 35,4 | |
| 500 | 4,5 | 5,7 | 7,15 | 8,8 | 10,55 | 12,6 | 14,85 | 17,4 | 20,2 | 23,3 | 26,8 | 34,6 | |
| 600 | 3,5 | 4,7 | 6,1 | 7,7 | 9,5 | 11,5 | 13,8 | 16,4 | 19,3 | 22,3 | 25,7 | 33,7 | |
| 700 | 2 | 3,2 | 4,6 | 6,25 | 8,05 | 10,0 | 12,4 | 14,9 | 17,7 | 20,8 | 24,3 | 32,2 | |
| 800 | - | 1,25 | 2,65 | 4,2 | 6,05 | 8,1 | 10,4 | 12,9 | 15,7 | 18,8 | 22,3 | 30,2 | |
| 850 | - | - | 1,4 | 3,0 | 4,8 | 6,85 | 9,1 | 11,7 | 14,5 | 17,6 | 21,0 | 29,0 | |
| 900 | - | - | - | 1,55 | 3,4 | 5,45 | 7,75 | 10,3 | 13 | 16,2 | 19,6 | 27,6 | |
| 950 | - | - | - | - | 1,8 | 3,85 | 6,15 | 8,65 | 11,5 | 14,5 | 18,1 | 26,0 | |
| 1000 | - | - | - | - | - | 2,05 | 4,3 | 6,85 | 9,7 | 12,75 | 16,25 | 24,2 | |
| 1050 | - | - | - | - | - | - | 2,3 | 4,8 | 7,65 | 10,75 | 14,25 | 22,2 | |
| 1100 | - | - | - | - | - | - | - | 2,55 | 5,35 | 8,5 | 12,0 | 19,8 | |
| 1150 | - | - | - | - | - | - | - | - | 2,85 | 5,95 | 9,4 | 17,55 | |
| 1200 | - | - | - | - | - | - | - | - | - | 3,15 | 6,55 | 14,55 | |
| 1300 | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | 7,95 | |
Tabla 4
Espirales de alambre, semicerradas en ranuras de revestimiento.
Espirales de alambre en estantes en tubos.
Calentadores de alambre en zigzag (varilla)
Supongamos que la temperatura del calentador es de 1000 °C y queremos calentar la pieza de trabajo a una temperatura de 700 °C. Luego, según la Tabla 3, seleccionamos efecto β = 8,05 W/cm2, α = 0,2, β adicional = β efectivo · α = 8,05 · 0,2 = 1,61 W/cm2 = 1,61 · 10 4 W/m2.
5. Después de determinar la potencia superficial permitida del calentador, es necesario encontrar su diámetro(para calentadores de alambre) o ancho y espesor(para calentadores de cinta), así como longitud.
El diámetro del alambre se puede determinar mediante la siguiente fórmula: d
- diámetro del alambre, [m]; PAG
- potencia del calentador, [W]; Ud.
- tensión en los extremos del calentador, [V]; β adicional
- potencia superficial permitida del calentador, [W/m 2 ]; ρ t
- resistencia específica del material calentador a una temperatura determinada, [Ohm·m].
ρ t = ρ 20 k
, Dónde ρ 20
- resistencia eléctrica específica del material calentador a 20 °C, [Ohm·m] k
- factor de corrección para calcular los cambios en la resistencia eléctrica en función de la temperatura (por ).
La longitud del cable se puede determinar mediante la siguiente fórmula:
yo
- longitud del cable, [m].
Seleccione el diámetro y la longitud del cable de nicrom X20N80. La resistencia eléctrica específica del material calentador es
ρ t = ρ 20 k
= 1,13 · 10 -6 · 1,025 = 1,15 · 10 -6 Ohmios m.
Red doméstica monofásica
Para una estufa de 60 litros conectada a una red doméstica monofásica, se sabe por las etapas anteriores de cálculo que la potencia de la estufa es PAG
= 6000 W, voltaje en los extremos del calentador - Ud.
= 220 V, potencia admisible del calentador de superficie β adicional
= 1,6 · 10 4 W/m2. Entonces obtenemos
El tamaño resultante debe redondearse al estándar mayor más cercano. Los tamaños estándar para alambre de nicrom y fechral se pueden encontrar en, Apéndice 2, Tabla 8. En este caso, el gran más cercano tamaño estándar es de 2,8 mm de diámetro. Diámetro del calentador d = 2,8 mm.
Longitud del calentador yo = 43 metros.
A veces también es necesario determinar la masa de la cantidad requerida de cable.
metro = l μ
, Dónde metro
- peso de un trozo de alambre, [kg]; yo
- longitud del cable, [m]; μ
- gravedad específica (peso de 1 metro de alambre), [kg/m].
En nuestro caso, la masa del calentador. metro = l μ = 43 · 0,052 = 2,3 kg.
Este cálculo da diámetro mínimo alambre, en el que se puede utilizar como calentador en determinadas condiciones. Desde el punto de vista del ahorro de material, este cálculo es óptimo. En este caso, también se puede utilizar alambre de mayor diámetro, pero entonces su cantidad aumentará.
Examen
Resultados del cálculo se puede comprobar de la siguiente manera. Se obtuvo un diámetro de alambre de 2,8 mm. Entonces la longitud que necesitamos será
l = R / (ρk)
= 8,06 / (0,179 1,025) = 43 m, donde yo
- longitud del cable, [m]; R
- resistencia del calentador, [Ohmios]; ρ
- valor nominal de la resistencia eléctrica de 1 m de cable, [Ohm/m]; k
- factor de corrección para calcular cambios en la resistencia eléctrica en función de la temperatura.
Este valor coincide con el valor obtenido como resultado de otro cálculo.
Ahora debemos verificar si la potencia superficial del calentador que hemos elegido no excederá la potencia superficial permitida, que se encontró en el paso 4. β = P/S = 6000 / (3,14 · 4300 · 0,28) = 1,59 W/cm2. Valor recibido β = 1,59 W/cm 2 no excede β adicional = 1,6W/cm2.
Resultados
Por tanto, para el calentador necesitarás 43 metros de alambre de nicromo X20N80 con un diámetro de 2,8 mm, es decir, 2,3 kg.
Red industrial trifásica
También puede encontrar el diámetro y la longitud del cable necesario para la fabricación de calentadores de horno conectados a una red de corriente trifásica.
Como se describe en el párrafo 3, cada uno de los tres calentadores genera 2 kW de potencia. Encontremos el diámetro, la longitud y la masa de un calentador.
Conexión ESTRELLA(ver figura 2)
En este caso, el tamaño estándar más grande más cercano es Ø 1,4 mm. Diámetro del calentador d = 1,4 mm.
Longitud del calentador único yo
= 30 metros.
Peso de un calentador metro = l μ
= 30 · 0,013 = 0,39 kg.
Examen
Se obtuvo un diámetro de alambre de 1,4 mm. Entonces la longitud que necesitamos será
l = R / (ρk)
= 24,2 / (0,714 · 1,025) = 33m.
β = P/S = 2000 / (3,14 · 3000 · 0,14) = 1,52 W/cm2, no supera el límite permitido.
Resultados
Para tres calentadores conectados en una configuración “STAR”, necesitará
yo
= 3 30 = 90 m de alambre, que es
metro
= 3 · 0,39 = 1,2 kg.
conexión TRIÁNGULO(ver figura 3)
En este caso, el tamaño estándar más grande más cercano es Ø 0,95 mm. Diámetro del calentador d = 0,95 mm.
Longitud del calentador único yo
= 43 metros.
Peso de un calentador metro = l μ
= 43 · 0,006 = 0,258 kilogramos.
Examen
Se obtuvo un diámetro de alambre de 0,95 mm. Entonces la longitud que necesitamos será
l = R / (ρk)
= 72,2 / (1,55 · 1,025) = 45 m.
Este valor prácticamente coincide con el valor obtenido como resultado de otro cálculo.
El espesor de la superficie será β = P/S = 2000 / (3,14 · 4300 · 0,095) = 1,56 W/cm2, no supera el límite permitido.
Resultados
Para tres calentadores conectados en un patrón “TRIÁNGULO”, necesitará
yo
= 3 43 = 129 m de alambre, que es
metro
= 3 · 0,258 = 0,8 kg.
Si compara las 2 opciones para conectar calentadores a una red de corriente trifásica discutidas anteriormente, notará que “STAR” requiere un cable de mayor diámetro que “TRIANGLE” (1,4 mm frente a 0,95 mm) para garantizar una potencia determinada del horno de 6 kW. Donde la longitud requerida del cable de nicrom cuando se conecta según el esquema "STAR" es menor que la longitud del cable cuando se conecta según el tipo "TRIÁNGULO"(90 m versus 129 m), y la masa requerida, por el contrario, es mayor (1,2 kg frente a 0,8 kg).
La relación entre el paso de la espiral y su diámetro y el diámetro del alambre se elige de tal manera que facilite la colocación de los calentadores en el horno, asegure su suficiente rigidez y elimine el sobrecalentamiento local de las espiras de la propia espiral para en la mayor medida posible, y al mismo tiempo no impidan la transferencia de calor de ellos a los productos.
Cuanto mayor sea el diámetro de la espiral y menor su paso, más fácil será colocar calentadores en el horno, pero a medida que aumenta el diámetro, la fuerza de la espiral disminuye y aumenta la tendencia de sus espiras a quedar una encima de la otra. . Por otro lado, con un aumento de la frecuencia de bobinado, aumenta el efecto de apantallamiento de la parte de sus espiras orientadas hacia los productos sobre el resto y, en consecuencia, se deteriora el aprovechamiento de su superficie, pudiendo producirse también un sobrecalentamiento local.
La práctica ha establecido relaciones recomendadas y bien definidas entre el diámetro del alambre ( d ), paso ( t ) y el diámetro de la espiral ( D ) para alambre Ø de 3 a 7 mm. Estas proporciones son las siguientes: t ≥ 2d Y re = (7÷10) re para nicromo y re = (4÷6) re - para aleaciones de hierro-cromo-aluminio menos duraderas, como fechral, etc. Para cables más delgados la relación D Y d , y t normalmente toma más.
En los ejemplos, los métodos de cálculo se consideraron únicamente calentadores de alambre. Además del alambre fabricado con aleaciones de precisión, también se puede utilizar cinta adhesiva para fabricar calentadores.
El cálculo de calentadores no se limita a la elección de sus tamaños. También es necesario determinar el material del que se debe fabricar el calentador, el tipo de calentador (alambre o cinta), el tipo de ubicación de los calentadores y otras características. Si el calentador tiene forma de espiral, entonces es necesario determinar el número de vueltas y el paso entre ellas.
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