El full de calefacció s'utilitza àmpliament en una varietat d'equips de calefacció, el nucli dels quals es basa en l'element de calefacció, doncs, quin és l'element de calefacció? Quines són les propietats dels elements de calefacció? Aquest article us portarà a entendre.
1. Què és un element de calefacció?
Un element de calefacció és un material o dispositiu que converteix l'energia elèctrica directament en calor o energia tèrmica mitjançant un principi anomenat escalfament de joule. L'escalfament Joule és un fenomen en el qual un conductor genera calor a causa del flux de corrent elèctric. Quan un corrent elèctric travessa el material, els electrons o altres portadors de càrrega xoquen amb els ions o àtoms del conductor, creant fricció a escala atòmica. Aquesta fricció es manifesta llavors com a calor. La primera llei de Joule (llei de Joule-Lenz) s'utilitza per descriure la calor generada per un corrent elèctric en un conductor. Això s'expressa com,
P=IV o P=I²R
Segons aquestes equacions, la calor generada depèn del corrent, tensió o resistència del material conductor. En el disseny de tot l'element de calefacció, la resistència és un factor important.
El principi d'escalfament de l'original
L'escalfament Joule és evident en tots els materials conductors d'intensitat variable, excepte en un material especial anomenat superconductor. En general, per als materials conductors, es genera menys calor perquè els portadors de càrrega flueixen fàcilment; Per als materials amb alta resistència, es generarà més calor. Els superconductors, en canvi, permeten que el corrent flueixi sense generar calor. En general, la calor d'un conductor es classifica com a pèrdua d'energia. L'energia elèctrica que s'utilitza per conduir equips de potència genera calor innecessària en forma de pèrdues de transmissió i, finalment, no produeix cap treball útil.
En cert sentit, l'eficiència de l'element de calefacció elèctrica és gairebé del 100 per cent, ja que tota l'energia subministrada es converteix a la forma prevista. L'element de calefacció no només condueix la calor, sinó que també transfereix energia a través de la llum i la radiació. Tanmateix, això només s'aplica a algunes resistències ideals. La capacitat i la inductància inherents al material converteixen l'energia elèctrica en camps elèctrics i magnètics, respectivament, donant lloc a pèrdues lleus. Tenint en compte tot el sistema d'escalfador, la pèrdua prové de la calor dissipada del fluid de procés o del propi escalfador a l'entorn extern. Per tant, el sistema ha d'estar aïllat per aprofitar tota la calor generada.
En segon lloc, les propietats de l'element de calefacció
Quan passa corrent, gairebé tots els conductors poden generar calor. Tanmateix, no tots els conductors són adequats per a elements de calefacció. Es requereix la combinació adequada de propietats elèctriques, mecàniques i químiques. Les següents són algunes de les característiques que són importants per al disseny de l'element de calefacció.
Resistivitat: Per generar calor, l'element calefactor ha de tenir una resistència suficient. Tanmateix, la resistència no pot ser prou alta com per convertir-se en un aïllant. La resistència és igual a la resistivitat multiplicada per la longitud del conductor dividida per la secció transversal del conductor. Per a una determinada secció, per tal d'obtenir un conductor més curt, s'utilitza un material amb alta resistivitat.
Resistència a l'oxidació: la calor sol accelerar l'oxidació de metalls i ceràmiques. L'oxidació consumeix l'element calefactor, reduint-ne la capacitat o danyant-ne l'estructura. Això limita la vida útil de l'element de calefacció. Per als elements de calefacció metàl·lics, els aliatges es formen amb òxids, que ajuden a resistir l'oxidació formant una capa de passivació. Per als elements de calefacció ceràmics, l'escala protectora anti-oxidació de SiO2 o Al2O3 és la més comuna. Els tipus d'elements de calefacció que no són adequats per al seu ús en ambients oxidants, com el grafit, s'utilitzen més habitualment en forns de buit, o forns que contenen gasos d'atmosfera no oxidants com H2, N2, Ar o He, on no hi ha aire. a la cambra de calefacció.
Coeficient de resistència de temperatura: Tingueu en compte que la resistivitat del material canvia amb la temperatura. En la majoria dels conductors, la resistència augmenta a mesura que augmenta la temperatura. Aquest fenomen afecta alguns materials més pronunciat que altres. El coeficient de resistència a alta temperatura s'utilitza principalment en aplicacions tèrmiques. Per a la febre, normalment és preferible utilitzar un valor més baix. Encara que els canvis de resistència es poden predir amb precisió en alguns casos, es requereix un fort augment de la resistència per proporcionar més potència. Per adaptar el sistema a la resistivitat canviant, s'utilitzen sistemes de control o retroalimentació.
Propietats mecàniques: Els elements de calefacció rígids es deformen quan s'utilitzen a altes temperatures. A mesura que el material s'acosta a la seva fase de fusió o recristal·lització, és més probable que el material es debiliti i es deformi en comparació amb el seu estat a temperatura ambient. Un bon element de calefacció conserva la seva forma fins i tot a altes temperatures. D'altra banda, la ductilitat també és una propietat mecànica ideal, especialment per als elements de calefacció metàl·lics. La ductilitat permet estirar un material en un fil i donar-li forma sense afectar la seva resistència a la tracció.
Punt de fusió: a més de la temperatura d'oxidació significativament augmentada, el punt de fusió d'un material també limita la seva temperatura de funcionament. Les ceràmiques generalment tenen un punt de fusió més alt que els escalfadors metàl·lics.