Categories: Articles destacats » Electricistes novells
Nombre de visualitzacions: 206.509
Comentaris sobre l'article: 6
Elements de calefacció elèctrics, elements de calefacció, tipus, dissenys, connexió i proves
Els elements de calefacció elèctrics s’utilitzen en equips domèstics i industrials. Tots són coneguts per l'ús de diversos escalfadors. Es tracta d’estufes elèctriques, forns i forns, cafetera elèctrica, bullidors elèctrics i aparells de calefacció de diversos dissenys.
Escalfadors d'aigua elèctrics, comunament coneguts com a calderes, també contenen elements calefactors. La base de molts elements de calefacció és un filferro amb alta resistència elèctrica. I molt sovint aquest fil és de nichrom.
Espiral nichrome oberta
L’element de calefacció més antic és potser l’espiral nichrome habitual. Hi havia una vegada estufes elèctriques casolanes, calderes d’aigua i escalfadors de cabra. Tenir a mà un fil de nichrom que podia "agafar-se" en la producció, fer una espiral de la potència necessària no presentà cap problema.
L’extrem del filferro de la longitud necessària s’introdueix al tall del cabrestant, el filferro es passa entre dos blocs de fusta. El vici s'ha de subjectar de manera que es mantingui tota l'estructura tal com es mostra a la figura. La força de fixació ha de ser tal que el filferro passi per les barres amb cert esforç. Si la força de fixació és gran, simplement es trencarà el fil.
Figura 1. Enrotllament en espiral de Nichrome
Al girar el collet, es tira el filferro a través de les barres de fusta i, amb cura, girem per girar, es posa sobre una vareta metàl·lica. A l’arsenal d’electricistes hi havia tot un conjunt de claus de diàmetres diversos d’1,5 a 10 mm, cosa que va permetre enrotllar espirals en totes les ocasions.
Se sabia quin diàmetre és el filferro i quina longitud es necessita per enrotllar l’espiral de la potència necessària. Aquests números màgics encara es poden trobar a Internet. La figura 2 mostra una taula que mostra dades sobre espirals de diverses capacitats a una tensió d'alimentació de 220V.
Figura 2. Càlcul de l'espiral elèctric de l'element calefactor (feu clic a la imatge per ampliar-la)
Tot és senzill i clar aquí. Tenint en compte la potència necessària i el diàmetre del fil nichrom disponible, només queda tallar un tros de la longitud desitjada i enfilar-lo a un mandrí del diàmetre corresponent. Al mateix temps, la taula mostra la longitud de l’espiral resultant. I si hi ha un filferro amb un diàmetre no especificat a la taula? En aquest cas, només caldrà calcular l’espiral.
Com calcular una espiral nichrome
Si cal, calcular l’espiral és força senzill. A tall d’exemple, el càlcul d’una espiral feta de filferro nichrome amb un diàmetre de 0,45 mm (no hi ha aquest diàmetre a la taula) amb una potència de 600 W per a una tensió de 220V. Tots els càlculs es realitzen segons la llei d'Ohm.
Quant a com convertir els amperis a watts i, per contra, a watts a amperes:
Quants amperis hi ha en amperis, com es converteixen els amperis en watts i quilowatts
Primer hauríeu de calcular el corrent que consumeix l’espiral.
I = P / U = 600/220 = 2,72 A
Per fer-ho, n’hi ha prou amb dividir la potència fixada per tensió i obtenir la quantitat de corrent que passa per l’espiral. La potència en watts, la tensió en volts, produeixen amperes. Tot segons el sistema SI.
Utilitzant el corrent conegut ara, és força senzill calcular la resistència requerida de l’espiral: R = U / I = 220 / 2,72 = 81 Ohms
La fórmula per calcular la resistència d’un conductor és R = ρ * L / S,
on ρ és la resistència específica del conductor (per nichrome 1,0 ÷ 1,2 Ohm • mm2 / m), L és la longitud del conductor en metres, S és la secció transversal del conductor en mil·límetres quadrats. Per a un conductor amb un diàmetre de 0,45 mm, la secció transversal és de 0,159 mm2.
Per tant, L = S * R / ρ = 0,159 * 81 / 1,1 = 1170 mm, o 11,7 m.
En general, el càlcul no és tan complicat.De fet, la fabricació d'una espiral no és tan difícil, la qual cosa és, sens dubte, l'avantatge de les espirals nichrome ordinàries. Però aquest avantatge queda bloquejat per moltes mancances inherents a les espirals obertes.
En primer lloc, es tracta d’una temperatura de calefacció força elevada: 700 ... 800˚C. L'espiral calenta té un brillant vermell intens, al tocar-la accidentalment pot provocar una cremada. A més, és possible una descàrrega elèctrica. Una espiral calenta vermella crema l’oxigen de l’aire, atrau a si mateix partícules de pols que, quan es cremen, donen un aroma molt desagradable.
Però el principal inconvenient de les espirals obertes hauria de considerar-se el seu alt risc d’incendi. Per tant, el cos de bombers simplement prohibeix l’ús de calefactors amb espiral oberta. Aquests escalfadors, en primer lloc, inclouen l'anomenada "cabra", el disseny del qual es mostra a la figura 3.
Figura 3. Escalfador de cabra casolà
Així va resultar la “cabra” salvatge: es va fer deliberadament descuidada, simplement, fins i tot molt malament. Un incendi amb un escalfador no haurà d'esperar gaire. A la figura 4 es mostra un disseny més avançat d'aquest escalfador.
Figura 4. Llar "cabra"
És fàcil veure que l’espiral està tancada per una carcassa metàl·lica, això és el que impedeix tocar parts escalfades de les parts vives. El perill d’incendi d’un dispositiu és molt inferior al que es mostra a la figura anterior.
Veure aquest tema:Per què són perillosos la "cabra" i una caldera casolana?
Hi havia una vegada a l’URSS, es produïen escalfadors-reflectors. Al centre del reflector xapat, hi havia un cartutx de ceràmica en el qual, com una bombeta amb tapa E27, es va enroscar un escalfador de 500 W. El risc d'incendi d'un reflector també és molt elevat. Bé, d’alguna manera no pensava en aquells dies en què podria comportar l’ús d’aquests escalfadors.
Figura 5. Escalfador reflex
És ben obvi que diversos escalfadors amb espiral oberta poden, contràriament a les exigències de la inspecció d'incendis, utilitzar-los només sota vigilància: si sortiu de l'habitació, apagueu el calefactor. Millor encara, simplement, abandonar l’ús d’escalfadors d’aquest tipus.
Elements de calefacció en espiral tancats
Per alliberar-se d'una espiral oberta, es van inventar els calefactors elèctrics tubulars. A la figura 6 es mostra el disseny del calefactor.
Figura 6. El disseny del calefactor
L’espiral nichrome 1 s’amaga dins d’un tub metàl·lic de parets primes 2. L’espiral queda aïllada del tub per la càrrega 3 amb una alta conductivitat tèrmica i una alta resistència elèctrica. La periclasa (barreja cristal·lina d’òxid de magnesi MgO, de vegades amb impureses d’altres òxids) s’utilitza més sovint com a farcit.
Després d’omplir-se amb una composició aïllant, es pressiona el tub i, a alta pressió, la periclasa es converteix en un monòlit. Després d 'aquesta operació, l' espiral queda fixada rígidament, per tant, queda exclòs el contacte elèctric amb el tub - cos. El disseny és tan fort que qualsevol escalfador es pot doblar si el disseny del calefactor ho requereix. Alguns elements de calefacció tenen una forma molt estranya.
L’espiral està connectada als cables metàl·lics 4, que surten pels aïllants 5. Els fils de plom es connecten als extrems roscats dels cables 4 mitjançant femelles i rentadores 7. Els elements de calefacció es fixen al cos del dispositiu mitjançant femelles i rentadores 6, que asseguren, si cal, la estanquitat de la connexió.
Sota les condicions de funcionament, aquest disseny és força fiable i durador. Això és precisament el que va provocar l’ús molt estès d’elements de calefacció en dispositius amb diversos propòsits i dissenys.
Segons les condicions de funcionament, els elements de calefacció es divideixen en dos grans grups: aire i aigua. Però és només aquest nom. De fet, els elements de calefacció d’aire estan dissenyats per funcionar en diversos ambients de gas.Fins i tot l’aire atmosfèric ordinari és una barreja de diversos gasos: oxigen, nitrogen, diòxid de carboni, fins i tot hi ha impureses d’argó, neó, kriptó, etc.
L’ambient aeri és molt divers. Pot ser un aire atmosfèric tranquil o un corrent d'aire que es mou a una velocitat de diversos metres per segon, com en els calefactors de ventiladors o canons de calor.
La calefacció de la closca del calefactor pot arribar als 450 ° C i encara més. Per tant, per a la fabricació de la closca tubular exterior s’utilitzen diversos materials. Pot ser acer al carboni ordinari, acer inoxidable o acer resistent al calor, resistent al calor. Tot depèn del medi ambient.
Per millorar la transferència de calor, alguns elements de calefacció estan equipats amb nervadures als tubs en forma de cinta metàl·lica ferida. Aquests escalfadors s'anomenen aletes. L'ús d'aquests elements és el més adequat en un entorn d'aire en moviment, per exemple, en calefactors i pistoles de calor.
Els elements de calefacció d'aigua tampoc no són necessàriament utilitzats en l'aigua; aquest és el nom general de diversos suports líquids. Pot ser petroli, combustible i fins i tot diversos líquids agressius. TENY líquid usat en calderes elèctriques, destil·ladors, plantes de dessalinització elèctrica i tancs tancs per bullir aigua potable.
La conductivitat tèrmica i la capacitat de calor de l’aigua són molt superiors a les de l’aire i altres mitjans gasosos, cosa que proporciona, en comparació amb l’aire, una millor i ràpida eliminació de calor del escalfador. Per tant, amb la mateixa potència elèctrica, el calefactor d’aigua té dimensions geomètriques menors.
Aquí podem donar un exemple senzill: quan bulliu l’aigua en un bullidor elèctric ordinari, el calefactor es pot escalfar, i després cremar-se fins als forats. La mateixa imatge es pot observar amb calderes ordinàries, dissenyades per bullir aigua en un got o en una galleda.
L’exemple donat demostra clarament que els elements de calefacció d’aigua no s’han d’utilitzar mai per a treballs a l’aire. Podeu utilitzar elements de calefacció per escalfar l’aigua, però només heu d’esperar molt de temps fins que l’aigua bulli.
No en avantatge dels elements de calefacció d'aigua hi haurà una capa d'escala formada durant el funcionament. L’escala, per regla general, té una estructura porosa i la seva conductivitat tèrmica és petita. Per tant, la calor generada per l’espiral entra al líquid malament, però l’espiral a l’interior del calefactor s’escalfa fins a una temperatura molt elevada, que tard o d’hora provocarà la seva combustió.
Per evitar que això passi, és recomanable netejar periòdicament els elements de calefacció amb diversos productes químics. Per exemple, en un anunci de televisió, Calgon es recomana per protegir els escalfadors de rentadores. Tot i que sobre aquesta eina, hi ha moltes opinions diferents.
Com desfer-se de l'escala
A més de productes químics de protecció contra escala, s’utilitzen diversos dispositius. En primer lloc, es tracta de convertidors d’aigua magnètics. En un potent camp magnètic, els cristalls de sals "dures" canvien la seva estructura, es converteixen en flocs, es fan més petits. L'escala és menys activa d'aquests flocs, la majoria dels flocs es renten simplement per un raig d'aigua. D’aquesta manera es garanteix la protecció dels escalfadors i canonades. Els convertidors de filtres magnètics són produïts per moltes empreses estrangeres. Existeixen empreses a Rússia. Aquests filtres estan disponibles tant en forma mortera com a sobrecàrrega.
Suavitzants electrònics
Recentment, els suavitzants electrònics són cada cop més populars. A l’exterior, tot sembla molt senzill. A la canonada s’instal·la una caixa petita, de la qual surten els cables d’antena. Els cables s’enrotllen al voltant de la canonada i ni tan sols heu de pelar la pintura. El dispositiu es pot instal·lar en qualsevol lloc accessible, com es mostra a la Figura 7.
Figura 7. Suavitzador electrònic d'aigua
L’únic que necessita per connectar el dispositiu és una presa de 220V.El dispositiu està dissenyat per a l'encesa a llarg termini, no cal apagar-se periòdicament, ja que desactivar farà que l'aigua torni a ser dura, es tornarà a formar l'escala.
El principi de funcionament del dispositiu es redueix a l’emissió de vibracions en l’interval de freqüències d’ultrasons, que poden arribar fins a 50KHz. La freqüència d’oscil·lació es controla mitjançant el tauler de control del dispositiu. La radiació es produeix en lots diverses vegades per segon, cosa que s’aconsegueix mitjançant el microcontrolador incorporat. El poder de les fluctuacions és reduït, per tant, aquests dispositius no representen cap amenaça per a la salut humana.
La instal·lació d'aquests dispositius és fàcil de determinar. Tot es refereix a determinar quina durada brolla l’aigua del tub d’aigua. Aquí ni tan sols necessiteu cap aparell “abús”: si la pell s’asseca després del rentat, apareixen taques blanques a la rajola dels esquitxats d’aigua, apareix una escala a la bullidora, la rentadora esborra més lentament que al començament del funcionament: l’aigua dura definitivament surt de l’aixeta. Tot això pot provocar una fallada dels elements de calefacció i, per tant, els bullidors o les rentadores.
L’aigua dura no dissol diferents detergents: des de sabons corrents fins a detergents per roba de moda. Com a resultat, heu de posar més pols, però això ajuda una mica, ja que els cristalls de sals de duresa es conserven als teixits, la qualitat de rentat deixa molt a desitjar. Tots els signes de la duresa de l'aigua indiquen eloqüentment que cal instal·lar suavitzants.
Connexió i verificació d’elements de calefacció
Per connectar l'escalfador, s'ha d'utilitzar un filferro d'una secció adequada. Tot depèn del corrent que circula per l'escalfador. Molt sovint es coneixen dos paràmetres. Es tracta de la potència del escalfador en si i la tensió d'alimentació. Per determinar el corrent, n’hi ha prou amb dividir la potència pel voltatge d’alimentació.
Un exemple senzill. Hi hagi un element de calefacció amb una potència d’1 kW (1000 W) per a una tensió d’alimentació de 220V. Per a un escalfador així, resulta que el corrent és
I = P / U = 1000/220 = 4.545A.
Segons les taules col·locades al PUE, aquest corrent pot proporcionar un filferro amb secció de 0,5 mm2 (11A), però per assegurar la resistència mecànica és millor utilitzar un filferro amb secció d'almenys 2,5 mm2. El fil conductor és més sovint subministrat amb electricitat als punts de sortida.
Però abans de realitzar la connexió, heu d’assegurar-vos que fins i tot la TEN recent comprada està en bon estat. En primer lloc, cal mesurar la seva resistència i comprovar la integritat de l’aïllament. La resistència de l’element de calefacció és força senzilla de calcular. Per fer-ho, cal quadrar la tensió d'alimentació i dividir-la per potència. Per exemple, per a un escalfador de 1000 W, aquest càlcul es sembla:
220 * 220/1000 = 48,4ohm.
Aquesta resistència hauria de ser mostrada per un multímetre en connectar-la als terminals de l'escalfador. Si l’espira es trenca, de manera natural, el multímetre mostrarà una pausa. Si agafem un element de calefacció d’una potència diferent, la resistència, per descomptat, serà diferent.
Per comprovar la integritat de l’aïllament, mesura la resistència entre qualsevol dels terminals i la carcassa metàl·lica del calefactor. La resistència del farcit-aïllant és tal que a qualsevol límit de mesura, el multímetre hauria de mostrar una ruptura. Si resulta que la resistència és nul·la, l’espiral té contacte amb la carcassa metàl·lica del calefactor. Això pot succeir fins i tot amb un de nou, acabat de comprar per un element de calefacció.
Generalment utilitzat per provar aïllament Dispositiu especial de megaohmetre, però no sempre i no tots ho tenen a mà. Així doncs, un test multímetre normal també és força adequat. Com a mínim, s’ha de fer una comprovació d’aquest tipus.
Com ja s’ha comentat, els elements de calefacció es poden doblar fins i tot després d’omplir-se amb un aïllant. Hi ha diversos tipus de calefactors: en forma de tub recte, en forma d’U, enrotllat en un anell, serp o espiral.Tot depèn del dispositiu de l’aparell de calefacció en què se suposa que s’ha d’instal·lar l’escalfador. Per exemple, en un escalfador d'aigua que flueix d'una rentadora, les TEN es torcen en una espiral.
Alguns TENY tenen elements de protecció. La protecció més senzilla és un fusible tèrmic. Bé, si es crema, haureu de canviar tot l'escalfador, però no s'arribarà al foc. Hi ha un sistema de protecció més complex que permet l’ús d’un escalfador després del seu funcionament.
Una d’aquestes proteccions és una protecció basada en una placa bimetalica: la calor d’un element d’escalfament sobreescalfat doblega la placa bimetalica, que obre el contacte i desentén l’element de calefacció. Després que la temperatura baixi fins a un valor acceptable, la placa bimetàl·lica s’estén, el contacte es tanca i el calefactor està a punt per funcionar de nou.
TENY amb regulador de temperatura
En absència de subministrament d’aigua calenta cal utilitzar calderes. El disseny de les calderes és bastant senzill. Es tracta d’un recipient metàl·lic amagat en un “abric de pell” d’un aïllant tèrmic, al damunt del qual hi ha una caixa de metall decorativa. S’incorpora un termòmetre a la caixa, que mostra la temperatura de l’aigua. A la figura 8 es mostra el disseny de la caldera.
Figura 8. Caldera d’emmagatzematge
Algunes calderes contenen un ànode de magnesi. El seu propòsit és protegir contra la corrosió del calefactor i el dipòsit intern de la caldera. L’ànode de magnesi és un consumible, que s’ha de canviar periòdicament durant el manteniment de la caldera. Però en algunes calderes, aparentment de categoria barata, no es proporciona aquesta protecció.
Com a element de calefacció a les calderes, s’utilitza un escalfador amb regulador de temperatura, el disseny d’un d’ells es mostra a la figura 9.
Figura 9. TEN amb regulador de temperatura
A la caixa de plàstic es troba un microinterruptor, que és activat per un sensor de temperatura del líquid (un tub directe al costat de l'escalfador). La forma del calefactor en si pot ser la més diversa, la figura mostra el més senzill. Tot depèn de la potència i el disseny de la caldera. El grau de calefacció es controla per la posició del contacte mecànic controlat per un mànec rodó blanc situat a la part inferior de la caixa. També hi ha terminals de subministrament de corrent elèctric. El calefactor es fixa amb fil.
Escalfadors humits i secs
Aquest escalfador està en contacte directe amb l'aigua, per la qual cosa aquest escalfador es diu "humit". La vida útil d’un element de calefacció “humit” és de 2 ... 5 anys, després dels quals s’ha de canviar. En general, la vida útil és curta.
Per augmentar la vida útil de l’element calefactor i de la caldera en general, l’empresa francesa Atlantic a la dècada dels 90 del segle passat va desenvolupar el disseny d’un element de calefacció “sec”. Per dir-ho simplement, l’escalfador s’amagava en un matràs de protecció metàl·lica que excloïa el contacte directe amb l’aigua: l’escalfament s’escalfa dins del matràs, que transfereix la calor a l’aigua.
Naturalment, la temperatura del matràs és molt inferior a l’element escalfador en si mateix, per tant, la formació d’escala amb la mateixa duresa de l’aigua no és tan intensa, sinó que es transfereix més calor a l’aigua. La vida útil d’aquests escalfadors arriba als 10 ... 15 anys. Això és cert per a bones condicions de funcionament, especialment l'estabilitat de la tensió d'alimentació. Però, fins i tot en bones condicions, els elements de calefacció “secs” també produeixen recursos propis, i s’han de canviar.
Aquí es revela un altre avantatge de la tecnologia d’elements de calefacció “en sec”: quan es substitueix el calefactor, no és necessari drenar l’aigua de la caldera, per la qual cosa s’hauria de desconnectar de la canonada. Simplement apagueu el calefactor i substituïu-lo per un de nou.
Atlantic, per descomptat, va patentar la seva invenció, després de la qual cosa va començar a vendre la llicència a altres empreses. Actualment, altres empreses, per exemple, Electrolux i Gorenje, també produeixen calderes amb un element de calefacció “sec”. A la figura 10 es mostra el disseny de la caldera amb un element de calefacció “sec”.
Figura 10. Caldera amb un escalfador “sec”
Per cert, la figura mostra una caldera amb un escalfador d’estatita de ceràmica. A la figura 11 es mostra el dispositiu d'aquest escalfador.
Figura 11. Escalfador de ceràmica
Sobre la base ceràmica es fixa una espiral oberta convencional de filferro d’alta resistència. La temperatura d’escalfament de l’espiral arriba als 800 graus i es transfereix al medi (aire sota una closca protectora) per convecció i radiació de calor. Naturalment, un escalfador que s’aplica a les calderes només pot funcionar en una closca de protecció; a l’aire, simplement s’exclou el contacte directe amb l’aigua.
L'espiral es pot enrotllar en diverses seccions, com ho demostra la presència de diversos terminals per a la connexió. Això permet canviar la potència del calefactor. La potència específica màxima d’aquests escalfadors no supera els 9 W / cm2.
La condició per al funcionament normal d’un escalfador és l’absència de càrregues mecàniques, corbes i vibracions. La superfície no ha d’estar contaminada per la roba o les taques d’oli. I, per descomptat, com més estable sigui el voltatge d’alimentació, sense majors i pujades, més resistent sigui el calefactor.
Però la tecnologia elèctrica no s’atura. Les tecnologies es desenvolupen, millorant, per tant, a més dels elements de calefacció, actualment es desenvolupen i s’utilitzen amb èxit una gran varietat d’elements de calefacció. Es tracta d’elements de calefacció de ceràmica, elements de calefacció de carboni, elements de calefacció per infrarojos, però aquest serà el tema d’un altre article.
Continuació de l'article:Elements de calefacció moderns
Consulteu també a electro-ca.tomathouse.com
: