Resistência de aquecimento
O efeito Joule da corrente é usado para converter energia elétrica em energia térmica para aquecer objetos. [1] Normalmente dividido em aquecimento por resistência direta e aquecimento por resistência indireta. A tensão de alimentação do primeiro é aplicada diretamente ao objeto a ser aquecido. Quando a corrente flui, o próprio objeto é aquecido. A máquina de engomar é aquecida.
Vai ter febre. O objeto que pode ser diretamente aquecido por resistência deve ser um condutor, mas deve ter uma resistividade maior. Como o calor é gerado pelo próprio objeto aquecido, ele pertence ao aquecimento interno e a eficiência térmica é muito alta. O aquecimento por resistência indireta requer materiais de liga especial ou materiais não metálicos para fazer os elementos de aquecimento. Os elementos de aquecimento geram calor, que é transmitido ao objeto a ser aquecido por meio de radiação, convecção e condução. Uma vez que o objeto aquecido e o elemento de aquecimento são divididos em duas partes, o tipo do objeto aquecido geralmente não é limitado e a operação é simples.
Os materiais usados para os elementos de aquecimento de aquecimento por resistência indireta geralmente requerem alta resistividade, baixo coeficiente de resistência à temperatura, pequena deformação em altas temperaturas e não são fáceis de fragilizar. São comumente usados materiais metálicos, como liga de ferro-alumínio, liga de níquel-cromo e materiais não metálicos, como carboneto de silício e dissilicida de molibdênio. A temperatura máxima de trabalho dos elementos de aquecimento de metal pode chegar a 1000 ～ 1500 ℃ de acordo com o tipo de material; a temperatura de trabalho mais alta de componentes de aquecimento não metálicos pode chegar a 1500 ～ 1700 ℃. Este último é fácil de instalar e pode ser substituído pelo forno de aquecimento, mas necessita de um regulador de tensão para funcionar e sua vida útil é menor do que a dos aquecedores de liga. É geralmente usado em fornos de alta temperatura, locais onde a temperatura excede a temperatura máxima de trabalho permitida para elementos de aquecimento de metal e em algumas ocasiões especiais.
Aquecimento por indução
O próprio condutor é aquecido pelo efeito térmico formado pela corrente de indução (corrente parasita) gerada pelo condutor no campo eletromagnético alternado. De acordo com os diferentes requisitos do processo de aquecimento, a frequência da fonte de alimentação CA usada no aquecimento por indução inclui frequência de energia (50-60 Hz), frequência intermediária (60-10000 Hz) e alta frequência (superior a 10.000 Hz). A fonte de alimentação da frequência de energia geralmente é a fonte de alimentação CA usada na indústria. A frequência de energia da maioria dos países do mundo é de 50 Hz. A tensão aplicada ao dispositivo de indução pela fonte de alimentação de frequência industrial para aquecimento por indução deve ser ajustável. De acordo com a potência do equipamento de aquecimento e a capacidade da rede de alimentação, uma fonte de alimentação de alta tensão (6-10 kV) pode ser usada para fornecer energia através de um transformador; o equipamento de aquecimento também pode ser conectado diretamente a uma rede elétrica de baixa tensão de 380 volts.
Fontes de alimentação de frequência intermediária usam grupos geradores de frequência intermediária há muito tempo. Consiste em um gerador de frequência intermediária e um motor assíncrono de acionamento. A potência de saída desta unidade está geralmente na faixa de 50 a 1000 quilowatts. Com o desenvolvimento da tecnologia de eletrônica de potência, fontes de alimentação de frequência intermediária de inversor de tiristor são usadas agora. Esta fonte de alimentação de frequência intermediária usa um tiristor para primeiro converter a corrente alternada da frequência de energia em uma corrente contínua e, em seguida, converter a corrente contínua em uma corrente alternada da frequência necessária. Devido ao tamanho pequeno, peso leve, operação silenciosa e confiável desse tipo de equipamento de frequência variável, ele substituiu gradualmente os grupos geradores de frequência intermediária.
As fontes de alimentação de alta frequência geralmente usam um transformador para aumentar a tensão trifásica de 380 volts para uma alta tensão de cerca de 20.000 volts e, em seguida, usam um tiristor ou retificador de silício de alta tensão para retificar a frequência de alimentação AC para DC e, em seguida, use um oscilador eletrônico A corrente contínua é transformada em uma corrente alternada de alta frequência e alta tensão. A potência de saída do equipamento de fonte de alimentação de alta frequência varia de dezenas de quilowatts a centenas de quilowatts.
O objeto aquecido por indução deve ser um condutor. Quando uma corrente alternada de alta frequência passa por um condutor, o condutor produz um efeito de pele, ou seja, a densidade de corrente na superfície do condutor é grande e a densidade de corrente no centro do condutor é pequena.
O aquecimento por indução pode aquecer uniformemente o objeto como um todo e o aquecimento da superfície; pode cheirar metal; em alta frequência, ele pode alterar a forma da bobina de aquecimento (também conhecido como indutor) e também pode realizar um aquecimento local arbitrário.
Aquecimento de arco
Use a alta temperatura gerada pelo arco para aquecer o objeto. Arco é o fenômeno da descarga de gás entre dois eletrodos. A tensão do arco não é alta, mas a corrente é grande. Sua forte corrente é mantida por um grande número de íons evaporados no eletrodo, de modo que o arco é facilmente afetado pelo campo magnético circundante. Quando um arco é formado entre os eletrodos, a temperatura da coluna do arco pode atingir 3000-6000K, o que é adequado para fundição de metais em alta temperatura.
Existem dois tipos de aquecimento por arco: aquecimento direto e indireto. A corrente do arco de aquecimento direto do arco passa diretamente pelo objeto a ser aquecido, e o objeto a ser aquecido deve ser um eletrodo ou meio do arco. A corrente do arco de aquecimento indireto do arco não passa através do objeto a ser aquecido e é principalmente aquecida pelo calor irradiado pelo arco. As características do aquecimento do arco são: alta temperatura do arco, energia concentrada e a potência da superfície da piscina fundida do forno elétrico a arco para a siderurgia pode chegar a 560-1200 quilowatts por metro quadrado. No entanto, o ruído do arco é grande e suas características volt-ampere são características de resistência negativas (características de descida). A fim de manter a estabilidade do arco durante o aquecimento do arco, o valor instantâneo da tensão do circuito é maior do que o valor da tensão do arco quando a corrente do arco instantaneamente cruza zero, e para limitar a corrente de curto-circuito, um determinado valor do resistor deve ser conectado em série no circuito de força.
Aquecimento por feixe de elétrons
A superfície do objeto é bombardeada por elétrons que se movem em alta velocidade sob a ação de um campo elétrico para aquecê-lo. O principal componente do aquecimento do feixe de elétrons é o gerador de feixe de elétrons, também conhecido como canhão de elétrons. O canhão de elétrons é composto principalmente por um cátodo, um eletrodo de foco, um ânodo, uma lente eletromagnética e uma bobina de deflexão. O ânodo é aterrado e o cátodo é conectado à posição negativa alta. O feixe focalizado geralmente tem o mesmo potencial do cátodo, e um campo elétrico acelerado é formado entre o cátodo e o ânodo. Os elétrons emitidos pelo cátodo são acelerados a uma alta velocidade sob a ação de um campo elétrico em aceleração, focados por uma lente eletromagnética e, então, controlados por uma bobina de deflexão, de modo que o feixe de elétrons seja direcionado ao objeto a ser aquecido em um certa direção.
As vantagens do aquecimento por feixe de elétrons são: ① Controlar o valor da corrente Ie do feixe de elétrons, que pode alterar a potência de aquecimento de maneira fácil e rápida; ②A lente eletromagnética pode ser usada para mudar livremente a parte aquecida ou ajustar livremente a área da parte de bombardeio de feixe de elétrons; ③Pode aumentar a densidade de potência para que o material no ponto bombardeado evapore instantaneamente.
Aquecimento infravermelho
Use radiação infravermelha para irradiar um objeto. Depois que o objeto absorve o infravermelho, ele converte a energia radiante em calor e é aquecido.
O infravermelho é uma onda eletromagnética. No espectro solar, fora da extremidade vermelha da luz visível, é uma energia radiante invisível. No espectro eletromagnético, a faixa de comprimento de onda do infravermelho está entre 0,75 e 1000 mícrons, e a faixa de frequência está entre 3 × 10 e 4 × 10 Hz. Em aplicações industriais, o espectro infravermelho é freqüentemente dividido em várias bandas: 0,75 ~ 3,0 microns é a região do infravermelho próximo; 3,0 ~ 6,0 microns é a região do infravermelho médio; 6,0 ~ 15,0 microns é a região do infravermelho distante; 15,0 ~ 1000 mícrons é a área do infravermelho extremo. Objetos diferentes têm diferentes capacidades de absorver luz infravermelha. Até mesmo o mesmo objeto tem uma capacidade diferente de absorver luz infravermelha de comprimentos de onda diferentes. Portanto, na aplicação do aquecimento infravermelho, uma fonte de radiação infravermelha adequada deve ser selecionada de acordo com o tipo de objeto a ser aquecido, de modo que a energia da radiação seja concentrada dentro da faixa de comprimento de onda de absorção do objeto a ser aquecido, a fim de obter um bom efeito de aquecimento.
O aquecimento infravermelho elétrico é na verdade uma forma especial de aquecimento por resistência, que usa materiais como tungstênio, ferro-níquel ou liga de níquel-cromo como radiador para fazer uma fonte de radiação. Depois de energizado, ele gera radiação térmica devido ao calor gerado por sua resistência. As fontes de radiação de aquecimento infravermelho elétrico comumente usadas são o tipo lâmpada (tipo reflexivo), tipo tubo (tipo tubo de quartzo) e tipo placa (tipo plano). O tipo de lâmpada é uma lâmpada infravermelha, que usa um fio de tungstênio como radiador, que é lacrada em uma concha de vidro cheia de gás inerte, assim como uma lâmpada de iluminação geral. O radiador gera calor depois de ser energizado (a temperatura é mais baixa do que as lâmpadas de iluminação geral), que emite uma grande quantidade de raios infravermelhos com comprimento de onda de cerca de 1,2 mícron. Se a parede interna da concha de vidro for revestida com uma camada reflexiva, os raios infravermelhos podem ser concentrados em uma direção, de modo que a fonte de radiação infravermelha do tipo lâmpada também é chamada de radiador infravermelho reflexivo. O tubo da fonte de radiação infravermelha do tipo tubo é feito de vidro de quartzo com um fio de tungstênio no meio, por isso também é chamado de radiador infravermelho do tipo tubo de quartzo. O comprimento de onda da luz infravermelha emitida pelo tipo de lâmpada e pelo tipo de tubo está na faixa de 0,7 a 3 mícrons e a temperatura de trabalho é relativamente baixa. É geralmente usado para aquecimento, panificação, secagem nas indústrias leves e têxteis e fisioterapia infravermelha no tratamento médico. A superfície de radiação da fonte de radiação infravermelha do tipo placa é uma superfície plana composta por uma placa resistiva plana. A frente da placa resistiva é revestida com um material com um grande coeficiente de reflexão, e o verso é revestido com um material com um baixo coeficiente de reflexão, de modo que a maior parte da energia térmica é irradiada da frente. A temperatura de trabalho do tipo placa pode atingir acima de 1000 ℃ e pode ser usada para o recozimento das soldas de materiais de aço e tubos e recipientes de grande diâmetro.
Como o infravermelho tem uma forte capacidade de penetração, é fácil de ser absorvido pelos objetos e, uma vez absorvido pelos objetos, é imediatamente convertido em energia térmica; a perda de energia antes e depois do aquecimento infravermelho é pequena, a temperatura é fácil de controlar e a qualidade do aquecimento é alta. Portanto, a aplicação do aquecimento infravermelho está se desenvolvendo rapidamente.
Aquecimento médio
Use um campo elétrico de alta frequência para aquecer o material isolante. O principal objeto de aquecimento é o dielétrico. Quando o dielétrico é colocado em um campo elétrico alternado, ele será repetidamente polarizado (sob a ação do campo elétrico, uma quantidade igual de carga de polaridade oposta aparece na superfície ou dentro do dielétrico), convertendo assim a energia elétrica em o campo elétrico em calor.
A frequência do campo elétrico usado para aquecimento médio é muito alta. Nas bandas de ondas médias, curtas e ultracurtas, a freqüência é de centenas de quilohertz a 300 MHz, o que é chamado de aquecimento dielétrico de alta freqüência. Se for superior a 300 MHz e atingir a banda de micro-ondas, é denominado aquecimento dielétrico de micro-ondas. Normalmente, o aquecimento dielétrico de alta frequência é realizado no campo elétrico entre as duas placas; enquanto o aquecimento dielétrico de micro-ondas é realizado sob o campo de radiação do guia de ondas, cavidade ressonante ou antena de micro-ondas.
Quando o dielétrico é aquecido em um campo elétrico de alta frequência, a energia elétrica consumida em seu volume unitário é P=0,566fEεrtgδ × 10 (W / cm)
Se expresso em calor, é:
H=1,33fEεrtgδ × 10 (cal / seg · cm)
Onde f é a frequência do campo elétrico de alta frequência, εr é a permissividade relativa do dielétrico, δ é o ângulo de perda dielétrica e E é a intensidade do campo elétrico. Pode-se ver a partir da fórmula que a energia elétrica retirada pelo dielétrico do campo elétrico de alta frequência é proporcional ao quadrado da intensidade do campo elétrico E, a frequência f do campo elétrico e o ângulo de perda δ do dielétrico . E e f são determinados pelo campo elétrico aplicado e εr depende da natureza do próprio dielétrico. Portanto, o objeto de aquecimento médio é principalmente o material com grande perda média.
Aquecimento médio porque o calor é gerado dentro do dielétrico (objeto a ser aquecido), em comparação com outro aquecimento externo, a velocidade de aquecimento é rápida, a eficiência térmica é alta e o aquecimento é uniforme.
O aquecimento da mídia pode aquecer o gel térmico na indústria, grãos secos, papel, madeira e outros materiais fibrosos; ele também pode pré-aquecer o plástico antes da moldagem e colar a vulcanização da borracha e madeira, plástico, etc. A escolha de uma frequência de campo elétrico e dispositivo apropriados pode aquecer apenas a cola adesiva ao aquecer o compensado, sem afetar o próprio compensado. Para materiais homogêneos, o aquecimento pode ser realizado como um todo.