Métodos de calefacción eléctrica.

Métodos básicos y métodos de conversión de energía eléctrica en calor clasificados de la siguiente manera. Se hace una distinción entre calefacción eléctrica directa e indirecta.

En el calentamiento eléctrico directo, la transformación de energía eléctrica en energía térmica se produce como consecuencia del paso de corriente eléctrica directamente a través del cuerpo o medio calentado (metal, agua, leche, tierra, etc.). En el calentamiento eléctrico indirecto, una corriente eléctrica pasa a través de un dispositivo calefactor especial (elemento calefactor), desde el cual el calor se transfiere a un cuerpo o medio calentado por conducción, convección o radiación.

Hay varios tipos de conversión de energía eléctrica en calor, que definen los métodos de calentamiento eléctrico.

Calentamiento por resistencia

El flujo de corriente eléctrica a través de sólidos eléctricamente conductores o medios líquidos está acompañado por la evolución del calor. Según la ley de Joule-Lenz, la cantidad de calor Q = I2Rt, donde Q es la cantidad de calor, J; I — silatok, A; R es la resistencia de un cuerpo o medio, Ohm; t — tiempo de flujo, s.

El calentamiento por resistencia se puede realizar por métodos de contacto y de electrodos.

Método de contacto Se utiliza para calentar metales tanto por el principio de calentamiento eléctrico directo, por ejemplo, en dispositivos de soldadura por contacto eléctrico, como por el principio de calentamiento eléctrico indirecto, en elementos calefactores.

Método de electrodo Se utiliza para calentar materiales y medios conductores no metálicos: agua, leche, forraje jugoso, suelo, etc. El material o medio calentado se coloca entre electrodos a los que se les aplica un voltaje alterno.

La corriente eléctrica que atraviesa el material entre los electrodos lo calienta. El agua ordinaria (no destilada) conduce la corriente eléctrica, porque siempre contiene una cierta cantidad de sales, bases o ácidos, que se disocian en iones que transportan cargas eléctricas, es decir, una corriente eléctrica. El carácter de la conductividad eléctrica de la leche y otros líquidos, suelo, forraje suculento, etc. es similar.

El calentamiento directo del electrodo se realiza solo con corriente alterna, ya que la corriente continua provoca la electrólisis del material calentado y su deterioro.

El calentamiento por resistencia eléctrica ha encontrado una amplia aplicación en la producción debido a su simplicidad, confiabilidad, flexibilidad y bajo costo de los dispositivos de calentamiento.

Calentamiento por arco eléctrico

En un arco eléctrico que se produce entre dos electrodos en un medio gaseoso, la energía eléctrica se convierte en calor.

Para encender el arco, los electrodos conectados a la fuente de poder se tocan brevemente y luego se separan lentamente. La resistencia del contacto en el momento de la separación de los electrodos se calienta fuertemente por la corriente que lo atraviesa.Los electrones libres, en constante movimiento en el metal, aceleran su movimiento al aumentar la temperatura en el punto de contacto de los electrodos.

A medida que aumenta la temperatura, la velocidad de los electrones libres aumenta tanto que se desprenden del metal de los electrodos y vuelan por el aire. A medida que se mueven, chocan con las moléculas de aire y las separan en iones con carga positiva y negativa. El espacio de aire entre los electrodos se ioniza y se vuelve eléctricamente conductor.

Bajo la influencia del voltaje de la fuente, los iones positivos se precipitan hacia el polo negativo (cátodo) y los iones negativos hacia el polo positivo (ánodo), formando así una descarga prolongada, un arco eléctrico acompañado por la liberación de calor. La temperatura del arco no es la misma en sus diferentes partes y está en los electrodos metálicos: en el cátodo — unos 2400 °C, en el ánodo — unos 2600 °C, en el centro del arco — unos 6000 — 7000 °C .

Distinguir entre calentamiento por arco eléctrico directo e indirecto. La principal aplicación práctica se encuentra en el calentamiento por arco directo en instalaciones de soldadura por arco eléctrico. En las instalaciones de calefacción indirecta, el arco se utiliza como una potente fuente de rayos infrarrojos.

Calentamiento por inducción

Si una pieza de metal se coloca en un campo magnético alterno, entonces se induce en él una e alterna. d. s, bajo la influencia de los cuales surgirán corrientes de Foucault en el metal. El paso de estas corrientes al metal hará que se caliente. Este método de calentar el metal se llama inducción. El diseño de algunos calentadores de inducción se basa en el uso del fenómeno del efecto de superficie y el efecto de proximidad.

Las corrientes industriales (50 Hz) y de alta frecuencia (8-10 kHz, 70-500 kHz) se utilizan para el calentamiento por inducción. El calentamiento por inducción de cuerpos metálicos (piezas, detalles) está más extendido en la construcción de maquinaria y reparación de equipos, así como para el endurecimiento de piezas metálicas. El método de inducción también se puede utilizar para calentar agua, suelo, hormigón y pasteurizar leche.

Calentamiento dieléctrico

La esencia física del calentamiento dieléctrico es la siguiente. En medios sólidos y líquidos con baja conductividad eléctrica (dieléctricos) colocados en un campo eléctrico que cambia rápidamente, la energía eléctrica se convierte en calor.

Cada dieléctrico contiene cargas eléctricas unidas por fuerzas intermoleculares. Estos cargos se denominan cargos vinculados, a diferencia de los cargos gratuitos en los materiales conductores. Bajo la acción de un campo eléctrico, las cargas asociadas se orientan o desplazan en la dirección del campo. El desplazamiento de las cargas asociadas bajo la acción de un campo eléctrico externo se denomina polarización.

En un campo eléctrico alterno, hay un movimiento continuo de cargas y por lo tanto de las fuerzas intermoleculares de las moléculas asociadas a ellas. La energía gastada por la fuente para polarizar las moléculas de los materiales no conductores se libera en forma de calor. Algunos materiales no conductores tienen una pequeña cantidad de cargas libres que, bajo la influencia de un campo eléctrico, crean una pequeña corriente de conducción que contribuye a la liberación de calor adicional en el material.

Cuando se calienta con un dieléctrico, el material a calentar se coloca entre electrodos metálicos: placas de condensadores, a los que se aplica voltaje de alta frecuencia (0,5 - 20 MHz y más) de un generador especial de alta frecuencia. El cuerpo de calentamiento dieléctrico consta de un generador de lámparas de alta frecuencia, un transformador de potencia y un dispositivo de secado con electrodos.

El calentamiento dieléctrico de alta frecuencia es un método de calentamiento prometedor y se utiliza principalmente para el secado y tratamiento térmico de madera, papel, alimentos y piensos (secado de cereales, verduras y frutas), pasteurización y esterilización de leche, etc.

Calentamiento por haz de electrones (electrónico)

Cuando una corriente de electrones (haz de electrones) acelerada en un campo eléctrico se encuentra con un cuerpo calentado, la energía eléctrica se convierte en calor. Un rasgo característico del calentamiento electrónico es una alta densidad de concentración de energía de 5 × 108 kW / cm2, que es varios miles de veces mayor que en el calentamiento por arco eléctrico.El calentamiento electrónico se utiliza en la industria para soldar piezas muy pequeñas y fundir metales ultrapuros.

Además de los métodos considerados de calefacción eléctrica, la calefacción por infrarrojos (irradiación) se utiliza en la producción y en la vida cotidiana.