Irradiadores e instalaciones para el calentamiento por infrarrojos de animales

En la agricultura, las lámparas incandescentes de uso general, las lámparas incandescentes, los emisores de tubos y los calentadores eléctricos de tubos (TEN) se utilizan como fuentes de radiación infrarroja para calentar animales.

Lámparas incandescentes.

Las lámparas incandescentes difieren en voltaje, potencia y diseño. El diseño de las lámparas incandescentes depende de su propósito. El bulbo de vidrio, cuyo diámetro está determinado por la potencia de la lámpara, está reforzado con una masilla especial en la base. En la base hay una rosca de tornillo para fijar en el zócalo, con el que la lámpara se conecta a la red. El tungsteno se utiliza para fabricar el filamento de la lámpara. Para reducir la dispersión del tungsteno, la lámpara se llena con un gas inerte (por ejemplo, argón, nitrógeno, etc.).

Los principales parámetros de la lámpara incandescente:

• Voltaje nominal,

• energía eléctrica,

• flujo luminoso,

• duración media de la quema.

Las lámparas incandescentes de uso general están disponibles en 127 y 220 V.

La potencia eléctrica de las lámparas incandescentes se especifica como un valor promedio de la tensión nominal para la que está diseñada la lámpara. En la agricultura se utilizan principalmente lámparas incandescentes con un rango de potencia de 40 a 1500 W.

El flujo luminoso de una lámpara incandescente es directamente proporcional a la potencia eléctrica de la lámpara ya la temperatura del filamento; para lámparas que se han quemado el 75% de su vida útil nominal, se permite una disminución del flujo luminoso en un 15-20% del valor inicial.

Cuando use lámparas de iluminación para calentar animales, tenga en cuenta que los altos niveles de luz pueden irritar a los animales.

El tiempo promedio de combustión de una lámpara incandescente está determinado principalmente por la pulverización catódica de tungsteno. Para la mayoría de las lámparas incandescentes de uso general, el tiempo de combustión promedio es de 1000 horas.

Los cambios en el voltaje de la red en comparación con el valor nominal provocarán cambios en el flujo emitido por la lámpara, así como en la salida y la vida útil. Cuando el voltaje cambia en ± 1 %, el flujo luminoso de la lámpara cambia en ± 2,7 % y el tiempo de combustión promedio en ± 13 %.

Lámparas incandescentes con una capa reflectante. Para dirigir el flujo de radiación a una zona determinada, se utilizan lámparas con espejo y una capa reflectante difusa, que se aplica desde el interior hasta la parte superior de la bombilla.

Lámparas emisoras de calor.

Estas fuentes de radiación son emisores de "luz" que consisten en una bobina única de tungsteno y un reflector, que es la superficie interior aluminizada de la bombilla con un perfil especial. La curva de distribución del flujo de radiación Ф (λ) a lo largo del espectro para lámparas del tipo IKZ se muestra en la fig. 1.

Arroz. 1.Distribución del flujo de radiación a lo largo del espectro de las lámparas IKZ 220-500 e IKZ 127-500.

Arroz. 2. Distribución del flujo de radiación a lo largo del espectro de las lámparas IKZK 220-250 e IKZK 127-250.

En la Fig. 2 muestra la curva de distribución del flujo de radiación a lo largo del espectro de las lámparas de los tipos IKZK 220-250 e IKZK 127-250.

En la designación del tipo de lámparas, las letras significan: IKZ — espejo infrarrojo, IKZK 220-250 — espejo infrarrojo con bombilla pintada; los números después de las letras indican la tensión de red y la potencia de la fuente de radiación. La lámpara es una bombilla de vidrio paraboloide. Parte de la superficie de la lámpara está cubierta desde el interior con una fina capa de plata reflectante para concentrar el flujo radiante en una dirección determinada.

Un parámetro muy importante de las bombillas de vidrio, que afecta la vida útil de las lámparas, es su resistencia al calor, es decir, la capacidad de soportar cambios bruscos de temperatura. Para aumentar la resistencia al calor cambiando la composición de la carga durante la fusión del vidrio, es necesario reducir su capacidad calorífica y el coeficiente de temperatura de expansión lineal, así como aumentar la conductividad térmica.

Dependiendo de la forma de la bombilla, las lámparas tienen una distribución diferente del flujo de radiación: concentrado a lo largo del eje (con bombilla parabólica) o ancho, en un ángulo sólido de unos 45 ° (con bombilla esférica). Cabe señalar la ventaja de utilizar lámparas con bombilla esférica en la producción agrícola, estas lámparas proporcionan una distribución más uniforme de la radiación en la zona de calentamiento.

Un cuerpo de filamento de tungsteno se fija dentro de la bombilla. El material del filamento del cuerpo del filamento se evapora en el vacío, asentándose en la superficie interior de la bombilla y formando una capa negra.Esto conduce a una disminución del flujo de luz como resultado de su absorción más intensa por parte del vidrio.

Para aumentar la vida útil de la lámpara y reducir la tasa de evaporación del cuerpo del filamento, el matraz se llena con una mezcla de gases inertes (argón y nitrógeno).

La presencia de gas crea pérdidas de calor debido a la conducción y convección del calor. En las lámparas llenas de gas, la bombilla se calienta no solo por la radiación del filamento, sino también por convección y conducción del gas de relleno. Entonces, calentar el gas en una lámpara de 500 W consume el 9% de la energía suministrada.

En lámparas potentes con un cuerpo de filamento macizo, el aumento de la pérdida de calor a través del gas se compensa totalmente con la fuerte disminución de la dispersión del filamento, por lo que siempre se liberan con gas.

A diferencia de las lámparas de vacío, la temperatura de las secciones individuales de los matraces de gas inerte depende de su posición de funcionamiento. Por ejemplo, al dar la vuelta al matraz, puede reducir el calentamiento de la unión de metal y vidrio de 383-403 a 323-343 K.

El flujo de radiación depende de la temperatura corporal del filamento. Un aumento de la temperatura acelera la evaporación del tungsteno y aumenta la proporción de luz visible en el flujo de radiación. Por tanto, en lámparas del tipo IKZ, donde la radiación infrarroja es efectiva, la temperatura de trabajo del filamento se reduce de 2973 K (como en una lámpara incandescente) a 2473 K con una disminución del rendimiento luminoso del 60%. Esto permite convertir hasta el 70% de la electricidad consumida en radiación infrarroja.

La reducción de la temperatura del filamento permitió aumentar la vida útil de las lámparas infrarrojas de 1000 a 5000 horas.La radiación del cuerpo incandescente con una longitud de onda de más de 3,5 micras (7-8% del flujo total) es absorbida por el vidrio de la bombilla, lo que es la razón de las frecuentes fallas prematuras de las lámparas por sobrecalentamiento.

La irradiación de una lámpara tipo IKZ a una distancia de 50-400 mm a la superficie calentada varía de 2 a 0,2 W/cm2.

Diagramas de la radiación de energía creada por una lámpara de espejo infrarrojo IKZ con una potencia de 250 W a una altura de suspensión: 1 — 10 cm, 2 — 20 cm, 3 — 30 cm, 4 — 40 cm, 5 — 50 cm, 6 — 60 cm, 7—80 cm...

Para la transferencia de calor por radiación, se pueden usar lámparas incandescentes ordinarias con una bobina de tungsteno y una bombilla en forma de bola. El aumento de la eficiencia de radiación se proporciona mediante el suministro de voltaje, cuyo valor es 5-10% menor que el nominal; además, se deben instalar reflectores de aluminio pulido en el dispositivo.

Emisores de infrarrojos de tubo.

Por diseño, las fuentes tubulares de radiación infrarroja se dividen en dos grupos: con cuerpos calefactores hechos de aleaciones metálicas resistentes y tungsteno. El primero es un tubo de vidrio ordinario o refractario con un diámetro de 10 a 20 mm; Dentro del tubo, a lo largo del eje central, hay un cuerpo con un hilo en forma de espiral, en cuyos extremos se aplica un voltaje de alimentación. Dichos emisores no se utilizan ampliamente. Por lo general, se utilizan para la calefacción de espacios.

Los emisores de filamento de tungsteno tienen un diseño similar al de las lámparas de tubo incandescente. El cuerpo calefactor en forma de espiral de tungsteno se encuentra a lo largo del eje del tubo y se fija sobre soportes de molibdeno soldados a una varilla de vidrio. Un radiador de tubo se puede hacer con un reflector externo o interno formado por evaporación de plata o aluminio en el vacío. En la Fig.3 muestra la construcción de un emisor IR de este tipo.

La distribución espectral de la radiación de los emisores de tubos es similar a la de los emisores de tubos; la temperatura de calentamiento es de 2100-2450 K.

Arroz. 3. Construcción de una fuente de IR de tubo convencional. 1 — base; 2 — varilla; 3 — resorte que soporta la varilla; 4 — soportes para molibdeno; 5 — varilla de vidrio; 6 — electrodos; 7 — hilo de tungsteno; 8 — tubo de cristal.

Los radiadores tubulares de baja potencia (100 W) pueden utilizarse ampliamente en agricultura para calentar animales jóvenes y aves de corral. Así que en Francia se utilizan para calentar aves jóvenes en jaulas. Los radiadores se instalan directamente en el techo de la jaula, a una altura de 45 cm y proporcionan un calentamiento uniforme para 40 pollos.

Las lámparas de tubo se pueden utilizar con éxito en la creación de instalaciones combinadas de irradiación e iluminación para animales jóvenes de granja y aves de corral, especialmente si tenemos en cuenta que las lámparas UV y las lámparas para iluminación de eritemas también tienen un diseño tubular.

Emisores IR de cuarzo.

Los emisores de infrarrojos de cuarzo son similares a los descritos anteriormente, excepto que se utiliza un tubo de vidrio de cuarzo. Aquí nos limitaremos a considerar emisores IR de cuarzo con elementos calefactores de tungsteno.

Arroz. 4. Dispositivo para lámpara infrarroja con filamento tipo KI 220-1000.

La figura 4 muestra el dispositivo de un emisor de tubo de cuarzo: una lámpara del tipo KI (KG). El matraz cilíndrico 1 con un diámetro de 10 mm está hecho de vidrio de cuarzo, que tiene una transmisión máxima en la región espectral IR. Se colocan 1-2 mg de yodo en un matraz y se llena con argón. El cuerpo de luz 2, realizado en forma de monobobina, está montado a lo largo del eje del tubo sobre soportes de tungsteno 3.

La entrada a la lámpara se realiza mediante electrodos de molibdeno soldados en las patas de cuarzo 4. Los extremos de la espiral del filamento se atornillan a la parte interior de los manguitos 5. Las bases cilíndricas 6 están hechas de una tira de níquel con una costura en la que el los alambres exteriores de molibdeno están soldados 7. La temperatura de las bases de los emisores de cuarzo no debe exceder los 573 K. En este sentido, es obligatorio que los radiadores se enfríen durante el funcionamiento en instalaciones de irradiación.

En combinación con un reflector de espejo en forma de cilindro elíptico, las lámparas de cuarzo crean una irradiación muy alta. Si las lámparas de espejo proporcionan una radiación de hasta 2-3 W / cm2, se puede obtener una radiación de hasta 100 W / cm2 de una lámpara de cuarzo con reflector.

Los emisores de cuarzo con elementos calefactores de tungsteno son producidos por empresas como Osram, Philips, General Electric, etc. W para tensión 110/130 y 220/250 V. La vida útil de estas lámparas es de 5000 horas.

La distribución de la energía de radiación de la lámpara KI-220-1000 sobre el espectro se muestra en la fig. 5. La composición espectral de la radiación generada por las lámparas de cuarzo se caracteriza por el hecho de que existe un segundo máximo en la región de las longitudes de onda superiores a 2,5 micras, provocado por la radiación de un tubo calentado. Agregar yodo a la bombilla reducirá el chisporroteo del tungsteno y, por lo tanto, aumentará la vida útil de la lámpara. En las lámparas de cuarzo infrarrojas, aumentar el voltaje por encima del nominal no conduce a una disminución brusca de la vida útil, por lo que es posible ajustar suavemente el flujo de radiación cambiando el voltaje aplicado.

Arroz. 5. Distribución del espectro de energía de radiación de una lámpara tipo KI 220-1000 a diferentes voltajes de lámpara.

Las lámparas de cuarzo infrarrojo de ciclo de yodo tienen las siguientes ventajas:

• alta densidad de radiación específica;

• estabilidad del flujo de radiación durante la vida operativa. El flujo de radiación al final de la vida es el 98% del inicial;

• pequeñas dimensiones;

• capacidad de resistir grandes sobrecargas a largo plazo;

• la capacidad de ajustar suavemente el flujo de radiación en un amplio rango cambiando el voltaje suministrado.

Las principales desventajas de estas lámparas:

• a temperaturas del manguito superiores a 623 K, el cuarzo se destruye por expansión térmica;

• Las lámparas solo pueden funcionar en posición horizontal, de lo contrario el cuerpo incandescente puede deformarse por su propio peso y el ciclo del yodo como resultado de la concentración de yodo en la parte inferior del tubo se verá perturbado.

Las lámparas infrarrojas con ciclo de yodo se utilizan para secar pinturas y barnices en varios sitios agrícolas; para calentar animales de granja (terneros, lechones, etc.).

Irradiadores con lámparas de infrarrojos.

Para proteger las lámparas infrarrojas de daños mecánicos y gotas de agua, así como para redistribuir el flujo de radiación en el espacio, se utilizan accesorios especiales. La fuente de radiación junto con el dispositivo se denomina fuente de alimentación.

Los irradiadores con varias lámparas infrarrojas se utilizan ampliamente en la cría de animales para el calentamiento local de animales jóvenes de granja y aves de corral.