Rezistente de incalzire pentru cuptoare
Peste circa 400 °C transferul dominant este prin radiatie. Dimensionarea se face pe temperatura tecii si pe uniformitatea campului termic din incinta, nu pe puterea instalata.
Date de intrare
- Dimensiunile incintei si grosimea captuselii
- Temperatura de lucru si abaterea de uniformitate admisa
- Masa si caldura specifica a sarcinii, plus ciclul de incarcare
- Atmosfera: aer, gaz de protectie, vapori de solvent, saruri
- Regimul: continuu sau cu opriri, si durata admisa de incalzire
Bilantul termic
Puterea instalata se determina din bilantul termic al procesului, in forma uzuala in proiectarea instalatiilor de electrotermie:
Pt = (P1 + P2 + P3) · fs
P1, incalzirea sarcinii —P1 [kW] = m [kg] · cp [kJ/kg·K] · ΔT [K] / τ [s]P2, schimbarea de faza, daca exista —P2 [kW] = m [kg] · r [kJ/kg] / τ [s], curcaldura latenta de topire sau de vaporizareP3, pierderile prin anvelopa —P3 [W] = λ [W/m·K] · A [m²] · ΔT [K] / δ [m], cuδgrosimea izolatieifs, factor de siguranta — 1,10…1,30, dupa incertitudinea datelor de intrare si dupa frecventa deschiderilor incintei
In regim tranzitoriu dimensioneaza P1 si
P2; in regim stationar, P3.
Cele doua regimuri se verifica separat, iar puterea instalata se ia pe cea
mai mare dintre ele.
La cuptoare, P3 nu este un termen de corectie: in
regim stationar intreaga putere consumata acopera pierderile prin captuseala,
prin usa si prin aerul schimbat. Puterea de regim este determinata de calitatea
izolatiei, iar puterea instalata de durata ceruta pentru incalzirea initiala si
pentru recuperarea dupa incarcare.
Mecanismul de transfer
Fluxul schimbat prin radiatie intre element si sarcina urmeaza legea Stefan-Boltzmann:
q = ε · σ · (T14 − T24),
cu σ = 5,67 · 10−8 W/m²·K4
si temperaturile in kelvini
Dependenta de puterea a patra explica de ce, peste circa 400 °C,
radiatia depaseste net convectia si de ce emisivitatea suprafetelor —
tipic 0,7…0,9 pentru oteluri oxidate — intra direct in calcul.
Sub acest prag, la cuptoarele cu recirculare, convectia fortata ramane
mecanismul principal si se revine la dimensionarea pe α.
Consecinta practica: temperatura elementului este intotdeauna superioara celei din incinta, cu diferenta necesara transferului. Un element ales dupa temperatura nominala a cuptorului este subdimensionat ca material.
Alegerea aliajului
| Executie | Domeniu pe teaca | Aplicatii |
|---|---|---|
| Inox refractar | pana la 500–600 °C | uscatoare, cuptoare de vopsire, tratamente la temperatura joasa |
| Incoloy® | peste 600 °C | atmosfere oxidante sau carburante, tratamente termice |
| Rezistenta descoperita Ni-Cr sau Fe-Cr-Al | limita o da conductorul | incinte captusite, temperaturi mari, montaj pe suporti ceramici |
Atmosfera schimba criteriul: mediile reducatoare, cele cu sulf si cele cu saruri volatile impun alegeri diferite fata de aerul curat, la aceeasi temperatura.
Impartirea pe zone
Campul termic dintr-o incinta nu este uniform: pierderile sunt concentrate la usa si la trecerile de conducte, sarcina nu este centrata, iar la incinte lungi apare stratificarea pe verticala. Doua sau trei zone, fiecare cu termocuplu si bucla de reglaj proprie, reduc abaterea de uniformitate mai eficient decat marirea puterii instalate.
Zonarea permite si o rampa controlata de incalzire, ceea ce limiteaza socul termic in captuseala si varful de curent la pornire.
Comanda
Termocuplu pe zona, regulator PID si element final cu comutatie statica. Contactorul electromecanic este acceptabil doar la incinte mici, cu cerinta de precizie redusa: la un reglaj strans, numarul de comutatii pe schimb il scoate din uz in cateva luni. Comanda cu tiristoare se face in regim de unda intreaga, cand reteaua admite, sau cu unghi de faza acolo unde se cere reglaj continuu.
Peste bucla de reglaj se prevede limitator independent de temperatura, cu senzor propriu si rearmare manuala, pe un canal separat de cel al regulatorului.
Radiatie infrarosie
Cand sarcina termica se afla la suprafata piesei — uscarea peliculelor, preincalzirea inainte de formare, polimerizarea — emitatorul cu infrarosu transfera direct catre suprafata, fara intermedierea aerului. Constanta de timp mica il face potrivit pentru linii cu regim intermitent. Pentru tratamente cu cerinta de uniformitate in masa, solutia ramane cuptorul cu rezistente si recirculare fortata.
Verificari si incadrare normativa
- EN 60335-1 — curent de fuga maximum 0,75 mA/kW, cu limita de 5 mA pe aparat; rigiditate dielectrica probata la 1.250 V timp de 1 min intre partile active si masa.
- EN 60529 — grad de protectie. Executie standard IP 40; IP 66 cu cutie de borne din aluminiu, pentru spalare cu jet si umiditate permanenta.
- Alimentare — 230 V monofazat la puteri mici; 3~230 V in triunghi sau 3~400 V in stea la restul. Dezechilibrul admis pe faze se verifica la impartirea pe trepte.
- Protectie la supratemperatura — termostat de lucru plus limitator independent cu rearmare manuala, cu senzor propriu, montat astfel incat sa nu citeasca aceeasi zona ca regulatorul.
Executie
Suntem importatorii Electricfor, producator spaniol din Rubi, Barcelona, cu fabricatie proprie de elemente de incalzire din 1918. Executam elementele pe geometria incintei, cu aliajul impus de temperatura si de atmosfera, si tabloul de comanda pe zone daca este cerut. termenul de executie se confirma la oferta.
Transmite datele de intrare — dimensiunile incintei, temperatura de lucru, atmosfera, sarcina si ciclul. Sau suna la 0744 986 047.
Vezi si emitatoarele cu infrarosu, rezistentele ATEX si bateriile de incalzire aer.
Intrebari frecvente
Pana la ce temperatura se merge cu elemente cu teaca?
Criteriul este temperatura tecii, nu a incintei. Pana la circa 500-600 °C pe teaca se lucreaza cu inoxuri refractare; peste, cu aliaje de tip Incoloy. La temperaturi mai mari se trece la rezistenta descoperita din aliaje Ni-Cr sau Fe-Cr-Al, montata pe suporti ceramici, unde limita o da sarma, nu invelisul.
De ce domina radiatia la temperaturi mari?
Pentru ca fluxul radiant creste cu puterea a patra a temperaturii absolute, conform legii Stefan-Boltzmann, in timp ce convectia creste aproximativ liniar cu diferenta de temperatura. Peste circa 400 °C radiatia devine mecanismul dominant, iar emisivitatea suprafetelor conteaza mai mult decat viteza aerului.
Ce impune impartirea pe zone?
Neuniformitatea pierderilor si a sarcinii. Zona de langa usa pierde mai mult, incarcatura nu este centrata, iar la incinte lungi apare stratificarea pe verticala. Doua sau trei zone cu termocuplu si bucla de reglaj proprie dau o abatere de uniformitate sensibil mai mica decat aceeasi putere concentrata.
Cand se justifica infrarosul in locul rezistentei clasice?
Cand sarcina termica este la suprafata piesei si nu in masa ei: uscare de pelicule, preincalzire inainte de formare, polimerizare. Emitatorul transfera direct prin radiatie, cu constanta de timp mica, deci se preteaza la linii cu regim intermitent. Pentru tratamente cu cerinta de uniformitate in masa ramane cuptorul cu convectie fortata.