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Cables calefactores: tipos y aplicaciones.
Cables de calefacción: un tipo específico de productos de cable que convierte la energía eléctrica en calor para calefacción y realiza la función de un receptor de energía eléctrica, en lugar de una línea de transmisión. Los cables calefactores son significativamente diferentes de los cables y alambres normales, cuyo propósito es transmitir energía eléctrica con la menor pérdida y con una ligera caída de voltaje sobre la longitud de la línea (generalmente no más del 5%).
El cable calefactor se utiliza como secciones calefactoras, es decir. segmentos de cierta longitud, y a esta longitud hay una caída completa en el voltaje aplicado. Por lo tanto, la sección de calentamiento debe considerarse como un receptor convencional de energía eléctrica (como uno de los tipos de elementos de calentamiento eléctrico).
La longitud de las secciones de calentamiento de cables generalmente varía de varios metros a varios cientos de metros.
El efecto de la disipación de parte de la energía transmitida en forma de calor, que es negativo para los cables convencionales, se usa como útil para calentar cables. Además, la conversión de energía eléctrica en calor se produce de la manera más óptima y económica. La conversión es completa, silenciosa, sin el uso de sustancias adicionales (combustible, oxidante).
Los cables calefactores tienen un rango bastante desarrollado y se utilizan en una amplia variedad de instalaciones y dispositivos. Sin embargo, se refieren a productos de cable peculiares y en la literatura prácticamente no hay trabajos sobre el diseño, cálculo y uso de cables calefactores.
Tipos de cables según el esquema de disipación de calor.
Lineal resistivo - cables calefactores en los que se libera calor debido al efecto Joule-Lenz cuando la corriente eléctrica pasa a través del núcleo calefactor. El cable está diseñado de tal manera que se produce una caída completa en el voltaje aplicado en el núcleo de calentamiento, pero los elementos del cable no se sobrecalientan por encima de los valores permitidos.
La longitud de la sección de calentamiento suele ser de unos pocos a cientos de metros. Los cables de este tipo pueden tener uno, dos o más núcleos de calentamiento paralelos que tienen una forma lineal o espiral. El corte arbitrario de cable a lo largo de la longitud es inaceptable.
La potencia térmica de los cables lineales resistivos disminuye ligeramente durante el calentamiento, y la magnitud del cambio depende del valor del coeficiente de resistencia a la temperatura del material del núcleo de calentamiento. Los cambios más pequeños en la resistencia se observan en aleaciones de alta resistencia (TKr + 0.0001), la más grande en cobre (TKr + 0.004)
Zonal resistivo los cables calefactores no difieren en principio de los anteriores, pero difieren fundamentalmente en su diseño. Contienen dos conductores aislados paralelos.
El aislamiento de los conductores conductores ha ubicado periódicamente "ventanas" desplazadas entre sí con un paso dado (generalmente alrededor de 1 m). Una bobina de alambre delgado de aleación de alta resistencia se superpone en la parte superior de estos dos núcleos.
En las "ventanas", la espiral se cierra en los cables conductores, como resultado, el cable representa un conjunto de resistencias (resistencias) conectadas en paralelo a los cables conductores. En cada uno de ellos hay una caída completa en el voltaje aplicado. El cable zonal es conveniente porque se puede cortar en cualquier lugar. La longitud mínima de la sección de calentamiento es de 1.5 - 2 m.
La longitud máxima está determinada por la sección transversal de los conductores conductores y la potencia lineal.Dado que el elemento calefactor de los cables de la zona resistiva está hecho de aleaciones de alta resistencia, su potencia es prácticamente independiente de la temperatura, por lo tanto, también se denominan cables de potencia constante.
Cables autorregulables tienen un diseño parcialmente similar al diseño de cables de zona resistiva. También contienen dos conductores paralelos, pero no aislados. Los conductores están encerrados en una matriz conductora de polímero o conectados a través de hilos conductores de polímero en espiral.
El efecto de la autorregulación se logra debido al hecho de que el elemento combustible del cable, hecho de un material conductor de polímero, aumenta significativamente su resistencia cuando se calienta. El valor de Tcr del polímero conductor alcanza 0.05-0.075, es decir, 12-18 veces más que el del cobre.
Cables de calentamiento inductivo en su diseño contienen elementos ferromagnéticos, y los conductores conductores aislados se colocan alrededor de los elementos ferromagnéticos en forma de un devanado que induce un flujo magnético alterno en el núcleo. El efecto de liberación de calor se logra tanto por las pérdidas resistivas en el devanado como por las pérdidas resistivas en el núcleo derivadas de las corrientes inducidas.
La relación de esas y otras pérdidas está determinada por el diseño del cable. Las pérdidas en el núcleo pueden representar el 80-20% de la pérdida total del cable. En el primer caso, las pérdidas en el devanado son pequeñas y se calienta ligeramente debido a sus propias pérdidas, lo que permite obtener una potencia lineal significativamente mayor en comparación con los cables resistivos.
El método de calentar tuberías usando el "efecto PIEL" también puede considerarse como una de las opciones para el cable inductivo. En este caso, el papel del devanado de inducción lo desempeña un núcleo aislado de gran sección transversal, y el papel del inductor es el tubo de acero en el que se encuentra este núcleo. El calor se genera tanto en el núcleo como en la tubería debido a las corrientes inducidas por remolinos.
Aplicaciones para calentar cables
Los dispositivos que usan cables calefactores pueden ser dramáticamente diferentes en tamaño, temperatura de operación y salida de calor. Por lo tanto, la gama de aplicaciones para calentar cables es muy amplia.
Ropa calentada, mantas, alfombras - mantas y mantas eléctricas, almohadillas térmicas, asientos con calefacción, ropa y zapatos con calefacción. Como regla, tienen una pequeña potencia (10-50 W) y una temperatura de funcionamiento segura para los humanos, es decir. no más de 50 ° C. Este grupo puede incluir calentadores domésticos de baja potencia: calentadores de comida para bebés, descongeladores para refrigeradores que usan cables calefactores.
Sistemas de calefacción de habitaciones - en ellos se utilizan cables calefactores como elemento combustible, distribuidos de manera más o menos uniforme en el área de la habitación. Si es necesario, los cables se pueden montar en las paredes y en el techo. La mejor opción para instalar cables en términos de transferencia de calor, almacenamiento de calor, seguridad y protección es instalar el cable en el grosor de una regla de cemento, colocada debajo de un revestimiento de piso decorativo.
La temperatura en la superficie calentada suele ser de 22 a 26 ° C, pero puede alcanzar los 35 ° C. La potencia específica de los sistemas de calefacción de piso varía en el rango de 70-150 W / m². Los sistemas de almacenamiento tienen una potencia de hasta 200 W / m². La potencia total del sistema puede tener límites muy amplios: de 100 vatios a decenas y cientos de kilovatios.
Sistemas de deshielo para aceras, escaleras abiertas, rampas. Como en el caso anterior, los cables se colocan en el grosor de la base de hormigón. Estos sistemas funcionan solo cuando la nieve cae sobre la superficie de estos objetos o se forma hielo.
La potencia específica de los sistemas de calefacción para superficies abiertas varía en el rango de 200-350 W / m2. La capacidad total del sistema oscila entre varios y decenas de cientos de kilovatios.
Esto también incluye sistemas antihielo para instalaciones deportivas (campos de fútbol, cintas de correr, pistas de carreras, canchas de tenis), secciones peligrosas de autopistas (ascensos, descensos, curvas cerradas), pistas de aterrizaje. La potencia de calentamiento específica de estos sistemas puede alcanzar los 500 W / m2 y la potencia total: varios megavatios.
Sistemas de deshielo para techos sirven para prevenir: la obstrucción del hielo en las rutas de flujo de agua, la formación de carámbanos y para eliminar la nieve y el hielo de las áreas peligrosas. Los cables calefactores se colocan a lo largo de los caminos de drenaje de agua, en tuberías de drenaje, aleros, cañones de agua, valles y cruces.
Los cables calefactores utilizados en estos sistemas tienen, por regla general, una potencia lineal de 25 o más vatios por metro. La capacidad total del sistema depende del diseño y el tamaño del techo de un edificio en particular y varía de 1-2 a varios cientos de kilovatios.
La temperatura en la superficie de los sistemas anticongelantes en ausencia de nieve y hielo y a una temperatura ambiente negativa es generalmente de +5 a 7 ° C. Durante la fusión de nieve y hielo, la temperatura de la superficie es solo una fracción de un grado superior a 0 ° C. Si la temperatura ambiente es superior a + 5 ° С, los sistemas antihielo se desconectan como innecesarios.
Sistemas de calefacción para tuberías y tanques.. Los sistemas de tuberías son largos y ramificados, y los cables calefactores son los más adecuados para su calefacción. En la práctica, por regla general, hay dos tipos de sistemas de calefacción: evitar la congelación y mantener la temperatura en la tubería por encima de lo normal (por encima de + 20 ° C). El objetivo principal de ambos tipos de sistemas es compensar la pérdida de calor de la tubería (o tanque) hacia el medio ambiente.
Las secciones de calentamiento se montan en la parte superior de la tubería (tanque) y juntas se cierran mediante aislamiento térmico. La potencia lineal de los sistemas de calefacción de tuberías suele ser de 10-60 W / m. La capacidad total del sistema depende de la longitud de la tubería. La potencia específica de los sistemas de calefacción de tanques es de 10-80 por 1 m2. La superficie calentada y el total dependen del tamaño del tanque.
El propósito de los sistemas anticongelantes es evitar la formación de tapones de hielo y la ruptura de las tuberías, por lo tanto, es suficiente para mantener + 5 ° C en la tubería. Los sistemas de mantenimiento de temperatura pueden variar mucho en términos de la temperatura requerida en la tubería (tanque): +40 es suficiente para transportar aceite y muchas soluciones acuosas ° C, y para el betún requiere 160-180 ° C.
Sistemas de calefacción para equipos tecnológicos. Se distinguen por una amplia variedad de propósitos, temperaturas requeridas, capacidades específicas y se desarrollan sobre la base de un enfoque individual.
Propósito del sistema
Temperatura ° C
Potencia específica, W / m2.
Potencia total, kW
Barreras térmicas en las cámaras de refrigeradores industriales.
2-5
3 - 15
0,5-5
Calentamiento de antena satelital
2-5
200-300
2-15
Desengrasante baño de calefacción
30-50
200-400
0,5-3
Líneas de productos de concreto calentado
40-60
300
20-50
Presione el calentamiento de la placa
40-150
300-1000
2-10
Cilindros calentados y cabezales de máquinas de inyección y extrusión.
120-130
10000 - 20000
Calentador simple 0.5-2
Ver también en electro-es.tomathouse.com
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