Métodos de aquecimento elétrico

Métodos básicos e métodos de conversão de energia elétrica em calor classificados como segue. É feita uma distinção entre aquecimento elétrico direto e indireto.

No aquecimento elétrico direto, a transformação de energia elétrica em energia térmica ocorre como resultado da passagem de corrente elétrica diretamente pelo corpo ou meio aquecido (metal, água, leite, solo, etc.). No aquecimento elétrico indireto, uma corrente elétrica passa por um dispositivo de aquecimento especial (elemento de aquecimento), do qual o calor é transferido para um corpo ou meio aquecido por condução, convecção ou radiação.

Existem vários tipos de conversão de energia elétrica em calor, que definem métodos de aquecimento elétrico.

aquecimento por resistência

O fluxo de corrente elétrica através de sólidos eletricamente condutores ou meios líquidos é acompanhado pela evolução do calor. De acordo com a lei de Joule-Lenz, a quantidade de calor Q = I2Rt, onde Q é a quantidade de calor, J; Eu — silatok, A; R é a resistência de um corpo ou meio, Ohm; t — tempo de fluxo, s.

O aquecimento por resistência pode ser feito por métodos de contato e eletrodo.

Método de contato É usado para aquecer metais tanto pelo princípio do aquecimento elétrico direto, por exemplo, em dispositivos de soldagem por contato elétrico, quanto pelo princípio do aquecimento elétrico indireto - em elementos de aquecimento.

Método do eletrodo É usado para aquecer materiais e meios condutores não metálicos: água, leite, forragem suculenta, solo, etc. O material ou meio aquecido é colocado entre eletrodos aos quais uma voltagem alternada é aplicada.

A corrente elétrica que passa pelo material entre os eletrodos o aquece. A água comum (não destilada) conduz corrente elétrica, porque sempre contém uma certa quantidade de sais, bases ou ácidos, que se dissociam em íons que carregam cargas elétricas, ou seja, uma corrente elétrica. O caráter da condutividade elétrica do leite e outros líquidos, solo, forragem suculenta, etc. É similar.

O aquecimento direto do eletrodo é realizado apenas em corrente alternada, pois a corrente contínua causa eletrólise do material aquecido e sua deterioração.

O aquecimento por resistência elétrica encontrou ampla aplicação na produção devido à sua simplicidade, confiabilidade, flexibilidade e baixo custo de dispositivos de aquecimento.

Aquecimento de arco elétrico

Em um arco elétrico que ocorre entre dois eletrodos em um meio gasoso, a energia elétrica é convertida em calor.

Para iniciar o arco, os eletrodos conectados à fonte de energia são tocados brevemente e depois separados lentamente. A resistência do contato no momento da separação dos eletrodos é fortemente aquecida pela corrente que passa por ele.Os elétrons livres, movendo-se constantemente no metal, aceleram seu movimento com o aumento da temperatura no ponto de contato dos eletrodos.

À medida que a temperatura aumenta, a velocidade dos elétrons livres aumenta tanto que eles se desprendem do metal dos eletrodos e voam no ar. À medida que se movem, colidem com as moléculas de ar e as separam em íons carregados positivamente e negativamente. O espaço de ar entre os eletrodos é ionizado e torna-se eletricamente condutivo.

Sob a influência da tensão da fonte, os íons positivos correm para o pólo negativo (cátodo) e os íons negativos para o pólo positivo (ânodo), formando assim uma longa descarga - um arco elétrico acompanhado pela liberação de calor. A temperatura do arco não é a mesma em suas diferentes partes e está nos eletrodos de metal: no cátodo — cerca de 2400 ° C, no ânodo — cerca de 2600 ° C, no centro do arco — cerca de 6000 — 7000 ° C .

Distinguir entre aquecimento de arco elétrico direto e indireto. A principal aplicação prática encontra-se no aquecimento por arco direto em instalações de soldagem por arco elétrico. Nas instalações de aquecimento indireto, o arco é utilizado como uma poderosa fonte de raios infravermelhos.

aquecimento por indução

Se um pedaço de metal é colocado em um campo magnético alternado, um e alternado é induzido nele. d. s, sob a influência das quais correntes parasitas surgirão no metal. A passagem dessas correntes para o metal fará com que ele aqueça. Este método de aquecimento do metal é chamado de indução. O projeto de alguns aquecedores por indução é baseado no uso do fenômeno do efeito de superfície e do efeito de proximidade.

As correntes industriais (50 Hz) e de alta frequência (8-10 kHz, 70-500 kHz) são usadas para aquecimento por indução. O aquecimento por indução de corpos metálicos (peças, detalhes) é mais difundido na construção de máquinas e reparo de equipamentos, bem como no endurecimento de peças metálicas. O método de indução também pode ser usado para aquecer água, solo, concreto e pasteurizar leite.

Aquecimento dielétrico

A essência física do aquecimento dielétrico é a seguinte. Em meios sólidos e líquidos com baixa condutividade elétrica (dielétricos) colocados em um campo elétrico que muda rapidamente, a energia elétrica é convertida em calor.

Cada dielétrico contém cargas elétricas unidas por forças intermoleculares. Essas cargas são chamadas de cargas vinculadas, em oposição às cargas livres em materiais condutores. Sob a ação de um campo elétrico, as cargas associadas são orientadas ou deslocadas na direção do campo. O deslocamento das cargas associadas sob a ação de um campo elétrico externo é chamado de polarização.

Em um campo elétrico alternado, há um movimento contínuo de cargas e, portanto, das forças intermoleculares das moléculas associadas a elas. A energia gasta pela fonte para polarizar as moléculas de materiais não condutores é liberada na forma de calor. Alguns materiais não condutores possuem uma pequena quantidade de cargas livres que, sob a influência de um campo elétrico, criam uma pequena corrente de condução que contribui para a liberação de calor adicional no material.

Ao aquecer com um dielétrico, o material a ser aquecido é colocado entre eletrodos de metal - placas do capacitor, às quais a tensão de alta frequência (0,5 - 20 MHz e superior) de um gerador especial de alta frequência. O corpo de aquecimento dielétrico consiste em um gerador de lâmpadas de alta frequência, um transformador de potência e um dispositivo de secagem com eletrodos.

O aquecimento dielétrico de alta frequência é um método de aquecimento promissor e é usado principalmente para secagem e tratamento térmico de madeira, papel, alimentos e rações (secagem de grãos, vegetais e frutas), pasteurização e esterilização de leite, etc.

Aquecimento por feixe de elétrons (eletrônico)

Quando um fluxo de elétrons (feixe de elétrons) acelerado em um campo elétrico encontra um corpo aquecido, a energia elétrica é convertida em calor. Uma característica do aquecimento eletrônico é uma alta densidade de concentração de energia de 5 × 108 kW / cm2, que é vários milhares de vezes maior do que no aquecimento por arco elétrico. O aquecimento eletrônico é usado na indústria para soldar peças muito pequenas e derreter metais ultrapuros.

Além dos métodos considerados de aquecimento elétrico, o aquecimento infravermelho (irradiação) é usado na produção e na vida cotidiana.