Irradiadores e instalações para aquecimento infravermelho de animais

Na agricultura, lâmpadas incandescentes de uso geral, lâmpadas incandescentes, emissores tubulares e aquecedores elétricos tubulares (TEN) são usados ​​como fontes de radiação infravermelha para aquecimento de animais.

Lâmpadas incandescentes.

As lâmpadas incandescentes diferem em tensão, potência e design. O design das lâmpadas incandescentes depende de sua finalidade. A ampola de vidro, cujo diâmetro é determinado pela potência da lâmpada, é reforçada na base com uma mástique especial. Na base há uma rosca para fixação no soquete, com a qual a lâmpada é conectada à rede. O tungstênio é usado para fazer o filamento da lâmpada. Para reduzir a dispersão do tungstênio, a lâmpada é preenchida com um gás inerte (por exemplo, argônio, nitrogênio, etc.).

Os principais parâmetros da lâmpada incandescente:

• Voltagem nominal,

• energia elétrica,

• fluxo luminoso,

• duração média da queima.

As lâmpadas incandescentes de uso geral estão disponíveis em 127 e 220 V.

A potência elétrica das lâmpadas incandescentes é especificada como um valor médio para a tensão nominal para a qual a lâmpada foi projetada. Na agricultura, são usadas principalmente lâmpadas incandescentes com uma faixa de potência de 40 a 1500 W.

O fluxo luminoso de uma lâmpada incandescente é diretamente proporcional à potência elétrica da lâmpada e à temperatura do filamento; para lâmpadas que queimaram 75% de sua vida útil nominal, é permitida uma diminuição do fluxo luminoso de 15 a 20% do valor inicial.

Ao usar lâmpadas de iluminação para aquecer animais, esteja ciente de que altos níveis de luz podem irritar os animais.

O tempo médio de queima de uma lâmpada incandescente é determinado principalmente pela pulverização catódica do tungstênio. Para a maioria das lâmpadas incandescentes de uso geral, o tempo médio de queima é de 1.000 horas.

Alterações na tensão de rede em relação ao valor nominal resultarão em alterações no fluxo emitido pela lâmpada, bem como na potência e na vida útil. Quando a tensão muda em ± 1%, o fluxo luminoso da lâmpada muda em ± 2,7% e o tempo médio de queima em ± 13%.

Lâmpadas incandescentes com uma camada reflexiva. Para direcionar o fluxo de radiação para uma determinada área, são utilizadas lâmpadas com espelho e uma camada refletora difusa, que é aplicada de dentro para a parte superior da lâmpada.

Lâmpadas emissoras de calor.

Essas fontes de radiação são emissores de "luz" constituídos por uma monobobina de tungstênio e um refletor, que é a superfície interna aluminizada da lâmpada com um perfil especial. A curva de distribuição do fluxo de radiação Ф (λ) ao longo do espectro para lâmpadas do tipo IKZ é mostrada na fig. 1.

Arroz. 1.Distribuição do fluxo de radiação ao longo do espectro das lâmpadas IKZ 220-500 e IKZ 127-500.

Arroz. 2. Distribuição do fluxo de radiação ao longo do espectro das lâmpadas IKZK 220-250 e IKZK 127-250.

Na fig. 2 mostra a curva de distribuição do fluxo de radiação ao longo do espectro de lâmpadas dos tipos IKZK 220-250 e IKZK 127-250.

Na designação do tipo de lâmpadas, as letras significam: IKZ — espelho infravermelho, IKZK 220-250 — espelho infravermelho com lâmpada pintada; os números após as letras indicam a tensão da rede e a potência da fonte de radiação. A lâmpada é um bulbo de vidro paraboloide. Parte da superfície da lâmpada é coberta por dentro com uma fina camada reflexiva de prata para concentrar o fluxo radiante em uma determinada direção.

Um parâmetro muito importante das lâmpadas de vidro, que afeta a vida útil das lâmpadas, é sua resistência ao calor, ou seja, a capacidade de suportar mudanças bruscas de temperatura. Para aumentar a resistência ao calor alterando a composição da carga durante a fusão do vidro, é necessário reduzir sua capacidade de calor e coeficiente de temperatura de expansão linear, bem como aumentar a condutividade térmica.

Dependendo da forma do bulbo, as lâmpadas têm uma distribuição diferente do fluxo de radiação: concentrada ao longo do eixo (com bulbo parabólico) ou larga, em um ângulo sólido de cerca de 45 ° (com bulbo esférico). De referir a vantagem da utilização de lâmpadas com bolbo esférico na produção agrícola, estas lâmpadas proporcionam uma distribuição mais uniforme da radiação na zona de aquecimento.

Um corpo de filamento de tungstênio é fixado dentro da lâmpada. O material do filamento do corpo do filamento evapora no vácuo, depositando-se na superfície interna do bulbo e formando um revestimento preto.Isso leva a uma diminuição do fluxo de luz como resultado de sua absorção mais intensa pelo vidro.

Para aumentar a vida útil da lâmpada e reduzir a taxa de evaporação do corpo do filamento, o frasco é preenchido com uma mistura de gases inertes (argônio e nitrogênio).

A presença de gás cria perdas de calor devido à condução e convecção de calor. Nas lâmpadas a gás, o bulbo é aquecido não apenas pela radiação do filamento, mas também pela convecção e condução do gás de enchimento. Assim, aquecer o gás em uma lâmpada de 500 W consome 9% da energia fornecida.

Em lâmpadas potentes com corpo de filamento maciço, o aumento da perda de calor através do gás é totalmente compensado pela diminuição acentuada da dispersão do filamento, pelo que são sempre libertadas com gás.

Ao contrário das lâmpadas a vácuo, a temperatura de seções individuais de frascos de gás inerte depende de sua posição de operação. Por exemplo, virando o frasco de cabeça para baixo, você pode reduzir o aquecimento da junção metal-vidro de 383-403 para 323-343 K.

O fluxo de radiação depende da temperatura corporal do filamento. Um aumento na temperatura acelera a evaporação do tungstênio e aumenta a proporção de luz visível no fluxo de radiação. Portanto, em lâmpadas do tipo IKZ, onde a radiação infravermelha é efetiva, a temperatura de trabalho do filamento é reduzida de 2973 K (como em uma lâmpada incandescente) para 2473 K com uma diminuição da eficiência luminosa de 60%. Isso permite a conversão de até 70% da eletricidade consumida em radiação infravermelha.

A redução da temperatura do filamento possibilitou aumentar a vida útil das lâmpadas infravermelhas de 1.000 para 5.000 horas.A radiação do corpo incandescente com comprimento de onda superior a 3,5 mícrons (7-8% do fluxo total) é absorvida pelo vidro da lâmpada, o que explica as frequentes falhas prematuras das lâmpadas devido a picos de temperatura.

A irradiação de uma lâmpada do tipo IKZ a uma distância de 50-400 mm para a superfície aquecida varia de 2 a 0,2 W / cm2.

Diagramas da radiação de energia criada por uma lâmpada de espelho infravermelho IKZ com potência de 250 W na altura da suspensão: 1 — 10 cm, 2 — 20 cm, 3 — 30 cm, 4 — 40 cm, 5 — 50 cm, 6 — 60 cm, 7 — 80 cm...

Para transferência de calor por radiação, podem ser usadas lâmpadas incandescentes comuns com uma bobina de tungstênio e uma lâmpada em forma de bola. O aumento da eficiência da radiação é fornecido pela tensão de alimentação, cujo valor é 5-10% menor que o nominal; além disso, refletores de alumínio polido devem ser instalados no dispositivo.

Emissores infravermelhos tubulares.

Por design, as fontes tubulares de radiação infravermelha são divididas em dois grupos - com corpos de aquecimento feitos de ligas metálicas resistivas e tungstênio. O primeiro é um tubo de vidro comum ou refratário com diâmetro de 10 a 20 mm; Dentro do tubo, ao longo do eixo central, existe um corpo com uma rosca em forma de espiral, nas extremidades da qual é aplicada uma tensão de alimentação. Esses emissores não são amplamente utilizados. Eles são geralmente usados ​​para aquecimento de ambientes.

Os emissores de filamentos de tungstênio são semelhantes em design às lâmpadas incandescentes. O corpo de aquecimento em forma de espiral de tungstênio está localizado ao longo do eixo do tubo e é fixado em suportes de molibdênio soldados a uma haste de vidro. Um radiador de tubo pode ser feito com um refletor externo ou interno formado pela evaporação de prata ou alumínio no vácuo. Na fig.3 mostra a construção de tal emissor de IR.

A distribuição espectral da radiação dos emissores de tubo é próxima à dos emissores de tubo; a temperatura de aquecimento é 2100-2450 K.

Arroz. 3. Construção de uma fonte IR de tubo convencional. 1 — base; 2 — haste; 3 — mola de sustentação da haste; 4 — suportes para molibdênio; 5 — vareta de vidro; 6 — eletrodos; 7 — fio de tungstênio; 8 — tubo de vidro.

Radiadores tubulares de baixa potência (100 W) podem ser amplamente utilizados na agricultura para aquecimento de animais jovens e aves. Assim, na França, eles são usados ​​para aquecer aves jovens em gaiolas. Os radiadores são instalados diretamente no teto da gaiola, a uma altura de 45 cm e fornecem aquecimento uniforme para 40 frangos.

As lâmpadas tubulares podem ser usadas com sucesso na criação de instalações combinadas de irradiação e iluminação para animais de fazenda e aves jovens, especialmente se considerarmos que as lâmpadas UV e as lâmpadas para iluminação de eritema também possuem um design tubular.

Emissores infravermelhos de quartzo.

Os emissores IV de quartzo são semelhantes aos descritos acima, exceto pelo fato de que é usado um tubo de vidro de quartzo. Aqui nos limitaremos a considerar emissores infravermelhos de quartzo com elementos de aquecimento de tungstênio.

Arroz. 4. Dispositivo para lâmpada infravermelha com filamento tipo KI 220-1000.

A Figura 4 mostra o dispositivo de um emissor de tubo de quartzo — uma lâmpada do tipo KI (KG). O frasco cilíndrico 1 com diâmetro de 10 mm é feito de vidro de quartzo, que possui transmissão máxima na região espectral do infravermelho. 1-2 mg de iodo são colocados em um frasco e preenchido com argônio. O corpo leve 2, feito em forma de monocoil, é montado ao longo do eixo do tubo em suportes de tungstênio 3.

A entrada na lâmpada é feita com eletrodos de molibdênio soldados em pernas de quartzo 4. As pontas da espiral do filamento são aparafusadas na parte interna das mangas 5. As bases cilíndricas 6 são feitas de uma tira de níquel com uma costura na qual o os fios externos de molibdênio são soldados 7. A temperatura das bases dos emissores de quartzo não deve ultrapassar 573 K. Nesse sentido, é obrigatório que os radiadores sejam resfriados durante a operação em instalações irradiantes.

Em combinação com um espelho refletor na forma de um cilindro elíptico, as lâmpadas de quartzo criam uma irradiância muito alta. Se as lâmpadas de espelho fornecerem radiação de até 2-3 W / cm2, então a radiação de até 100 W / cm2 pode ser obtida de uma lâmpada de quartzo com refletor.

Emissores de quartzo com elementos de aquecimento de tungstênio são produzidos por empresas como Osram, Philips, General Electric, etc. W para tensão 110/130 e 220/250 V. A vida útil dessas lâmpadas é de 5.000 horas.

A distribuição da energia de radiação da lâmpada KI-220-1000 ao longo do espectro é mostrada na fig. 5. A composição espectral da radiação gerada pelas lâmpadas de quartzo é caracterizada pelo fato de haver um segundo máximo na região dos comprimentos de onda maiores que 2,5 mícrons, causado pela radiação de um tubo aquecido. Adicionar iodo à lâmpada reduzirá a pulverização do tungstênio e, assim, aumentará a vida útil da lâmpada. Nas lâmpadas infravermelhas de quartzo, aumentar a tensão acima da nominal não leva a uma diminuição acentuada da vida útil, por isso é possível ajustar suavemente o fluxo de radiação alterando a tensão aplicada.

Arroz. 5. Distribuição do espectro de energia de radiação de uma lâmpada do tipo KI 220-1000 em diferentes tensões de lâmpada.

As lâmpadas de quartzo infravermelho de ciclo de iodo têm as seguintes vantagens:

• alta densidade de radiação específica;

• estabilidade do fluxo de radiação durante a vida operacional. O fluxo de radiação no final da vida é 98% do inicial;

• pequenas dimensões;

• capacidade de suportar grandes sobrecargas e de longo prazo;

• a capacidade de ajustar suavemente o fluxo de radiação em uma ampla faixa alterando a tensão fornecida.

As principais desvantagens dessas lâmpadas:

• em temperaturas de luva acima de 623 K, o quartzo é destruído pela expansão térmica;

• As lâmpadas só podem funcionar na posição horizontal, caso contrário, o corpo incandescente pode deformar-se com o seu próprio peso e o ciclo do iodo devido à concentração de iodo na parte inferior do tubo será perturbado.

Lâmpadas infravermelhas com ciclo de iodo são usadas para secar tintas e vernizes em vários locais agrícolas; para aquecer animais de quinta (bezerros, leitões, etc.).

Irradiadores com lâmpadas infravermelhas.

Para proteger as lâmpadas infravermelhas de danos mecânicos e gotas de água, bem como para redistribuir o fluxo de radiação no espaço, são utilizados acessórios especiais. A fonte de radiação junto com o dispositivo elétrico é chamada de fonte de alimentação.

Irradiadores com várias lâmpadas infravermelhas são amplamente utilizados na pecuária para aquecimento local de animais jovens e aves domésticas.