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Ingeniería eléctrica

Calefacción eléctrica

Calefacción eléctrica

La calefacción eléctrica utiliza el calor generado al convertir la energía eléctrica en energía térmica. Los tipos básicos de calefacción eléctrica son:

– calefacción por resistencia,

– calentamiento por arco,

– calentamiento por inducción,

– calentamiento dieléctrico,

– calefacción por infrarrojos.

Calentamiento por resistencia

El calentamiento por resistencia utiliza la conversión de energía eléctrica en calor cuando una corriente eléctrica pasa a través de una resistencia activa. La energía eléctrica se transforma en calor (calor de Joule), cuya cantidad viene dada por la ley de Joule. El calor Joule es el calor generado en un conductor eléctrico por el paso de una corriente eléctrica. El calentamiento del conductor puede explicarse por la transferencia de parte de la energía cinética de las partículas causantes de la corriente eléctrica     (más comúnmente  electrones) a partículas que no participan en la corriente eléctrica (más comúnmente iones positivos en posiciones fijas). Esto aumenta el movimiento térmico de estas partículas y calienta el conductor. El calentamiento por resistencia se divide en directo e indirecto. En el calentamiento por resistencia directa, una corriente eléctrica fluye directamente a través de la sustancia calentada. Está relacionado con la resistencia del material calentado. En el calentamiento por resistencia indirecta, el calor se genera en un elemento calefactor (normalmente una bobina) y se transfiere al material calentado por conducción. El calentamiento por resistencia se utiliza en los llamados. aparatos eléctricos de calefacción, por ejemplo hornos eléctricos para metalurgia, estufas eléctricas de acumulación, calentador eléctrico, estufa eléctrica, …

Calentamiento por arco

Calentamiento por arco Un arco eléctrico es una descarga eléctrica intensamente luminosa y claramente circunscrita en aire o gas entre dos electrodos. La formación del arco se consigue colocando los electrodos muy cerca unos de otros, a ser posible tocándose, y conectándolos a una fuente de tensión. La corriente eléctrica que fluye los calienta en el punto de contacto hasta que se ponen al rojo vivo. Si luego los retrasamos, el flujo de corriente eléctrica ya no se interrumpe, porque debido a la alta temperatura se ha producido la ionización del aire (gas) – la formación de plasma. El efecto es que el calor se genera en el propio arco y éste ya no depende de la temperatura de los electrodos. El arco eléctrico alcanza temperaturas de 3 000 a 6 000 oC. El calentamiento por arco se utiliza en la soldadura por arco y en la metalurgia – hornos de arco eléctrico.

Calentamiento por inducción

El calentamiento por inducción se basa en el principio del calentamiento por corrientes inducidas de Foucault. Según la frecuencia utilizada, se divide en:

– baja frecuencia 50 Hz;

– frecuencia central 500 – 3 000 Hz;

– alta frecuencia superior a 3000 Hz

El calentamiento por inducción se utiliza en la metalurgia – hornos eléctricos de inducción, y ha encontrado recientemente aplicación en los hogares – cocinas eléctricas de inducción.

Calentamiento dieléctrico

Los no metales de calentamiento dieléctrico se sumergen en un campo eléctrico de alta frecuencia. Como consecuencia de la rápida repolarización de las partículas de la sustancia calentada, se producen pérdidas que se convierten en calor. Su magnitud depende de la intensidad del campo eléctrico, de la frecuencia, de la permitividad relativa de la sustancia calentada (εr : 2 – 7) y del factor de pérdida del dieléctrico (tgδ : 0,01 – 0,08), La frecuencia utilizada es de 1 – 300 MHz. El calentamiento dieléctrico se utiliza, por ejemplo. para secado, madera, grano, tabaco, papel, producción de plástico y soldadura de plástico, etc.

Un tipo especial de calentamiento dieléctrico es el calentamiento por microondas, que funciona a frecuencias del orden de GHz (2,375 – 2,450 – 5,800 – 24,150 GHz). La fuente del campo de alta frecuencia son unos tubos especiales: los magnetrones. El calentamiento se realiza en un espacio de trabajo perfectamente cerrado (resonador multimodo). El calentamiento por microondas se utiliza, por ejemplo para calentar y secar en carpintería, industria alimentaria, producción de plásticos, vulcanización de caucho, en hogar – microondas …

Calefacción por infrarrojos

Calefacción por infrarrojos La fuente de radiación infrarroja son los radiadores de infrarrojos que emiten radiaciones con una longitud de onda de 750 – 10 000 nm. La radiación infrarroja penetra en el tejido y lo calienta rápidamente. Distribución de las fuentes de infrarrojos por temperatura:

a) fuentes de alta temperatura (luminosas ) con los llamados. radiación infrarroja de onda corta, temperatura 1200 – 2400 °C, se utilizan bombillas especiales, emisores cerámicos.

b) fuentes de temperatura media (luminosas ) con radiación infrarroja media, temperatura 700 – 1200 °C, se utilizan tubos de cuarzo con una espiral de calentamiento.

c) fuentes de baja temperatura (oscuras ) con radiación infrarroja de onda larga, temperatura 300 – 700 °C, utilizan espirales metálicas en materiales cerámicos.

La calefacción por infrarrojos se utiliza para secar, cocer, calentar en la industria, la agricultura y en el hogar (calefacción). El vidrio normal absorbe la radiación infrarroja, por lo que las fuentes de infrarrojos utilizan vidrio de cuarzo.

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