¿Cómo se determina y verifica la carga superficial correcta de un elemento de calefacción?

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Un elemento de calentamiento debe operarse por debajo de su carga superficial máxima (potencia por área de superficie). Para un elemento dado, uno podría verse tentado a decir que la carga de superficie es la potencia dada por la ley de Ohm dividida por área de superficie. Sin embargo, mi instinto me dice que eso está mal. Es más probable que sea la densidad de poder de la ley de Stefan-Boltzmann. 1.) ¿Es correcto?

Claramente, la temperatura de un elemento que se irradia hacia el "espacio vacío" será menor que la temperatura de un elemento muy cerca de otros radiadores de cuerpo negro (que han sido calentados por el elemento), o incluso su propia estructura (que puede no ser un cable recto.) En estos casos, sospecho que la materia del cuerpo negro circundante efectivamente "calentará" el elemento. Por lo tanto, la forma del elemento y la disposición de los cuerpos en la proximidad afectarán la carga superficial.

Obviamente, esto no es trivial de calcular, pero cuando se usa la ecuación de transferencia de calor por radiación para la transferencia de calor entre un elemento de calentamiento resistivo a temperatura, T1, y otros radiadores de cuerpo negro a temperatura, T2, (con las constantes apropiadas, k1, k2.) ...

Potencia / Área1 = k1 * (T1) ^ 4-k2 * (T2) ^ 4 ...

Creo que la temperatura de los dos cuerpos debe ser tal que la transferencia de calor por radiación equilibre la potencia de la carga resistiva, es decir :

(V1) ^ 2 / (R1 * Área1) = k1 * (T1) ^ 4-k2 * (T2) ^ 4

2) ¿Es ese sonido, y es el término, k1 * (T1) ^ 4, la carga superficial del elemento? (¡Puede ser mucho mayor que el poder resistivo dividido por el área de la superficie!)

3) ¿Cómo se mide la carga superficial para un elemento dado (en una geometría y un estado operacional dados, es decir, la temperatura) en la práctica?

4) Los fabricantes especifican cargas máximas de superficie para elementos de diferentes formas y para diferentes aplicaciones, sin embargo, los elementos están hechos del mismo material. ¿Por qué varía la recomendación según la forma y la aplicación?

    
pregunta EEatWork

2 respuestas

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La densidad máxima de vatios de un calentador, en igualdad de condiciones, está determinada principalmente por la tecnología del calentador. Un tipo de cerámica estampada es capaz de una densidad de vatios mucho más alta que un humilde calentador de mica porque el elemento interno de nicrom se mantiene mucho más cerca de la temperatura a la "piel" del calentador.

Si el elemento interno se calienta demasiado para su diámetro, la vida se ve comprometida, a veces dramáticamente. Probablemente esté determinado de una manera bastante empírica: los calentadores han estado alrededor por mucho tiempo.

    
respondido por el Spehro Pefhany
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No me gusta mucho la termodinámica, pero creo que entendí tu pregunta.

Debe comprender que los cálculos de ingeniería ordinarios se basan en una temperatura ambiente significativa. Por lo tanto, nunca tienen niveles de energía absolutos, pero como la temperatura ambiente común no varía mucho, algunas simplificaciones son inevitables.

1) Son lo mismo, el poder óhmico es la entropía adicional:

  

(V1) ^ 2 / (R1 * Área1) = k1 * (T1) ^ 4-k2 * (T2) ^ 4

2) Sí, explicado en el primer párrafo.

3) No lo sé. Supongo que primero se simula, se determinan las secciones críticas y luego se obtienen algunas lecturas escalares de algunos puntos en el experimento real para asegurar la simulación.

4)

  

En estos casos, sospecho que la materia del cuerpo negro circundante efectivamente "hará retroceder el calor" del elemento. Por lo tanto, la forma del elemento y la disposición de los cuerpos en la proximidad afectarán la carga superficial.

    
respondido por el Ayhan

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