Quando completi questa attività, dovresti:

2. Analizza la colonna di sinistra e comprendi cosa caratterizzano i valori forniti (proprietà del corpo, interazione, stato, cambiamento di stato, ecc.). In questo esempio, i valori indicati caratterizzano lo stato del corpo e il loro cambiamento è associato a un cambiamento di stato.

3. Analizzare il processo descritto nella condizione e confrontare le quantità fisiche con la natura del loro cambiamento in questo processo.

4. Scrivi nella tabella i numeri degli elementi selezionati della colonna di destra.

Compiti per lavoro indipendente

147. La palla di piombo viene raffreddata nel frigorifero. Come cambiano in questo caso l'energia interna della palla, la sua massa e la densità della sostanza della palla?

Per ciascuna quantità fisica, determinare la natura appropriata del cambiamento.

1) aumentato

2) diminuito

3) non è cambiato

Scrivi nella tabella i numeri selezionati sotto le lettere corrispondenti.

I numeri nella risposta possono essere ripetuti.

ENERGIA INTERNA	DENSITÀ DELLA SOSTANZA

Il nichelcromo fu inventato nel 1905 da Albert Marsh, che combinò nichel (80%) e cromo (20%). Oggi esistono una decina di modifiche di leghe di vario grado. Come droganti aggiuntivi vengono aggiunti alluminio, manganese, ferro, silicio, titanio, molibdeno, ecc.. Grazie alle sue eccezionali qualità, questo metallo è diventato ampiamente utilizzato per la produzione di ingegneria elettrica.

Le principali qualità del nicromo

Il nicromo è diverso:

• elevata resistenza al calore. Alle alte temperature le sue proprietà meccaniche non cambiano;
• duttilità, che consente la produzione di spirali, fili, nastri, fili di nicromo dalla lega;
• facilità di lavorazione. I prodotti in nichelcromo sono ben saldati, stampati;
• elevata resistenza alla corrosione in vari ambienti.
• la resistenza al nicromo è elevata.

Proprietà di base

• La densità è di 8200-8500 kg/m3.
• Il punto di fusione del nicromo è 1400 C.
• La temperatura massima di esercizio è 1100°C.
• Forza: 650-700 MPa.
• La resistenza specifica del nicromo è 1,05-1,4 ohm.

Marcatura del filo di nichelcromo

Il filo di nichelcromo è un materiale eccellente per vari elementi riscaldanti elettrici, utilizzati in quasi tutti i settori. Quasi tutti i dispositivi di riscaldamento domestico hanno elementi in nichelcromo.

Marcatura con lettere del filo:

• "H" - viene utilizzato, di regola, negli elementi riscaldanti.
• "C" - utilizzato negli elementi di resistenza.
• "TEN" - è destinato ai riscaldatori elettrici tubolari.

Secondo gli standard nazionali, ci sono diversi marchi principali:

• Doppio filo Х20Н80. La composizione della lega comprende: nichel - 74%, cromo - 23%, nonché 1% ciascuno di ferro, silicio e manganese.
• Triplo Х15Н60. La lega è composta per il 60% da nichel e per il 15% da cromo. Il terzo componente è il ferro (25%). La saturazione della lega con il ferro consente di ridurre significativamente il costo del nicromo, il cui prezzo è piuttosto elevato, e allo stesso tempo di preservarne la resistenza al calore. Inoltre, la sua lavorabilità è aumentata.
• La versione più economica del nicromo è X25H20. È una lega ricca di ferro in cui vengono mantenute le proprietà meccaniche, ma la temperatura di esercizio è limitata a 900°C.

L'uso del nicromo

Grazie alla loro alta qualità e alle loro caratteristiche uniche, i prodotti al nicromo possono essere utilizzati laddove sono necessarie affidabilità, robustezza, resistenza ad ambienti chimicamente aggressivi e temperature molto elevate.

Le spirali e il filo di nichelcromo sono parte integrante di quasi tutti i tipi di dispositivi di riscaldamento. Il nichelcromo è presente nei tostapane, nei panifici, negli stufe, nei forni. La lega ha trovato impiego anche in resistori e reostati funzionanti ad alte temperature. C'è nicromo nelle lampade elettriche e nei saldatori. Le spirali di nichelcromo hanno resistenza al calore e resistenza significativa, che consente loro di essere utilizzate in forni di essiccazione e cottura ad alta temperatura.

Trova applicazione e rottami di nicromo. Viene fuso e il materiale viene riutilizzato. Una lega di nichel e cromo viene utilizzata nei laboratori chimici. Questa composizione non reagisce con la maggior parte degli alcali e degli acidi. Nelle sigarette elettroniche vengono utilizzate bobine di riscaldamento deformate al nicromo.

Rispetto al ferro precedentemente utilizzato per questi scopi, i prodotti al nicromo sono più sicuri, non producono scintille, non arrugginiscono e non presentano zone fuse.

Il punto di fusione del nicromo è 1400 ° C, quindi durante la cottura non si avvertono odori e fumi.

Gli ingegneri stanno ancora esplorando le proprietà uniche di questo materiale, ampliandone costantemente la portata.

A casa, il filo di nicromo viene utilizzato per realizzare attrezzature, seghetti alternativi e frese fatte in casa, come, ad esempio, una macchina per tagliare la schiuma o il legno, un saldatore, una stufa a legna, saldatrici, stufe domestiche, ecc.

Il più popolare è il filo X20H80 e X15H60.

Dove posso acquistare il filo di nichelcromo?

Questo prodotto è venduto in rotoli (bobine, bobine) o sotto forma di nastro. La sezione trasversale del filo di nicromo può avere la forma di un ovale, un cerchio, un quadrato e anche un trapezio, il diametro è compreso tra 0,1 e 1 millimetro.

Dove trovare o acquistare prodotti al nicromo? Offriamo di considerare le opzioni più comuni e possibili:

1. Prima di tutto, puoi contattare l'organizzazione che produce questi prodotti ed effettuare un ordine. Puoi trovare l'indirizzo esatto di tali imprese presso appositi sportelli informativi su beni e servizi, disponibili in quasi tutte le principali città e paesi. L'operatore saprà suggerirvi dove acquistare e vi darà un numero di telefono. Inoltre, informazioni sulla gamma di tali prodotti possono essere trovate sui siti Web ufficiali dei produttori.
2. Puoi acquistare prodotti in nichelcromo in negozi specializzati, ad esempio quelli che vendono componenti radio, materiale per artigiani come "Skillful Hands", ecc.


3. Acquista da privati ​​che vendono componenti radio, pezzi di ricambio e altri prodotti in metallo.
4. Qualsiasi negozio di ferramenta.
5. Sul mercato puoi acquistare qualche vecchio dispositivo, ad esempio un reostato da laboratorio, e prendere il nicromo.
6. Il filo di nichelcromo può essere trovato anche a casa. Ad esempio, è da esso che viene creata una spirale di piastrelle elettriche.

Se devi effettuare un ordine di grandi dimensioni, la prima opzione è la più adatta. Se hai bisogno di una piccola quantità di filo di nicromo, in questo caso puoi considerare tutti gli altri articoli della lista. Al momento dell'acquisto, assicurati di prestare attenzione all'etichettatura.

Avvolgimento a spirale in nichelcromo

Oggi, una bobina di nicromo è uno degli elementi principali di molti dispositivi di riscaldamento. Dopo il raffreddamento, il nicromo è in grado di mantenere la sua plasticità, in modo che la spirale di tale materiale possa essere facilmente rimossa, modificata la sua forma o, se necessario, adattata ad una dimensione adeguata. L'avvolgimento a spirale in condizioni industriali viene eseguito automaticamente. A casa puoi anche eseguire la carica manuale. Diamo uno sguardo più da vicino a come farlo.

Se i parametri della spirale di nicromo finita nelle sue condizioni di lavoro non sono troppo importanti, durante l'avvolgimento è possibile effettuare un calcolo, per così dire, "a occhio". Per fare ciò, selezionare il numero di giri richiesto in base al riscaldamento del filo di nicromo, includendo periodicamente una spirale nella rete e riducendo o aumentando il numero di giri. Questa procedura di avvolgimento è molto semplice, ma può richiedere molto tempo e parte del nicromo viene sprecata.

Per aumentare la semplicità e la precisione del calcolo dell'avvolgimento della spirale, è possibile utilizzare uno speciale calcolatore online.

Dopo aver calcolato il numero di giri richiesto, puoi iniziare ad avvolgere l'asta. Senza tagliare il filo, collegare con attenzione la bobina di nicromo alla fonte di tensione. Quindi verificare la correttezza dei calcoli per l'avvolgimento della spirale. È importante considerare che per le spirali di tipo chiuso la lunghezza dell'avvolgimento deve essere aumentata di un terzo del valore ottenuto nel calcolo.

Per garantire la stessa distanza tra le spire adiacenti, è necessario avvolgere l'avvolgimento in 2 fili: uno è in nichelcromo, il secondo è in rame o alluminio, con un diametro uguale alla distanza desiderata. Una volta completato l'avvolgimento, il filo ausiliario deve essere avvolto con cura.

Il costo del nicromo

L'unico inconveniente del nicromo è il prezzo. Pertanto, una lega bicomponente acquistata al dettaglio è stimata in circa 1.000 rubli per chilogrammo. Il costo dei francobolli in nicromo con legatura è di circa 500-600 rubli.

Conclusione

Quando si scelgono prodotti in nichelcromo, è necessario tenere conto dei dati sulla composizione chimica del prodotto di interesse, sulla sua conduttività elettrica e resistenza, sulle caratteristiche fisiche del diametro, della sezione trasversale, della lunghezza, ecc. È anche importante prendere interesse per la documentazione di conformità. Inoltre, è necessario essere in grado di distinguere visivamente la lega dai suoi, per così dire, "concorrenti". La scelta corretta del materiale è la chiave per l'affidabilità dell'ingegneria elettrica.

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ESEMPI DI COMPITI

Parte 1

1. La corrente nel conduttore è raddoppiata. Come cambierà la quantità di calore rilasciata in esso per unità di tempo, mantenendo invariata la resistenza del conduttore?

1) aumenterà di 4 volte
2) diminuirà di 2 volte
3) aumenterà di 2 volte
4) diminuire di 4 volte

2. La lunghezza della spirale della stufa elettrica è stata ridotta di 2 volte. Come cambierà la quantità di calore rilasciata nella spirale per unità di tempo con una tensione di rete costante?

1) aumenterà di 4 volte
2) diminuirà di 2 volte
3) aumenterà di 2 volte
4) diminuire di 4 volte

3. La resistenza del resistore ​(R_1)​ è quattro volte inferiore alla resistenza del resistore ​(R_2). Lavoro attuale nel resistore 2

1) 4 volte di più rispetto alla resistenza 1
2) 16 volte più del resistore 1
3) 4 volte inferiore rispetto alla resistenza 1
4) 16 volte inferiore rispetto alla resistenza 1

4. La resistenza del resistore ​(R_1)​ è 3 volte la resistenza del resistore ​(R_2). La quantità di calore che verrà rilasciata nel resistore 1

1) 3 volte di più rispetto alla resistenza 2
2) 9 volte più del resistore 2
3) 3 volte inferiore rispetto alla resistenza 2
4) 9 volte inferiore rispetto alla resistenza 2

5. Il circuito è assemblato da una sorgente di corrente, una lampadina e un sottile filo di ferro collegati in serie. La lampadina si illuminerà più intensamente se

1) sostituire il filo con un ferro più sottile
2) ridurre la lunghezza del filo
3) scambiare filo e lampadina
4) sostituire il filo di ferro con nichelcromo

6. La figura mostra un grafico a barre. Mostra i valori di tensione ai capi di due conduttori (1) e (2) della stessa resistenza. Confronta i valori del lavoro corrente ​(A_1)​ e ​(A_2)​ in questi conduttori per lo stesso tempo.

1) ​(A_1=A_2)​
2) (A_1=3A_2)
3) (9A_1=A_2)
4) (3A_1=A_2)

7. La figura mostra un grafico a barre. Mostra i valori della corrente in due conduttori (1) e (2) della stessa resistenza. Confronta i valori del lavoro corrente (A_1)​ e ​(A_2) in questi conduttori per lo stesso tempo.

1) ​(A_1=A_2)​
2) (A_1=3A_2)
3) (9A_1=A_2)
4) (3A_1=A_2)

8. Se utilizzi lampade con una potenza di 60 e 100 W in un lampadario per illuminare la stanza, allora

R. In una lampada da 100 W ci sarà una corrente elevata.
B. Una lampada da 60 W ha una resistenza maggiore.

Vero(i) è(sono) l'affermazione(i)

1) solo A
2) solo B
3) sia A che B
4) né A né B

9. Una stufa elettrica collegata ad una fonte di corrente continua consuma 108 kJ di energia in 120 secondi. Qual è la forza attuale nella spirale della piastrella se la sua resistenza è di 25 ohm?

1) 36 A
2) 6A
3) 2,16 A
4) 1,5 A

10. Una stufa elettrica con una corrente di 5 A consuma 1000 kJ di energia. Quanto tempo impiega la corrente a passare attraverso la spirale della piastrella se la sua resistenza è di 20 ohm?

1) 10000 s
2) Anni 2000
3) 10 secondi
4) 2 secondi

11. La bobina nichelata della piastra riscaldante è stata sostituita con una bobina in nichelcromo della stessa lunghezza e sezione trasversale. Stabilire una corrispondenza tra le grandezze fisiche e le loro possibili variazioni quando la piastrella è collegata alla rete elettrica. Scrivi nella tabella i numeri selezionati sotto le lettere corrispondenti. I numeri nella risposta possono essere ripetuti.

QUANTITÀ FISICA
A) resistenza elettrica della bobina
B) la forza della corrente elettrica nella spirale
B) potenza di corrente elettrica consumata dalle piastrelle

NATURA DEL CAMBIAMENTO
1) aumentato
2) diminuito
3) non è cambiato

12. Stabilire una corrispondenza tra le quantità fisiche e le formule con cui tali quantità vengono determinate. Scrivi nella tabella i numeri selezionati sotto le lettere corrispondenti.

QUANTITÀ FISICHE
A) corrente di lavoro
B) forza attuale
b) potenza attuale

FORMULA
1) ​(frac(q)(t))​
2) ​(qU).​
3) (frac(RS)(L))​
4) ​(IU).​
5) (frac(U)(I))​

Parte 2

13. Il riscaldatore è collegato in serie con un reostato con una resistenza di 7,5 ohm a una rete con una tensione di 220 V. Qual è la resistenza del riscaldatore se la potenza della corrente elettrica nel reostato è 480 W?

Molto spesso, se vuoi farlo o ripararlo stufa forni elettrici fai-da-te, una persona ha molte domande. Ad esempio, quale diametro prendere il filo, quale dovrebbe essere la sua lunghezza o quale potenza si può ottenere utilizzando un filo o un nastro con determinati parametri, ecc. Con il giusto approccio per risolvere questo problema, è necessario tenere conto di molti parametri, ad esempio la forza della corrente che attraversa stufa, temperatura operativa, tipo di rete elettrica e altri.

Questo articolo fornisce dati di riferimento sui materiali più comuni nella produzione di riscaldatori. forni elettrici, nonché la metodologia e gli esempi del loro calcolo (calcolo dei riscaldatori per forni elettrici).

Riscaldatori. Materiali per la fabbricazione di riscaldatori

Direttamente stufa- uno degli elementi più importanti del forno, è lui che esegue il riscaldamento, ha la temperatura più alta e determina le prestazioni dell'impianto di riscaldamento nel suo insieme. Pertanto, i riscaldatori devono soddisfare una serie di requisiti, elencati di seguito.

Requisiti per i riscaldatori

Requisiti di base per i riscaldatori (materiali del riscaldatore):

• I riscaldatori devono avere una sufficiente resistenza al calore (resistenza al ridimensionamento) e resistenza al calore. Resistenza al calore - resistenza meccanica alle alte temperature. Resistenza al calore - resistenza di metalli e leghe alla corrosione del gas ad alte temperature (le proprietà di resistenza al calore e resistenza al calore sono descritte più dettagliatamente nella pagina).
• Stufa in un forno elettrico deve essere costituito da un materiale con elevata resistività elettrica. In termini semplici, maggiore è la resistenza elettrica del materiale, più si riscalda. Pertanto, se si prende un materiale con minore resistenza, è necessario un riscaldatore di maggiore lunghezza e con una sezione trasversale minore. Non sempre è possibile inserire nel forno un riscaldatore sufficientemente lungo. Bisogna tener conto anche di questo maggiore è il diametro del filo da cui è realizzato il riscaldatore, maggiore è la sua durata . Esempi di materiali con elevata resistenza elettrica sono le leghe cromo-nichel, le leghe ferro-cromo-alluminio, che sono leghe di precisione ad elevata resistenza elettrica.
• Un coefficiente di resistenza a bassa temperatura è un fattore essenziale nella scelta del materiale per un riscaldatore. Ciò significa che quando la temperatura cambia, la resistenza elettrica del materiale stufa non cambia molto. Se il coefficiente di temperatura della resistenza elettrica è elevato, per accendere il forno a freddo, è necessario utilizzare trasformatori che forniscano inizialmente una tensione ridotta.
• Le proprietà fisiche dei materiali del riscaldatore devono essere costanti. Alcuni materiali, come il carborundum, che è un riscaldatore non metallico, possono modificare nel tempo le loro proprietà fisiche, in particolare la resistenza elettrica, il che ne complica le condizioni operative. Per stabilizzare la resistenza elettrica vengono utilizzati trasformatori con un gran numero di gradini e un intervallo di tensione.
• I materiali metallici devono avere buone proprietà tecnologiche, ovvero duttilità e saldabilità, affinché possano essere trasformati filo, nastro e dagli elementi riscaldanti a nastro di configurazione complessa. Anche riscaldatori possono essere costituiti da non metalli. I riscaldatori non metallici vengono pressati o modellati in un prodotto finito.

Materiali per la fabbricazione di riscaldatori

I più adatti e maggiormente utilizzati nella produzione di resistenze per forni elettrici sono leghe di precisione ad elevata resistenza elettrica. Questi includono le leghe a base di cromo e nichel ( cromo-nichel), ferro, cromo e alluminio ( ferro-cromo-alluminio). I gradi e le proprietà di queste leghe sono discussi in “Leghe di precisione. Segni". Rappresentanti delle leghe di cromo-nichel sono i gradi Kh20N80, Kh20N80-N (950-1200 °C), Kh15N60, Kh15N60-N (900-1125 °С), ferro-cromoalluminio - gradi Kh23Yu5T (950-1400 °С), Kh27Yu5T ( 950-1350 °С), X23Yu5 (950-1200 °C), X15Yu5 (750-1000 °C). Esistono anche leghe ferro-cromo-nichel: Kh15N60Yu3, Kh27N70YuZ.

Le leghe sopra elencate hanno buone proprietà di resistenza al calore e resistenza al calore, quindi possono funzionare a temperature elevate. Bene resistenza al calore fornisce una pellicola protettiva di ossido di cromo, che si forma sulla superficie del materiale. La temperatura di fusione del film è superiore alla temperatura di fusione della lega stessa; non si rompe se riscaldato e raffreddato.

Diamo una descrizione comparativa del nicromo e del fechral.
Vantaggi del nicromo:

• buone proprietà meccaniche sia alle basse che alle alte temperature;
• la lega è resistente al creep;
• ha buone proprietà tecnologiche: duttilità e saldabilità;
• ben elaborato;
• non invecchia, non magnetico.

Svantaggi del nicromo:

• alto costo del nichel - uno dei componenti principali della lega;
• temperature di esercizio inferiori rispetto a Fechral.

Vantaggi di fechral:

• lega più economica rispetto al nicromo, tk. non contiene ;
• ha una migliore resistenza al calore rispetto al nicromo, ad esempio Fechral X23Yu5T può funzionare a temperature fino a 1400 ° C (1400 ° C è la temperatura operativa massima per un riscaldatore realizzato con filo Ø 6,0 mm o più; Ø 3,0 - 1350 ° C; Ø 1,0 - 1225 °С; Ø 0,2 - 950 °С).

Svantaggi fechrali:

• lega fragile e fragile, queste proprietà negative sono particolarmente pronunciate dopo che la lega è stata a una temperatura superiore a 1000 ° C;
• Perché fechral ha ferro nella sua composizione, quindi questa lega è magnetica e può arrugginire in un'atmosfera umida a temperature normali;
• ha una bassa resistenza al creep;
• interagisce con il rivestimento in argilla refrattaria e gli ossidi di ferro;
• I riscaldatori Fechral si allungano notevolmente durante il funzionamento.

Anche confronto tra leghe fechrale E nicromo prodotto nell'articolo.

Recentemente sono state sviluppate leghe del tipo Kh15N60Yu3 e Kh27N70YuZ; con l'aggiunta del 3% di alluminio, che ha migliorato significativamente la resistenza al calore delle leghe, e la presenza di nichel ha praticamente eliminato gli svantaggi delle leghe ferro-cromo-alluminio. Le leghe Kh15N60YuZ, Kh27N60YUZ non interagiscono con chamotte e ossidi di ferro, sono abbastanza ben lavorate, meccanicamente resistenti, non fragili. La temperatura massima di esercizio della lega X15N60YUZ è 1200 °C.

Oltre alle leghe sopra elencate a base di nichel, cromo, ferro, alluminio, per la fabbricazione di riscaldatori vengono utilizzati anche altri materiali: metalli refrattari e non metalli.

Tra i non metalli per la fabbricazione di riscaldatori vengono utilizzati carborundum, disiliciuro di molibdeno, carbone e grafite. I riscaldatori al disiliciuro di carborundum e molibdeno vengono utilizzati nei forni ad alta temperatura. Nei forni con atmosfera protettiva vengono utilizzati riscaldatori a carbone e grafite.

Tra i materiali refrattari, il tantalio e il niobio possono essere utilizzati come riscaldatori. Nei forni ad alta temperatura sotto vuoto e in atmosfera protettiva, riscaldatori al molibdeno E tungsteno. I riscaldatori al molibdeno possono funzionare fino a una temperatura di 1700 °C sotto vuoto e fino a 2200 °C in atmosfera protettiva. Questa differenza di temperatura è dovuta all'evaporazione del molibdeno a temperature superiori a 1700 °C sotto vuoto. I riscaldatori al tungsteno possono funzionare fino a 3000 °C. In casi speciali vengono utilizzati riscaldatori al tantalio e al niobio.

Calcolo dei riscaldatori dei forni elettrici

Di solito i dati iniziali sono la potenza che devono fornire i riscaldatori, la temperatura massima richiesta per l'attuazione del corrispondente processo tecnologico (rinvenimento, tempra, sinterizzazione, ecc.) e le dimensioni dello spazio di lavoro del forno elettrico. Se la potenza del forno non è impostata, può essere determinata in base alla regola pratica. Durante il calcolo dei riscaldatori, è necessario ottenere il diametro e la lunghezza (per il filo) o l'area della sezione trasversale e la lunghezza (per il nastro), necessari per produzione di riscaldatori.

È anche necessario determinare il materiale da cui realizzare riscaldatori(questo elemento non è considerato nell'articolo). In questo articolo, come materiale per riscaldatori, viene considerata la lega di precisione di cromo-nichel con elevata resistenza elettrica, che è una delle più apprezzate nella produzione di elementi riscaldanti.

Determinazione del diametro e della lunghezza del riscaldatore (filo di nichelcromo) per una determinata potenza del forno (calcolo semplice)

Forse l'opzione più semplice calcolo del riscaldatore del nicromo è la scelta del diametro e della lunghezza ad una determinata potenza del riscaldatore, la tensione di alimentazione della rete, nonché la temperatura che avrà il riscaldatore. Nonostante la semplicità del calcolo, ha una caratteristica, alla quale presteremo attenzione di seguito.

Un esempio di calcolo del diametro e della lunghezza dell'elemento riscaldante

Dati iniziali:
Potenza del dispositivo P = 800 W; tensione di rete U = 220 V; temperatura del riscaldatore 800 °C. Il filo di nichelcromo X20H80 viene utilizzato come elemento riscaldante.

1. Per prima cosa devi determinare la forza attuale che passerà attraverso l'elemento riscaldante:
I=P/U \u003d 800/220 \u003d 3,63 A.

2. Ora devi trovare la resistenza del riscaldatore:
R=U/I = 220/3,63 = 61 ohm;

3. In base al valore ottenuto al paragrafo 1 della corrente che passa riscaldatore al nicromo, è necessario selezionare il diametro del filo. E questo momento è importante. Se, ad esempio, con una corrente di 6 A, viene utilizzato un filo di nicromo con un diametro di 0,4 mm, si brucerà. Pertanto, dopo aver calcolato la forza attuale, è necessario selezionare dalla tabella il valore appropriato del diametro del filo. Nel nostro caso, per una corrente di 3,63 A e una temperatura del riscaldatore di 800 ° C, selezioniamo un filo di nicromo con un diametro D = 0,35 mm e area della sezione trasversale S \u003d 0,096 mm2.

Regola generale per la scelta del diametro del filo può essere formulato come segue: è necessario scegliere un filo la cui intensità di corrente consentita non sia inferiore all'intensità di corrente calcolata che passa attraverso il riscaldatore. Per risparmiare il materiale del riscaldatore, è necessario scegliere un filo con la corrente consentita più vicina (rispetto a quella calcolata)..

Tabella 1

Corrente ammissibile che passa attraverso un riscaldatore a filo di nicromo, corrispondente a determinate temperature di riscaldamento di un filo sospeso orizzontalmente in aria calma a temperatura normale

Diametro, mm	Area della sezione trasversale del filo di nicromo, mm 2	Temperatura di riscaldamento del filo di nicromo, °C
		200	400	600	700	800	900	1000
		Corrente massima consentita, A
5	19,6	52	83	105	124	146	173	206
4	12,6	37,0	60,0	80,0	93,0	110,0	129,0	151,0
3	7,07	22,3	37,5	54,5	64,0	77,0	88,0	102,0
2,5	4,91	16,6	27,5	40,0	46,6	57,5	66,5	73,0
2	3,14	11,7	19,6	28,7	33,8	39,5	47,0	51,0
1,8	2,54	10,0	16,9	24,9	29,0	33,1	39,0	43,2
1,6	2,01	8,6	14,4	21,0	24,5	28,0	32,9	36,0
1,5	1,77	7,9	13,2	19,2	22,4	25,7	30,0	33,0
1,4	1,54	7,25	12,0	17,4	20,0	23,3	27,0	30,0
1,3	1,33	6,6	10,9	15,6	17,8	21,0	24,4	27,0
1,2	1,13	6,0	9,8	14,0	15,8	18,7	21,6	24,3
1,1	0,95	5,4	8,7	12,4	13,9	16,5	19,1	21,5
1,0	0,785	4,85	7,7	10,8	12,1	14,3	16,8	19,2
0,9	0,636	4,25	6,7	9,35	10,45	12,3	14,5	16,5
0,8	0,503	3,7	5,7	8,15	9,15	10,8	12,3	14,0
0,75	0,442	3,4	5,3	7,55	8,4	9,95	11,25	12,85
0,7	0,385	3,1	4,8	6,95	7,8	9,1	10,3	11,8
0,65	0,342	2,82	4,4	6,3	7,15	8,25	9,3	10,75
0,6	0,283	2,52	4	5,7	6,5	7,5	8,5	9,7
0,55	0,238	2,25	3,55	5,1	5,8	6,75	7,6	8,7
0,5	0,196	2	3,15	4,5	5,2	5,9	6,75	7,7
0,45	0,159	1,74	2,75	3,9	4,45	5,2	5,85	6,75
0,4	0,126	1,5	2,34	3,3	3,85	4,4	5,0	5,7
0,35	0,096	1,27	1,95	2,76	3,3	3,75	4,15	4,75
0,3	0,085	1,05	1,63	2,27	2,7	3,05	3,4	3,85
0,25	0,049	0,84	1,33	1,83	2,15	2,4	2,7	3,1
0,2	0,0314	0,65	1,03	1,4	1,65	1,82	2,0	2,3
0,15	0,0177	0,46	0,74	0,99	1,15	1,28	1,4	1,62
0,1	0,00785	0,1	0,47	0,63	0,72	0,8	0,9	1,0

Nota :

• se i riscaldatori si trovano all'interno del liquido riscaldato, il carico (corrente consentita) può essere aumentato di 1,1 - 1,5 volte;
• quando i riscaldatori sono chiusi (ad esempio nei forni elettrici a camera), è necessario ridurre il carico di 1,2 - 1,5 volte (per un filo più spesso viene preso un coefficiente più piccolo, per uno sottile uno più grande).

4. Successivamente, determinare la lunghezza del filo di nicromo.
R = ρl/S ,
Dove R - resistenza elettrica del conduttore (riscaldatore) [Ohm], ρ - resistività elettrica del materiale del riscaldatore [Ohm mm 2 / m], l - lunghezza del conduttore (riscaldatore) [mm], S - area della sezione trasversale del conduttore (riscaldatore) [mm 2 ].

Quindi, otteniamo la lunghezza del riscaldatore:
l = R S / ρ \u003d 61 0,096 / 1,11 \u003d 5,3 m.

In questo esempio, come riscaldatore viene utilizzato il filo di nichelcromo Ø 0,35 mm. Secondo "Filo di leghe di precisione ad elevata resistenza elettrica. Specifiche" il valore nominale della resistività elettrica del filo di nicromo marca Kh20N80 è 1,1 Ohm mm 2 / m ( ρ \u003d 1,1 Ohm mm 2 / m), vedere la tabella. 2.

Il risultato dei calcoli è la lunghezza richiesta del filo di nicromo, che è 5,3 m, diametro - 0,35 mm.

Tavolo 2

Determinazione del diametro e della lunghezza del riscaldatore (filo di nicromo) per un determinato forno (calcolo dettagliato)

Il calcolo presentato in questo paragrafo è più complesso di quello precedente. Qui prenderemo in considerazione i parametri aggiuntivi dei riscaldatori, proveremo a capire le opzioni per collegare i riscaldatori a una rete di corrente trifase. Il calcolo del riscaldatore verrà effettuato sull'esempio di un forno elettrico. Lascia che i dati iniziali siano le dimensioni interne del forno.

1. La prima cosa da fare è calcolare il volume della camera all'interno del forno. In questo caso, prendiamo H = 490 mm, D = 350mm e l = 350 mm (rispettivamente altezza, larghezza e profondità). Quindi, otteniamo il volume V = h d l \u003d 490 350 350 \u003d 60 10 6 mm 3 \u003d 60 l (una misura di volume).

2. Successivamente, è necessario determinare la potenza che il forno dovrebbe fornire. La potenza è misurata in Watt (W) ed è determinata da regola del pollice: per un forno elettrico con volume di 10 - 50 litri, la potenza specifica è di 100 W/l (Watt per litro di volume), con volume di 100 - 500 litri - 50 - 70 W/l. Prendiamo la potenza specifica di 100 W/l per il forno in esame. Pertanto, la potenza del riscaldatore del forno elettrico dovrebbe essere P \u003d 100 60 \u003d 6000 W \u003d 6 kW.

Va notato che con una potenza di 5-10 kW riscaldatori sono solitamente realizzati in monofase. A potenze elevate, per un carico uniforme della rete, i riscaldatori sono realizzati trifase.

3. Quindi è necessario trovare la forza della corrente che passa attraverso il riscaldatore I=P/U , Dove P - potenza del riscaldatore, U - la tensione sul riscaldatore (tra i suoi capi) e la resistenza del riscaldatore R=U/I .

Ci potrebbe essere due opzioni per la connessione alla rete elettrica:

• a una rete di corrente monofase domestica - quindi U = 220 V;
• alla rete industriale di corrente trifase - U = 220 V (tra filo neutro e fase) oppure U = 380 V (tra due fasi qualsiasi).

Inoltre, il calcolo verrà effettuato separatamente per i collegamenti monofase e trifase.

I=P/U \u003d 6000 / 220 \u003d 27,3 A - la corrente che passa attraverso il riscaldatore.
Quindi è necessario determinare la resistenza del riscaldatore del forno.
R=U/I \u003d 220 / 27,3 \u003d 8,06 ohm.

Figura 1 Scaldafilo in una rete a corrente monofase

I valori desiderati del diametro del filo e della sua lunghezza saranno determinati nel paragrafo 5 di questo paragrafo.

Con questo tipo di collegamento il carico viene distribuito uniformemente su tre fasi, ovvero 6 / 3 = 2 kW per fase. Quindi abbiamo bisogno di 3 riscaldatori. Successivamente, è necessario scegliere il metodo di collegamento diretto dei riscaldatori (carico). Ci possono essere 2 modi: “STELLA” o “TRIANGOLO”.

Vale la pena notare che in questo articolo le formule per il calcolo della forza attuale ( IO ) e resistenza ( R ) per una rete trifase non sono scritti nella forma classica. Questo viene fatto per non complicare la presentazione del materiale sul calcolo dei riscaldatori con termini e definizioni elettriche (ad esempio, non vengono menzionate tensioni e correnti di fase e lineari e la relazione tra loro). L'approccio classico e le formule per il calcolo dei circuiti trifase si trovano nella letteratura specializzata. In questo articolo alcune trasformazioni matematiche effettuate su formule classiche vengono nascoste al lettore, e ciò non ha alcun effetto sul risultato finale.

Quando si collega tipo “STAR” il riscaldatore è collegato tra fase e zero (vedi Fig. 2). Di conseguenza, la tensione alle estremità del riscaldatore sarà U = 220 V.
I=P/U \u003d 2000 / 220 \u003d 9,10 A.
R=U/I = 220/9,10 = 24,2 ohm.

Figura 2 Scaldafilo in una rete a corrente trifase. Collegamento secondo lo schema "STAR".

Quando si collega tipo “TRIANGOLO” il riscaldatore è collegato tra due fasi (vedi fig. 3). Di conseguenza, la tensione alle estremità del riscaldatore sarà U = 380 V.
La corrente che passa attraverso il riscaldatore è
I=P/U \u003d 2000 / 380 \u003d 5,26 A.
Resistenza di un riscaldatore -
R=U/I \u003d 380 / 5,26 \u003d 72,2 ohm.

Figura 3 Scaldafilo in una rete a corrente trifase. Collegamento secondo lo schema "TRIANGOLO"

4. Dopo aver determinato la resistenza del riscaldatore con un adeguato collegamento alla rete elettrica scegli il diametro e la lunghezza del filo.

Quando si determinano i parametri di cui sopra, è necessario analizzare potenza superficiale specifica del riscaldatore, cioè. potenza dissipata per unità di superficie. La potenza superficiale del riscaldatore dipende dalla temperatura del materiale riscaldato e dalla struttura dei riscaldatori.

Esempio
Dai punti di calcolo precedenti (vedi paragrafo 3 di questo paragrafo), conosciamo la resistenza del riscaldatore. Per un forno da 60 litri con collegamento monofase lo è R = 8,06 ohm. Ad esempio, prendiamo un diametro di 1 mm. Quindi, per ottenere la resistenza richiesta, è necessario l = R/p \u003d 8,06 / 1,4 \u003d 5,7 m di filo di nicromo, dove ρ - il valore nominale della resistenza elettrica di 1 m di filo in [Ohm/m]. La massa di questo pezzo di filo di nicromo sarà m = lμ \u003d 5,7 0,007 \u003d 0,0399 kg \u003d 40 g, dove μ - peso di 1 m di filo. Ora è necessario determinare la superficie di un pezzo di filo lungo 5,7 m. S = lπ d \u003d 570 3,14 0,1 \u003d 179 cm 2, dove l – lunghezza del filo [cm], D – diametro del filo [cm]. Pertanto, da un'area di 179 cm 2 dovrebbero essere assegnati 6 kW. Risolvendo una semplice proporzione, otteniamo che la potenza viene rilasciata da 1 cm 2 β=P/S \u003d 6000 / 179 \u003d 33,5 W, dove β - potenza superficiale del riscaldatore.

La potenza superficiale risultante è troppo elevata. Stufa si scioglierà se viene riscaldato a una temperatura tale da fornire il valore ottenuto di potenza superficiale. Questa temperatura sarà superiore al punto di fusione del materiale del riscaldatore.

L'esempio riportato è dimostrativo della scelta errata del diametro del filo che verrà utilizzato per realizzare il riscaldatore. Al punto 5 di questo paragrafo verrà fornito un esempio con la corretta selezione del diametro.

Per ciascun materiale, a seconda della temperatura di riscaldamento richiesta, viene determinato il valore consentito della potenza superficiale. Può essere determinato utilizzando tabelle o grafici speciali. In questi calcoli vengono utilizzate le tabelle.

Per forni ad alta temperatura(a una temperatura superiore a 700 - 800 ° C) la potenza superficiale ammissibile, W / m 2, è pari a β aggiungi \u003d β eff α , Dove βeff - potenza superficiale dei riscaldatori in base alla temperatura del mezzo che riceve il calore [W / m 2 ], α è il fattore di efficienza della radiazione. βeff viene selezionato in base alla tabella 3, α - secondo la tabella 4.

Se forno a bassa temperatura(temperatura inferiore a 200 - 300 ° C), allora la potenza superficiale ammissibile può essere considerata pari a (4 - 6) · 10 4 W / m 2.

Tabella 3

Potenza superficiale specifica effettiva dei riscaldatori in funzione della temperatura del mezzo che riceve il calore

Temperatura della superficie ricevente il calore, °C	β eff, W/cm 2 alla temperatura del riscaldatore, °С
	800	850	900	950	1000	1050	1100	1150	1200	1250	1300	1350
100	6,1	7,3	8,7	10,3	12,5	14,15	16,4	19,0	21,8	24,9	28,4	36,3
200	5,9	7,15	8,55	10,15	12,0	14,0	16,25	18,85	21,65	24,75	28,2	36,1
300	5,65	6,85	8,3	9,9	11,7	13,75	16,0	18,6	21,35	24,5	27,9	35,8
400	5,2	6,45	7,85	9,45	11,25	13,3	15,55	18,1	20,9	24,0	27,45	35,4
500	4,5	5,7	7,15	8,8	10,55	12,6	14,85	17,4	20,2	23,3	26,8	34,6
600	3,5	4,7	6,1	7,7	9,5	11,5	13,8	16,4	19,3	22,3	25,7	33,7
700	2	3,2	4,6	6,25	8,05	10,0	12,4	14,9	17,7	20,8	24,3	32,2
800	-	1,25	2,65	4,2	6,05	8,1	10,4	12,9	15,7	18,8	22,3	30,2
850	-	-	1,4	3,0	4,8	6,85	9,1	11,7	14,5	17,6	21,0	29,0
900	-	-	-	1,55	3,4	5,45	7,75	10,3	13	16,2	19,6	27,6
950	-	-	-	-	1,8	3,85	6,15	8,65	11,5	14,5	18,1	26,0
1000	-	-	-	-	-	2,05	4,3	6,85	9,7	12,75	16,25	24,2
1050	-	-	-	-	-	-	2,3	4,8	7,65	10,75	14,25	22,2
1100	-	-	-	-	-	-	-	2,55	5,35	8,5	12,0	19,8
1150	-	-	-	-	-	-	-	-	2,85	5,95	9,4	17,55
1200	-	-	-	-	-	-	-	-	-	3,15	6,55	14,55
1300	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	7,95

Tabella 4

Spirali di filo, semichiuse nelle scanalature del rivestimento

Spirali di filo su ripiani in tubi

Riscaldatori a zigzag (asta) a filo

Supponiamo che la temperatura del riscaldatore sia di 1000 °C e che vogliamo riscaldare il pezzo ad una temperatura di 700 °C. Quindi, secondo la tabella 3, selezioniamo βeff \u003d 8,05 W / cm 2, α = 0,2, β aggiungi \u003d β eff α \u003d 8,05 0,2 \u003d 1,61 W / cm 2 \u003d 1,61 10 4 W / m 2.

5. Dopo aver determinato la potenza superficiale consentita del riscaldatore, è necessario trova il suo diametro(per riscaldatori a filo) o larghezza e spessore(per riscaldatori a nastro), nonché lunghezza.

Il diametro del filo può essere determinato utilizzando la seguente formula: D - diametro del filo, [m]; P - potenza del riscaldatore, [W]; U - tensione ai capi del riscaldatore, [V]; β aggiungi - potenza superficiale ammissibile del riscaldatore, [W/m 2 ]; ρt - resistività del materiale del riscaldatore ad una determinata temperatura, [Ohm m].
ρt = ρ20 k , Dove ρ20 - resistività elettrica del materiale riscaldante a 20 °C, [Ohm m] K - fattore di correzione per il calcolo della variazione della resistenza elettrica in funzione della temperatura (da ).

La lunghezza del filo può essere determinata con la seguente formula:
l - lunghezza del filo, [m].

Selezioniamo il diametro e la lunghezza del filo da nicromo Х20Н80. La resistenza elettrica specifica del materiale del riscaldatore è
ρt = ρ20 k \u003d 1,13 10 -6 1,025 \u003d 1,15 10 -6 Ohm m.

Rete di corrente monofase domestica
Per una stufa da 60 litri collegata ad una rete domestica monofase, dalle fasi di calcolo precedenti è noto che la potenza della stufa è P \u003d 6000 W, tensione alle estremità del riscaldatore - U = 220 V, potenza del riscaldatore superficiale consentita β aggiungi \u003d 1,6 10 4 W / m 2. Allora otteniamo

La dimensione risultante deve essere arrotondata allo standard più grande più vicino. Le dimensioni standard per il filo di nicromo e fechrale sono reperibili in. Appendice 2, tabella 8. In questo caso la misura standard più grande più vicina è Ø 2,8 mm. Diametro del riscaldatore D = 2,8 mm.

Lunghezza del riscaldatore l = 43 metri.

A volte è anche necessario determinare la massa della quantità di filo richiesta.
m = lμ , Dove M - massa di un pezzo di filo, [kg]; l - lunghezza del filo, [m]; μ - peso specifico (massa di 1 metro di filo), [kg/m].

Nel nostro caso, la massa del riscaldatore m = lμ \u003d 43 0,052 \u003d 2,3 kg.

Questo calcolo fornisce il diametro minimo del filo al quale può essere utilizzato come riscaldatore in determinate condizioni.. Dal punto di vista del risparmio materiale, tale calcolo è ottimale. In questo caso si può utilizzare anche filo di diametro maggiore, ma in questo caso la sua quantità aumenterà.

Visita medica
Risultati del calcolo può essere controllato nel seguente modo. È stato ottenuto un diametro del filo di 2,8 mm. Quindi la lunghezza di cui abbiamo bisogno è
l = R / (ρk) \u003d 8,06 / (0,179 1,025) \u003d 43 m, dove l - lunghezza del filo, [m]; R - resistenza del riscaldatore, [Ohm]; ρ - valore nominale della resistenza elettrica di 1 m di filo, [Ohm/m]; K - fattore di correzione per il calcolo della variazione della resistenza elettrica in funzione della temperatura.
Questo valore è uguale al valore ottenuto da un altro calcolo.

Ora è necessario verificare se la potenza superficiale del riscaldatore che abbiamo scelto non supererà la potenza superficiale consentita, rilevata al punto 4. β=P/S \u003d 6000 / (3,14 4300 0,28) \u003d 1,59 W / cm 2. Valore ricevuto β \u003d 1,59 W / cm 2 non supera β aggiungi \u003d 1,6 W / cm2.

Risultati
Pertanto, il riscaldatore richiederà 43 metri di filo di nichelcromo X20H80 con un diametro di 2,8 mm, ovvero 2,3 kg.

Rete industriale trifase
È inoltre possibile trovare il diametro e la lunghezza del filo necessari per la fabbricazione di riscaldatori per forni collegati a una rete di corrente trifase.

Come descritto al punto 3, ognuno dei tre riscaldatori ha una potenza di 2 kW. Trova il diametro, la lunghezza e la massa di un riscaldatore.

Connessione STELLA(vedi fig.2)

In questo caso la misura standard più grande più vicina è Ø 1,4 mm. Diametro del riscaldatore D = 1,4 mm.

Lunghezza di un riscaldatore l = 30 metri.
Peso di un riscaldatore m = lμ \u003d 30 0,013 \u003d 0,39 kg.

Visita medica
È stato ottenuto un diametro del filo di 1,4 mm. Quindi la lunghezza di cui abbiamo bisogno è
l = R / (ρk) \u003d 24,2 / (0,714 1,025) \u003d 33 m.

β=P/S \u003d 2000 / (3,14 3000 0,14) \u003d 1,52 W / cm 2, non supera il consentito.

Risultati
Per tre riscaldatori collegati secondo lo schema "STAR", sarà necessario
l \u003d 3 30 \u003d 90 m di filo, ovvero
M \u003d 3 0,39 \u003d 1,2 kg.

Tipo di connessione “TRIANGOLO”(vedi fig. 3)

In questo caso la misura standard più grande più vicina è Ø 0,95 mm. Diametro del riscaldatore D = 0,95 mm.

Lunghezza di un riscaldatore l = 43 metri.
Peso di un riscaldatore m = lμ \u003d 43 0,006 \u003d 0,258 kg.

Visita medica
È stato ottenuto un diametro del filo di 0,95 mm. Quindi la lunghezza di cui abbiamo bisogno è
l = R / (ρk) \u003d 72,2 / (1,55 1,025) \u003d 45 m.

Questo valore coincide quasi con il valore ottenuto come risultato di un altro calcolo.

Il potere di superficie sarà β=P/S \u003d 2000 / (3,14 4300 0,095) \u003d 1,56 W / cm 2, non supera il consentito.

Risultati
Per tre riscaldatori collegati secondo lo schema "TRIANGOLO", sarà necessario
l \u003d 3 43 \u003d 129 m di filo, ovvero
M \u003d 3 0,258 \u003d 0,8 kg.

Se confrontiamo le 2 opzioni sopra discusse per collegare i riscaldatori a una rete trifase, possiamo vederlo “STAR” richiede un filo di diametro maggiore rispetto a “TRIANGLE” (1,4 mm contro 0,95 mm) per ottenere una determinata potenza del forno di 6 kW. In cui la lunghezza richiesta del filo di nicromo quando collegato secondo lo schema "STAR" è inferiore alla lunghezza del filo quando si collega il tipo "TRIANGOLO"(90 m contro 129 m) e la massa richiesta, al contrario, è maggiore (1,2 kg contro 0,8 kg).

Calcolo a spirale

Durante il funzionamento, il compito principale è posizionare il riscaldatore della lunghezza stimata nello spazio limitato del forno. Il filo di nicromo e fechrale è avvolto sotto forma di spirali o piegato sotto forma di zigzag, il nastro è piegato sotto forma di zigzag, che consente di inserire più materiale (lungo la lunghezza) nella camera di lavoro. L'opzione più comune è la spirale.

I rapporti tra il passo della spirale e il suo diametro e il diametro del filo sono scelti in modo tale da facilitare il posizionamento dei riscaldatori nel forno, garantire la loro sufficiente rigidità, escludere nella massima misura possibile il surriscaldamento locale delle spire della spirale stessa e allo stesso tempo non ostacolano il trasferimento di calore da queste ai prodotti.

Maggiore è il diametro della spirale e minore è il suo passo, più facile è posizionare i riscaldatori nel forno, ma con l'aumento del diametro, la forza della spirale diminuisce e la tendenza delle sue spire a giacere sopra ciascuna altri aumenti. D'altra parte, con l'aumentare della frequenza di avvolgimento, aumenta l'effetto schermante della parte delle sue spire rivolta verso i prodotti sul resto e, di conseguenza, si deteriora l'utilizzo della sua superficie e si possono verificare anche surriscaldamenti locali.

La pratica ha stabilito rapporti ben definiti e raccomandati tra il diametro del filo ( D ), fare un passo ( T ) e il diametro della spirale ( D ) per filo Ø da 3 a 7 mm. Questi rapporti sono i seguenti: t ≥ 2d E D = (7÷10) d per nicromo e D = (4÷6) d - per leghe ferro-cromo-alluminio meno durevoli, come fechral, ​​ecc. Per fili più sottili, il rapporto D E D , E T di solito ne prendi di più.

Conclusione

L'articolo ha discusso vari aspetti relativi a calcolo dei riscaldatori dei forni elettrici- materiali, esempi di calcolo con i necessari dati di riferimento, riferimenti a norme, illustrazioni.

Negli esempi, solo metodi di calcolo riscaldatori a filo. Oltre al filo di leghe di precisione, il nastro può essere utilizzato anche per la produzione di riscaldatori.

Il calcolo dei riscaldatori non si limita alla scelta delle loro dimensioni. Anche è necessario determinare il materiale con cui deve essere realizzato il riscaldatore, il tipo di riscaldatore (filo o nastro), il tipo di posizione dei riscaldatori e altre caratteristiche. Se il riscaldatore è realizzato sotto forma di spirale, è necessario determinare il numero di giri e il passo tra di essi.

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