Os elementos de aquecimento são componentes essenciais em várias aplicações, desde fornos industriais a electrodomésticos. São normalmente fabricados a partir de materiais com elevada resistência eléctrica que podem converter energia eléctrica em calor. A construção dos elementos de aquecimento varia significativamente consoante a aplicação e o tipo específico de elemento.
5 processos principais explicados
1. Elementos de aquecimento de carboneto de silício
Os elementos de aquecimento de carboneto de silício são formados pela fusão de grãos de carboneto de silício de elevada pureza a temperaturas extremamente elevadas, normalmente superiores a 2150°C (3900°F). Este processo pode ser feito através de um processo de reação-ligação ou de um processo de recristalização, resultando numa estrutura forte e resistente ao calor. Estes elementos são normalmente utilizados em indústrias que requerem tratamentos a alta temperatura devido à sua durabilidade e eficiência na conversão de energia eléctrica em calor.
2. Seleção e material do elemento de aquecimento
A seleção dos elementos de aquecimento envolve a escolha de materiais e geometrias que proporcionem a resistência eléctrica necessária para atingir a produção de calor desejada. A resistividade do material e a sua área de secção transversal são factores críticos. Secções transversais maiores resultam em menor resistência, razão pela qual os elementos para aplicações de alta potência são mais espessos. Para fornos de vácuo, são preferíveis tiras largas ou elementos em forma de fita para maximizar a área de superfície para a transferência de calor físico e radiante.
3. Construção de um forno de cadinho
Num forno de cadinho, o elemento de aquecimento é concebido para aquecer um cadinho, que é um recipiente feito de materiais como grafite, argila ou carboneto de silício que pode suportar temperaturas elevadas. O elemento de aquecimento pode ser elétrico ou a gás. O cadinho é colocado dentro do elemento de aquecimento e o material a ser fundido é colocado dentro do cadinho. O calor gerado pelo elemento é transferido para o cadinho, fundindo o material no seu interior.
4. Elementos de aquecimento compostos
Os elementos de aquecimento tubulares, normalmente utilizados em aparelhos domésticos como fornos e chaleiras, consistem numa fina bobina de fio de nicrómio alojada num tubo metálico, normalmente feito de cobre ou de ligas de aço inoxidável como o Incoloy. O espaço no interior do tubo é preenchido com pó de óxido de magnésio para isolamento. As extremidades do tubo são seladas com materiais isolantes para evitar a entrada de humidade. Estes elementos podem ser rectos ou dobrados em formas específicas para otimizar a distribuição do calor na área a aquecer.
5. Considerações sobre o design
Cada tipo de elemento de aquecimento é concebido com aplicações específicas em mente, considerando factores como a temperatura necessária, a atmosfera em que o elemento irá funcionar e a eficiência da transferência de calor. Os materiais e os métodos de construção são escolhidos para garantir a fiabilidade, a longevidade e o desempenho ideal na utilização pretendida.
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