Sobrecorriente instantánea en tubos de calefacción por infrarrojos de wolframio

Usuarios de tubos calefactores de resistencia o alambre de tungsteno tubos de calefacción por infrarrojos son conscientes de que cuando estos tubos se ponen en marcha por primera vez, en el primer minuto aproximadamente, la corriente en el circuito es muy grande. Este fenómeno se conoce como corriente de irrupción instantánea, en la que la corriente inicial es mucho mayor que la corriente nominal. Pero, ¿por qué ocurre esto?

En primer lugar, definamos la corriente instantánea. En un circuito, en el momento en que se enciende, suele generarse una gran corriente. Esta gran corriente de corta duración se denomina corriente instantánea. En los circuitos con condensadores, esto se debe a la necesidad de los condensadores de cargarse cuando se encienden por primera vez, creando de hecho un cortocircuito. Por lo tanto, la corriente instantánea puede ser teóricamente muy grande. Este concepto es relativamente fácil de entender en circuitos con condensadores. Pero, ¿por qué ocurre esto en los circuitos de tubos de calefacción por infrarrojos?

Entendamos primero el material del filamento calefactor en tubos de calefacción por infrarrojos-alambre de tungsteno. El tungsteno, con su alto punto de fusión, alta resistividad y buena resistencia mecánica, es el mejor material para lámparas incandescentes entre todos los metales puros. El principio de calentamiento de los tubos de calefacción por infrarrojos es similar al de las lámparas incandescentes, por lo que también se utiliza alambre de tungsteno para el filamento calefactor.

A 20°C, la resistividad del alambre de wolframio es de 5,3×10-8 Ω⋅m5,3 veces 10^{-8} \Ω⋅m, \Omega \cdot m5,3×10-8Ω⋅m. Al igual que otros metales, la resistencia del alambre de tungsteno aumenta con la temperatura. El coeficiente de temperatura de la resistencia del alambre de tungsteno es de 5,5×10-3/100°C5,5 \cdot 10^{-3}/100°C5,5×10-3/100°C. La temperatura superficial del filamento de tungsteno de una lámpara incandescente de 100W suele oscilar entre 2300-2800°C. En el caso de los tubos de calefacción por infrarrojos, que suelen tener una potencia de unos 1000W, la temperatura de funcionamiento es incluso superior a los 2800°C. Así, la resistencia del tubo de calefacción por infrarrojos durante el funcionamiento es mucho mayor que su resistencia a temperatura ambiente (resistencia en frío).

¿Cuáles son la resistencia en frío y la resistencia de funcionamiento de un tubo de calefacción por infrarrojos de 220 V y 500 W? ¿Cómo es la curva de cambio de resistencia en el arranque? Según los datos de prueba de un artículo de la revista "Lighting Electrical Appliances", la resistencia de un tubo de calefacción por infrarrojos de alambre de tungsteno cambia de 7,45Ω a 87,36Ω desde el arranque hasta el funcionamiento estable. Esto significa que, con una tensión estable de 220 V, la corriente instantánea en el arranque es 10 veces superior a la corriente de funcionamiento estable.

El mayor cambio de resistencia se produce en el primer segundo. Entonces, ¿por qué el tubo de calefacción por infrarrojos de alambre de tungsteno tiene una corriente de irrupción instantánea en el arranque? Se debe principalmente a la baja resistencia del hilo de tungsteno a bajas temperaturas. Si la tensión permanece constante, la corriente en el primer segundo de arranque será mucho mayor que la corriente a potencia nominal.

Este principio también se aplica a los tubos de calefacción por resistencia tradicionales.

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