Calefacción por infrarrojos de fibra de carbono: Principios y aplicaciones

Ayer por la tarde, enviamos 15 tubos de calefacción de fibra de carbonode 1,8 metros de longitud, con una especificación de 380 V y 2000 W. Esta longitud es relativamente larga. Hoy seguiré presentando el principio de calentamiento de los tubos de calefacción de fibra de carbono y hablaré de las industrias en las que se utilizan principalmente. Voy a compartir algunos estudios de casos de diferentes industrias para que todos puedan aprender.

Conocimientos básicos sobre la radiación infrarroja

En primer lugar, vamos a empezar con algunos conocimientos básicos sobre la radiación infrarroja. Se trata de un breve resumen; una explicación detallada podría ocupar fácilmente toda una clase de física, así que vamos a trabajar juntos para aprender más.

Proceso de calentamiento de los tubos de calefacción de fibra de carbono

Cuando el tubo calefactor de fibra de carbono se energiza, emite una luz naranja-roja y simultáneamente produce una radiación infrarroja que calienta los objetos circundantes. La temperatura de la superficie del tubo calefactor puede superar los 500°C. El proceso de calentamiento integra los tres modos habituales de transferencia de calor: conducción térmica, convección térmica y radiación térmica, siendo la radiación térmica el modo principal. A continuación, presentaré estos tres modos de transferencia de calor.

Conducción térmica

Conducción térmica se refiere al proceso por el cual el calor se transfiere de la parte de mayor temperatura de un objeto a la parte de menor temperatura a lo largo del objeto. La conducción térmica se produce en sólidos, líquidos y gases, pero estrictamente hablando, sólo es conducción térmica pura en los sólidos. Incluso en los fluidos estacionarios, la convección natural se produce debido a la diferencia de densidad causada por el gradiente de temperatura, lo que significa que la convección térmica y la conducción térmica se producen simultáneamente en los fluidos. Un ejemplo común en la vida cotidiana es calentar un extremo de una barra de hierro sobre el fuego y sentir que el otro extremo se calienta: esto es conducción térmica. Otro ejemplo es el mango de una espátula que se calienta al cocinar, lo que también es una forma de conducción térmica.

Convección térmica

Convección térmicatambién llamada transferencia de calor por convección, es el proceso de transferencia de calor provocado por el movimiento relativo de partículas dentro de un fluido. Este modo de transferencia de calor sólo puede producirse en fluidos (gases y líquidos) y siempre va acompañado de la conducción causada por el movimiento de las moléculas del fluido.

La convección térmica puede clasificarse a grandes rasgos en dos tipos:

• Por Medio: Convección gaseosa y convección líquida, siendo la convección gaseosa más evidente que la convección líquida.
• Por Causa: La convección natural, causada puramente por las diferencias de densidad entre las partes calientes y frías del fluido, suele tener un caudal bajo. La convección forzada, causada por el empuje de diversas bombas, ventiladores u otras fuerzas externas, suele tener un caudal elevado.

El ejemplo más común de convección térmica en la vida cotidiana es cuando hierve el agua.

Radiación térmica

Radiación térmica se refiere al fenómeno por el que un objeto emite ondas electromagnéticas debido a su temperatura. Cualquier objeto con una temperatura superior al cero absoluto puede emitir radiación térmica, y cuanto mayor sea la temperatura, mayor será la energía total emitida. El espectro de la radiación térmica es continuo, abarcando teóricamente longitudes de onda de 0 a ∞. La mayor parte de la radiación térmica se transmite a través de longitudes de onda más largas en el espectro de la luz visible y los infrarrojos.

A temperaturas más bajas, la radiación se produce principalmente en la región infrarroja invisible. Cuando la temperatura alcanza los 300°C, la longitud de onda más intensa de la radiación térmica se sitúa en la región infrarroja. Cuando la temperatura se sitúa entre 500°C y 800°C, el componente de mayor longitud de onda se desplaza a la región de la luz visible.

La energía emitida (o absorbida) por una superficie por unidad de tiempo y por unidad de superficie está relacionada con la naturaleza y la temperatura de la superficie. Cuanto más oscura y rugosa sea la superficie, mayor será su capacidad de emitir (o absorber) energía. Todos los objetos irradian energía a su entorno en forma de ondas electromagnéticas. Cuando estas ondas encuentran un objeto a lo largo de su trayectoria de propagación, excitan las partículas microscópicas del interior del objeto, provocando su calentamiento.

Incluso a distancia de una llama, podemos sentir el calor; esto se debe a la radiación infrarroja, que nos hace sentir calor. El uso más común de la radiación térmica es sentarse junto al fuego, mientras que un calentador de manos, por ejemplo, utiliza un modo diferente de transferencia de calor y no debe confundirse. La radiación infrarroja emitida por los tubos calefactores de fibra de carbono se encuentra en la misma banda de longitud de onda que la producida por las llamas, entre 2,0 y 15 micras.

Materiales como los alimentos, los textiles, la pintura y los cultivos absorben más fácilmente este rango de longitudes de onda. Por lo tanto, cuando estos materiales se exponen a la radiación infrarroja emitida por los tubos de calefacción de fibra de carbono, absorben la radiación y la convierten en calor, elevando la temperatura del material para conseguir efectos de secado, calentamiento o curado. Cuando se calienta con radiación infrarroja, la sustancia que se calienta absorbe la radiación con mayor eficacia debido a la resonancia entre la banda de absorción del material y la longitud de onda infrarroja. Esto maximiza la absorción del calor infrarrojo, aumentando rápidamente la temperatura y mejorando la eficacia del calentamiento, lo que a su vez aumenta la eficacia de la producción.

Aplicación en la industria del automóvil

En el proceso de fabricación de automóviles, tubos de calefacción de fibra de carbono se utilizan con mayor frecuencia en cabinas de pintura, como ya se ha mencionado en artículos anteriores. Por lo tanto, no profundizaré más aquí en la aplicación de los tubos de calefacción por infrarrojos de fibra de carbono en cabinas de pintura.

Aplicación en la industria de estampación y tintura textil

En la industria textil de estampación y teñido, equipos como las máquinas de platina, los secadores de túnel y las máquinas secadoras móviles son ejemplos típicos de calentamiento por infrarrojos. Cuando el tubo calefactor de fibra de carbono recibe energía, emite una luz amarilla anaranjada y radiación infrarroja, con una banda de longitud de onda de 2,0 a 15 micras. Esta gama de longitudes de onda coincide con la banda de absorción de muchos tejidos y tintes solubles en agua. Cuando se calienta con radiación infrarroja, el textil o el tinte absorbe rápidamente el calor infrarrojo debido a la longitud de onda coincidente, elevando rápidamente la temperatura, mejorando la eficiencia del calentamiento y aumentando la eficiencia de la producción.

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