Aquecimento por infravermelhos com fibra de carbono: Princípios e aplicações

Ontem à tarde, enviámos 15 tubos de aquecimento em fibra de carbonocada um com 1,8 metros de comprimento, com uma especificação de 380V e 2000W. Este comprimento é relativamente longo. Hoje, continuarei a introduzir o princípio de aquecimento dos tubos de aquecimento de fibra de carbono e a discutir as indústrias em que são utilizados principalmente. Partilharei alguns estudos de caso de diferentes indústrias para que todos possam aprender com eles.

Conhecimentos básicos sobre a radiação infravermelha

Primeiro, vamos começar com alguns conhecimentos básicos sobre a radiação infravermelha. Esta é uma breve visão geral; uma explicação detalhada poderia facilmente preencher uma aula de física inteira, por isso vamos trabalhar em conjunto para aprender mais.

Processo de aquecimento de tubos de aquecimento de fibra de carbono

Quando o tubo de aquecimento em fibra de carbono é energizado, emite uma luz vermelho-alaranjada e produz simultaneamente radiação infravermelha que aquece os objectos circundantes. A temperatura da superfície do tubo de aquecimento pode exceder os 500°C. O processo de aquecimento integra os três modos comuns de transferência de calor: condução térmica, convecção térmica e radiação térmica, sendo a radiação térmica o modo principal. De seguida, apresento estes três modos de transferência de calor.

Condução térmica

Condução térmica refere-se ao processo pelo qual o calor é transferido da parte de maior temperatura de um objeto para a parte de menor temperatura ao longo do objeto. A condução térmica ocorre em sólidos, líquidos e gases, mas, em termos estritos, é pura condução térmica apenas nos sólidos. Mesmo em fluidos estacionários, ocorre convecção natural devido à diferença de densidade causada pelo gradiente de temperatura, o que significa que a convecção térmica e a condução térmica ocorrem simultaneamente nos fluidos. Um exemplo comum na vida quotidiana é aquecer uma extremidade de uma barra de ferro sobre o fogo e sentir a outra extremidade ficar quente - isto é condução térmica. Outro exemplo é o cabo de uma espátula ficar quente enquanto se cozinha, o que também é uma forma de condução térmica.

Convecção térmica

Convecção térmicaTambém conhecida como transferência de calor por convecção, é o processo de transferência de calor causado pelo movimento relativo de partículas dentro de um fluido. Este modo de transferência de calor só pode ocorrer em fluidos (gases e líquidos) e é sempre acompanhado pela condução causada pelo movimento das moléculas do fluido.

A convecção térmica pode ser classificada em dois tipos:

• Por Medium: Convecção de gás e convecção de líquido, sendo a convecção de gás mais evidente do que a convecção de líquido.
• Por Causa: A convecção natural, causada apenas pelas diferenças de densidade entre as partes quentes e frias do fluido, tem geralmente um caudal baixo. A convecção forçada, causada pelo impulso de várias bombas, ventoinhas ou outras forças externas, tem frequentemente um caudal elevado.

O exemplo mais comum de convecção térmica na vida quotidiana é quando a água ferve.

Radiação térmica

Radiação térmica refere-se ao fenómeno em que um objeto emite ondas electromagnéticas devido à sua temperatura. Qualquer objeto com uma temperatura acima do zero absoluto pode emitir radiação térmica, e quanto maior a temperatura, maior a energia total emitida. O espetro da radiação térmica é contínuo, cobrindo teoricamente comprimentos de onda de 0 a ∞. A maior parte da radiação térmica é transmitida através de comprimentos de onda mais longos no espetro da luz visível e do infravermelho.

A temperaturas mais baixas, a radiação ocorre principalmente na região do infravermelho invisível. Quando a temperatura atinge os 300°C, o comprimento de onda mais forte da radiação térmica situa-se na região dos infravermelhos. Quando a temperatura se situa entre os 500°C e os 800°C, a componente de comprimento de onda mais forte desloca-se para a região da luz visível.

A energia emitida (ou absorvida) por uma superfície por unidade de tempo e por unidade de área está relacionada com a natureza e a temperatura da superfície. Quanto mais escura e rugosa for a superfície, maior será a sua capacidade de emitir (ou absorver) energia. Todos os objectos irradiam energia para o seu meio envolvente sob a forma de ondas electromagnéticas. Quando estas ondas encontram um objeto ao longo do seu percurso de propagação, excitam as partículas microscópicas no interior do objeto, provocando o seu aquecimento.

Mesmo à distância de uma chama, podemos sentir o calor - isto deve-se à radiação infravermelha, que nos faz sentir quentes. A utilização mais comum da radiação térmica é estar sentado junto a uma fogueira, enquanto um aquecedor de mãos, por exemplo, utiliza um modo diferente de transferência de calor e não deve ser confundido. A radiação infravermelha emitida pelos tubos de aquecimento de fibra de carbono está na mesma faixa de comprimento de onda que a produzida pelas chamas, variando de 2,0 a 15 mícrons.

Materiais como alimentos, têxteis, tintas e culturas absorvem mais facilmente esta gama de comprimentos de onda. Por conseguinte, quando estes materiais são expostos à radiação infravermelha emitida pelos tubos de aquecimento de fibra de carbono, absorvem a radiação e convertem-na em calor, aumentando a temperatura do material para obter efeitos de secagem, aquecimento ou cura. Ao aquecer com radiação infravermelha, a substância que está a ser aquecida absorve a radiação de forma mais eficiente devido à ressonância entre a banda de absorção do material e o comprimento de onda dos infravermelhos. Isto maximiza a absorção do calor infravermelho, aumentando rapidamente a temperatura e melhorando a eficiência do aquecimento, o que, por sua vez, aumenta a eficiência da produção.

Aplicação na indústria automóvel

No processo de fabrico de automóveis, tubos de aquecimento em fibra de carbono são mais vulgarmente utilizados em cabinas de pintura, tal como mencionado em artigos anteriores. Por conseguinte, não irei aprofundar aqui a aplicação de tubos de aquecimento por infravermelhos em fibra de carbono em cabinas de pintura.

Aplicação na indústria de impressão e tingimento de têxteis

Na indústria de impressão e tingimento de têxteis, equipamentos como as máquinas de impressão, secadores de túnel e máquinas de secagem móveis são exemplos típicos de aquecimento por infravermelhos. Quando o tubo de aquecimento de fibra de carbono é energizado, emite uma luz amarelo-alaranjada e radiação infravermelha, com uma faixa de comprimento de onda de 2,0 a 15 mícrons. Esta gama de comprimentos de onda corresponde à banda de absorção de muitos têxteis e corantes solúveis em água. Quando aquecido com radiação infravermelha, o têxtil ou corante absorve rapidamente o calor infravermelho devido ao comprimento de onda correspondente, aumentando rapidamente a temperatura, melhorando a eficiência do aquecimento e aumentando a eficiência da produção.

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