Tubos infravermelhos de fibra de carbono para aquecimento de fornos de vácuo

Os fornos de vácuo utilizam geralmente dois métodos de aquecimento: o aquecimento interno e o aquecimento externo. O aquecimento externo tem vários inconvenientes, como a baixa eficiência de aquecimento, a reduzida resistência mecânica do corpo do forno a altas temperaturas, o tamanho limitado do forno, a elevada inércia térmica durante o aquecimento externo e os elevados custos associados ao controlo preciso da temperatura. Os fornos de vácuo de aquecimento interno atenuam estas deficiências e apresentam estruturas de camadas de isolamento mais simples. No entanto, exigem requisitos mais elevados para os elementos de aquecimento e envolvem processos de instalação mais complexos.

Os métodos de aquecimento interno requerem igualmente a redução da tensão nominal dos tubos de aquecimento para valores inferiores a 100 V, normalmente cerca de 60 V, o que exige um sistema de redução da tensão. Por conseguinte, o circuito do sistema de aquecimento do forno de vácuo com aquecimento interno é relativamente complexo. Existe um método de aquecimento que possa resolver os inconvenientes do aquecimento interno e externo?

Utilizing tubos de aquecimento por infravermelhos em fibra de carbono for vacuum furnace heating combines the advantages of both external and internal heating methods, showing significant potential in both technological advancements and cost-effectiveness. As demonstrated in the article “Validation: Carbon Fiber Heating Tubes Can Carbonize Wood Sticks in Vacuum Environment,” tubos de aquecimento por infravermelhos em fibra de carbono have been proven effective for heating in vacuum conditions. Here, we introduce a vacuum furnace using carbon fiber infrared heating tubes, with a box structure inspired by conventional vacuum furnaces.

Este forno de vácuo adopta uma câmara cilíndrica selada tradicional com um diâmetro interno de 1000mm e uma altura de 1200mm, operando a uma temperatura de 400 graus Celsius. Está equipado com 21 tubos de aquecimento infravermelhos de fibra de carbono de extremidade única com uma potência de 380V/1000W cada. Estes tubos estão uniformemente distribuídos no interior da câmara. As especificações dos tubos de aquecimento por infravermelhos incluem: diâmetro de 18 mm, comprimento de 980 mm, potência nominal de 380 V/1000 W e uma configuração eléctrica ligada em delta.

Compared to conventional resistance wire heating tube vacuum furnaces, carbon fiber infrared heating tube vacuum furnaces offer several distinct advantages:

• Podem funcionar com 220V ou 380V, eliminando a necessidade de equipamento de redução e simplificando os circuitos eléctricos, reduzindo assim significativamente os custos de investimento em equipamento.
• Os tubos de aquecimento por infravermelhos estão uniformemente distribuídos dentro da câmara, correspondendo à profundidade da cavidade, assegurando um aquecimento uniforme no interior da câmara.
• O aquecimento por radiação infravermelha não necessita de um meio para a transferência de calor, alcançando uma eficiência de aquecimento muito mais elevada em comparação com os métodos tradicionais de aquecimento por condução.
• O exterior dos tubos de aquecimento é feito de quartzo, o que permite isolar e evitar curto-circuitos com o corpo do forno, aumentando assim a segurança.
• A estrutura do forno é simples, envolvendo a fixação de suportes no interior da caixa e o encaixe dos tubos de aquecimento nos suportes, sem necessidade de desenhos adicionais de proteção de isolamento.

De um modo geral, a utilização de tubos de aquecimento por infravermelhos em fibra de carbono no equipamento de fornos de vácuo reduz os custos de fabrico, simplifica a conceção do circuito e corresponde ao desempenho de aquecimento dos métodos de aquecimento tradicionais, o que faz com que seja uma escolha atraente para várias aplicações.

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