Cómo calcular la longitud de un cable de nicromo
Información básica y marcas de nicromo
El níquel es una aleación de níquel y cromo con la adición de manganeso, silicio, hierro, aluminio. Para este material, los parámetros dependen de la proporción específica de sustancias en la aleación, pero en promedio se encuentran en el rango:
- resistividad eléctrica - 1.05-1.4 Ohm * mm2/ m (dependiendo del grado de aleación);
- coeficiente de resistencia a la temperatura - (0.1-0.25) · 10−3 A−1;
- temperatura de funcionamiento - 1100 ° C;
- punto de fusión - 1400 ° C;
En las tablas, la resistividad a menudo se da en μOhm * m (o 10-6 Ohm * m): los valores numéricos son los mismos, la diferencia de dimensión.
Actualmente hay dos de las marcas más comunes de alambre de nicromo:
- X20H80. Se compone de 74% de níquel y 23% de cromo, así como 1% de hierro, silicio y manganeso. Los conductores de esta marca pueden usarse a temperaturas de hasta 1250 ᵒC, punto de fusión - 1400 ᵒC. También tiene una alta resistencia eléctrica. La aleación se utiliza para la fabricación de elementos de dispositivos de calefacción. La resistencia específica es 1.03-1.18 μOhm · m;
- X15H60. Composición: 60% níquel, 25% hierro, 15% cromo. Temperatura de funcionamiento no más de 1150 ᵒC. Punto de fusión - 1390 ᵒC. Contiene más hierro, lo que aumenta las propiedades magnéticas de la aleación y aumenta su resistencia a la corrosión.
Aprenderá más sobre los grados y propiedades de estas aleaciones de GOST 10994-74, GOST 8803-89, GOST 12766.1-90 y otros.
Como ya se mencionó, el alambre de nicromo se usa en todas partes donde se necesitan elementos de calentamiento. La alta resistividad y el punto de fusión permiten utilizar el nicromo como base para diversos elementos de calentamiento, desde un hervidor o secador de pelo hasta un horno de mufla.
Métodos de cálculo
Por resistencia
Veamos cómo calcular la longitud de un cable de nicromo por potencia y resistencia. El cálculo comienza con la determinación de la potencia requerida. Imagine que necesitamos una rosca de nicromo para un soldador pequeño con una potencia de 10 vatios, que funcionará con una fuente de alimentación de 12V. Para hacer esto, tenemos un cable con un diámetro de 0.12 mm.
El cálculo más simple de la longitud de nicromo en potencia sin tener en cuenta el calentamiento se realiza de la siguiente manera:
Determinamos la fuerza actual:
P = IU
I = P / U = 10/12 = 0.83 A
El cálculo de la resistencia de un alambre de nicromo se realiza mediante Ley de Ohm:
R = U / I = 12 / 0.83 = 14.5 ohmios
La longitud del cable es:
l = SR /ρ,
donde S es el área de la sección transversal, ρ – resistividad.
O de acuerdo con esta fórmula:
l = (Rπd2) / 4ρ
Pero primero debe calcular la resistividad para el alambre de nicromo con un diámetro de 0.12 mm. Depende del diámetro: cuanto más grande es, menos resistencia.
L = (14.5 * 3.14 * 0.12 ^ 2) / 4 * 1.1 = 0.149m = 14.9cm
Lo mismo puede tomarse de la tabla GOST 12766.1-90. 8, donde se indica un valor de 95.6 Ohm / m, si lo cuenta, obtiene casi lo mismo:
L = Rnecesario/ Rtabl= 14.4 / 95.6 = 0.151m = 15.1cm
Para un calentador de 10 vatios que funciona con 12V, necesita 15.1cm.
Si necesita calcular el número de vueltas de una espiral para torcerla de un alambre de nicromo de esta longitud, use las siguientes fórmulas:
Longitud de un turno:
l1= π (D + d / 2),
Número de vueltas:
N = L / (π (D + d / 2)),
donde L y d son la longitud y el diámetro del alambre, D es el diámetro de la varilla sobre la cual se enrollará la espiral.
Supongamos que enrollamos un alambre de nicromo sobre una varilla con un diámetro de 3 mm, luego los cálculos se realizan en milímetros:
N = 151 / (3.14 (3 + 0.12 / 2)) = 15.71 vueltas
Pero al mismo tiempo, uno debe tener en cuenta si el nicromo de tal sección transversal puede soportar esta corriente. A continuación se detallan tablas para determinar la corriente máxima permitida a una temperatura determinada para secciones específicas. En palabras simples: usted determina cuántos grados debe calentar el cable y selecciona su sección transversal para la corriente nominal.
También tenga en cuenta que si el calentador está dentro del líquido, entonces la corriente puede incrementarse entre 1.2 y 1.5 veces, y si está en un espacio confinado, y viceversa, puede reducirse.
Por temperatura
El problema del cálculo anterior es que consideramos la resistencia de una espiral fría a lo largo del diámetro del hilo de nicromo y su longitud. Pero depende de la temperatura, mientras que también es necesario considerar bajo qué condiciones será posible lograrlo. Si para cortar espuma o para un calentador, tal cálculo sigue siendo aplicable, entonces para un horno de mufla será demasiado grueso.
Damos un ejemplo de cálculos de nicromo para un horno.
Primero, determine su volumen, digamos 50 litros, luego determine la potencia, para esto hay una regla empírica:
- hasta 50 litros - 100W / l;
- 100-500 litros - 50-70 W / l.
Entonces en nuestro caso:
P = pemp* V = 50 * 100 = 5 kW.
A continuación, consideramos la fuerza y resistencia actuales:
Para 220V:
I = 5000/220 = 22.7 amperios
R = 220 / 22.7 = 9.7 ohmios
Para 380V cuando se conectan las espirales con una estrella, el cálculo será el siguiente.
Divide el poder en 3 fases:
Pf = 5/3 = 1.66 kW por fase
Cuando está conectado por una estrella, se aplican 220 V a cada rama (voltaje de fase, puede diferir según su instalación eléctrica), luego la corriente:
I = 1660/220 = 7.54 A
Resistencia:
R = 220 / 7.54 = 29.1 ohmios
Para una conexión triangular, calculamos de acuerdo con un voltaje lineal de 380V:
I = 1660/380 = 4.36 A
R = 380 / 4.36 = 87.1 Ohm
Para determinar el diámetro, se tiene en cuenta la potencia superficial específica del calentador. Calculamos la longitud, tomamos la resistividad de la tabla. 8. GOST 12766.1-90, pero primero definimos el diámetro.
Para calcular la potencia superficial específica del horno utilizando la fórmula.
La apuesta (depende de la superficie de absorción de calor) y un (coeficiente de eficiencia de radiación) se seleccionan de acuerdo con las siguientes tablas.
Entonces, para calentar el horno a 1000 grados, tome la temperatura en espiral de 1100 grados, luego de acuerdo con la tabla de selección Bef elija un valor de 4.3 W / cm2, y de acuerdo con la tabla de selección del coeficiente a - 0.2.
Enadicional= Bef* a = 4.3 * 0.2 = 0.86 W / cm2 = 0,86 * 10 ^ 4 W / m2
El diámetro está determinado por la fórmula:
Rt - la resistencia específica del material del calentador en una t determinada se determina de acuerdo con GOST 12766.1, tabla 9 (que se muestra a continuación).
Para nicromo X80N20 - 1,025
Rt= p20* R1000= 1.13 * 10 ^ 6 * 1.025 = 1.15 * 10 ^ 6 Ohm / mm
Luego, para conectarse a una red trifásica de acuerdo con el esquema "Star":
d = 1,23 mm
La longitud se calcula mediante la fórmula:
L = 42m
Verifique los valores:
L = R / (p * k) = 29.1 / (0.82 * 1.033) = 34m
Los valores difieren debido a la alta temperatura de la espiral; la verificación no tiene en cuenta una serie de factores. Por lo tanto, tomamos la longitud de 1 espiral: 42 m, luego para tres espirales necesita 126 metros de nicromo de 1.3 mm.
Conclusión
Por lo tanto, puede calcular la longitud del cable para una espiral de nicromo y determinar el diámetro deseado por potencia, sección transversal y temperatura. Es importante tener en cuenta:
- condiciones ambientales;
- disposición de elementos calefactores;
- temperatura en espiral;
- temperatura a la que se debe calentar la superficie y otros factores.
Incluso el cálculo anterior, a pesar de su complejidad, no se puede llamar lo suficientemente preciso. Debido a que el cálculo de los elementos calefactores es una termodinámica continua, y se pueden citar varios factores que influyen en sus resultados, por ejemplo, el aislamiento térmico de un horno, etc.
En la práctica, después de evaluar las espirales, agregan o eliminan, según el resultado, o usan sensores de temperatura y dispositivos para ajustarlo.
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